2020年第10期目录
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    矿物加工与工艺矿物学
  • 孙瑞,谢海云,吴继宗,柳彦昊,高利坤,刘榕鑫
    摘要:
    开发绿色高效的钛铁矿精矿脱药方法,对其清洁利用具有重要意义。本文针对钛铁矿精矿,采用氧化脱药工艺,研究氧化剂种类、用量及脱药段数对精矿脱药率的影响;并采用扫描电镜(SEM)及红外光谱测试手段分析了氧化脱药的机理。研究结果表明,过氧化氢是钛铁矿精矿有效的脱药试剂,其可氧化解析吸附于钛铁矿表面的油酸钠。采用两段氧化脱药工艺,当第一段和第二段过氧化氢用量均为1100 g/t~1200g/t时,钛铁矿浮选精矿的总脱药率为71.97%。本研究可为浮选精矿的脱药提供一定的借鉴。
  • 材料制备与加工
  • 周立玉,李秀兰,王宣,周新军,唐诗应
    摘要:
    在390℃温度下对AZ31镁合金进行固态扩渗Zn+La2O3(扩渗剂中的质量分数为0.4%)处理,扩渗时间分别为0、2、4、6h。研究了不同扩渗时间下镁合金表面渗层组织的变化,并测试了镁合金表面扩渗层的硬度和耐腐蚀性能。结果表明:当扩渗时间为2h时,未出现渗层;当扩渗时间为4h时,扩渗层中出现了Mg0.97Zn0.03固溶体和Mg-Zn化合物(MgZn+Mg2Zn3+MgZn2+ Mg2Zn11)。随着扩渗时间的延长,使得Zn原子的扩渗能力增强,Mg和Zn反应扩散形成了多种化合物,在AZ31镁合金表面得到了渗层。当扩渗时间为6h时,Mg7Zn3作为一种新相出现在了渗层中,同时,渗层组织粗化。扩渗试样的硬度随扩渗时间的增加而增加,而耐腐蚀性能在扩渗时间为4 h时为最佳。
  • 董金剑,张秋雨,邹建新,丁文江
    摘要:
    采用机械合金化法制备了Nb60Ni40及Nb60Fe40非晶合金,再通过球磨法向MgH2中分别掺杂10%上述非晶,并利用XRD、SEM、P-C-T、DSC等分析测试手段对样品的微观结构及吸放氢性能进行了表征。XRD结果表明,通过机械合金化法得到了Nb-Ni和Nb-Fe非晶。SEM观察显示,掺杂非晶后,MgH2粉末颗粒得到了细化。P-C-T测试结果表明,非晶Nb60Ni40及Nb60Fe40的掺杂未改善MgH2的吸放氢热力学性能,但非晶Nb60Ni40-MgH2及非晶Nb60Fe40-MgH2复合粉体的吸氢速率有一定的提升;放氢动力学测试表明,非晶掺杂加快了MgH2的放氢速率,350 ℃下10 min即可实现完全放氢。DSC测试结果显示,非晶Nb60Ni40-MgH2体系和非晶Nb60Fe40-MgH2体系的放氢激活能分别为146.14和145.65 kJ/mol,与纯MgH2相比分别降低了22.68和23.17 kJ/mol。
  • 孙尧,杨文朋,王诗蒙,郭学锋
    摘要:
    在275~400 ℃对Mg-6Al-2Sn-0.5Zn-0.5Y和Mg-5Al-4Sn-0.5Zn-0.5Y合金正挤压,利用光学金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析显微组织,并测试了其室温拉伸性能。结果表明,铸态合金主要由α-Mg、β-Mg17Al12相和Mg2Sn相组成。Sn含量由2%增加到4%后,Mg2Sn相和离异共晶β-Mg17Al12相体积分数增加,层片状共晶β-Mg17Al12相体积分数减少。挤压温度相同时,Mg-5Al-4Sn-0.5Zn-0.5Y合金挤压试样力学性能均优于Mg-6Al-2Sn-0.5Zn-0.5Y合金,275 ℃挤压试样抗拉和屈服强度最高,分别为329.9和254.4 MPa。两种合金的室温拉伸断裂方式均为准解理断裂。Sn的添加可有效促进挤压过程中动态再结晶的形核,并抑制再结晶晶粒长大,从而同时提高挤压态合金的强度和塑性。
  • 贾坤乐,张鑫,王彦军,胡晓蕾,张思源
    摘要:
    采用置换法构筑了Ni/Al核壳结构复合粉末,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、背散射电子成像(BSE)、X射线能谱(EDS)等对合成的复合粉末进行了微观测试和表征。研究了反应温度、反应时间等参数对Ni/Al核壳结构复合粉末性能影响,在此基础上,通过计算得包覆层厚度。结果表明:当反应温度为40℃、反应时间为30 min的Ni/Al核壳结构复合粉末性能最佳,Ni颗粒均匀包覆在Al球表面,构成致密的纳米Ni包覆层,Ni 包覆量为1.67%,包覆层厚度1.03 nm。
  • 侯宝权,于迪,吴萌盟,王辰,江丽丽
    摘要:
    以氧化石墨、碳纳米管、三异丙氧基氧化钒为原料,采用化学刻蚀法、水热法、真空抽滤法制备一种具有三维离子扩散通道和整体导电网络结构的致密多孔石墨烯/碳纳米管@五氧化二钒(PGNs/CNT@V2O5)复合薄膜材料。电化学性能测试结果表明,在1 mol/L LiNO3水系条件中,电流密度为1 A/g时,比容量高达187 F/g,在100 mV/s扫描速度下,循环5000次后,容量保持率仍为83.4%。
  • 范馥雅,刘祥奎,杨峰,孔 见
    摘要:
    对(Ti70.5Fe29.5)100-xYx(x=0,1,2,3,4)合金的组织和力学性能进行了系统的研究。结果表明:Ti-Fe-Y系三元合金组织呈现出亚共晶特征,即包括先析出枝晶状β-Ti和片层状(TiFe+β-Ti)共晶组织。其中Ti70.5Fe29.5片层状TiFe相厚度约为1μm,而(Ti70.5Fe29.5)98Y2片层状TiFe相厚度仅300 nm左右,组织得到了大幅度细化。Ti-Fe-Y系合金的强度和塑性由于组织细化程度的不同,随着Y元素含量的增加,同向呈现出先上升后下降的趋势,但较Ti70.5Fe29.5而言均得到了较大幅度的提升。对比Ti70.5Fe29.5的抗压强度2058 MPa、塑性应变量为6.0%,(Ti70.5Fe29.5)98Y2的综合力学性能最佳,其抗压强度为2447 MPa,塑性应变量为14.2%。
  • 武改林,范晋平,蒋一锋,裴 镖,郭丽娜
    摘要:
    采用质量分数为99.9%的纯镁锭和99.9%的粒度为45μm的硅粉,制备了质量分数为5%的Mg-5Si合金,研究了熔体过热温度和保温时间对Mg-5Si合金铸态组织和力学性能的影响。研究实现了Mg2Si相尺寸由处理前的27μm减小到20μm,此时初生Mg2Si相的平均尺寸最小,分布趋于均匀,形貌逐渐向树枝状转变,甚至溶解为较为圆整的颗粒,且共晶Mg2Si相层片间距较小,并采用抗拉强度、屈服强度和伸长率表征其力学性能。研究结果表明:熔体过热温度为770℃、保温时间为30min时,合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为152MPa、84 MPa和6.5%,合金的力学性能得到明显改善。
  • 刘东新,安耿,刘仁智,李晶,陈璇,杨程
    摘要:
    通过固-液喷雾掺杂技术和粉末冶金方法制备MoCe合金,采用ICP、SEM、万能试验机等手段测定合金粉化学成分、合金断裂特征和组织结构,研究不同含量稀土氧化物CeO2对钼合金性能的影响。结果表明,MoCe合金烧结密度随着CeO2掺杂量的增加而增加,且合金的密度均在9.80 g/cm3以上。CeO2掺杂量少于0.3%时,烧结棒的晶粒尺寸随着CeO2掺杂量的增加而减小;CeO2掺杂量高于0.3%时,晶粒尺寸未发生明显变化。?1.8 mm MoCe合金丝的室温强度和延伸率较纯钼丝有显著提高,CeO2掺杂量在0.3%时达到最大值,且室温拉伸断口呈现出典型的韧窝断口形貌。
  • 提取冶金与化学工程
  • 吕超,周楠,孙铭赫
    摘要:
    利用CFD软件Fluent 14.5, Standard k-e湍流模型、Eulerian多相流模型以及能量方程,对从氯化镁热解制备氧化镁的文丘里热解反应器内的气-液两相流进行了数值模拟研究,通过多组模拟最终确定了实验模拟的最优工艺条件。结果表明,熔融氯化镁入口温度的改变并不能改变反应器内流场的分布规律,只是相应提高了反应器内整体温度,而熔融氯化镁入口速度的变化以及喉管与引流管间夹角的变化都能较大程度上影响反应器内的流场;喉管与引流管的夹角为75°,氧气入口速度为0.5 m/s,熔融氯化镁的入口速度为0.9 m/s。
  • 丁 钰,南新元
    摘要:
    精准预测生物氧化预处理中的进气量对提高黄金提取率和节能降耗具有重要意义。以气体管流连续性方程和运动方程为控制方程,采用Preissmann隐格式法作为差分方法。同时,根据集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman filter,EnKF)算法原理,构造进气量、压强的状态空间模型。结果表明,基于气体管流控制方程建立的进气量模型预测结果与实际进气量观测值具有较好的一致性;与传统静态预测方法相比,EnKF同化方法引入实时观测值和模型参数的更新,有效提高了进气量的预测精度,其平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差有明显的降低。可见,基于气体管流控制方程建立的预测模型结合EnKF同化方法是提高生物氧化槽进气量预测精度的有效手段。
  • 毛凯旋,李磊
    摘要:
    基于电解铝工艺废旧阴极炭块基本组成特点,提出以电解铝工艺废旧阴极炭块为还原剂贫化转炉铜渣的新方法。以热力学分析为基础,考察了废阴极炭块加入量、SiO2加入量及氮气喷吹流量对转炉渣中铜贫化效果的影响规律。结果表明,控制贫化温度1 300 ℃、喷吹时间20 min和保温时间60 min的前提下,调整SiO2加入量为3.4 % (Fe/SiO2为2.0)、废阴极炭添加量为2.8 %和氮气喷吹流量为300 mL/min时,尾渣中残余铜含量可从5.70%降到0.45%,同时废阴极炭块中F-固定率达96.6 %,实现了废阴极炭块的无害化与资源化处理。
  • 矿物加工与工艺矿物学
  • 申士富
    摘要:
    针对铝电解废阴极采取SEM、TEM等手段分析了其中碳、钠、铝、铁等元素的主要矿物存在形式及其矿物间的嵌布特性。研究表明,废阴极炭块中主要成分为碳和氟化物;碳主要是石墨化程度较高的石墨,但结晶粒度只有几十纳米至几微米;氟化物主要是氟化钠、冰晶石、氟化钙;铝主要为氧化铝和冰晶石;铁主要是金属铁;矿物间嵌布紧密,互含普遍;矿物的嵌布粒度在数十纳米至几十微米之间。
  • 胡家城,石晴,荀骆冰,罗青云
    摘要:
    从矿浆流变学的角度出发,通过对矿浆流变性测量及矿物浮选试验,考察在不同碳酸根和硫酸根浓度下矿浆流变性与矿物浮选速率的变化规律。结果表明:碳酸根和硫酸根随浓度的增加都能显著降低矿浆表观黏度和屈服应力值,对矿物颗粒起分散作用。碳酸根和硫酸根的加入对黄铜矿和蛇纹石的浮选回收均有一定的促进作用,但主要是通过加快黄铜矿的浮选速率,降低精矿中MgO含量,从而达到相对抑制蛇纹石的效果。蛇纹石浮选速率与矿浆黏度间呈一定的负相关关系。
  • 地质采矿与安全工程
  • 张苏江,崔立伟,孔令湖,姜爱玲,李建波
    摘要:
    锂作为战略性新兴产业发展的重要支撑矿种,被世界各国视为新的经济增长点。世界锂矿资源丰富,主要分布于北美洲、拉丁美洲、非洲、大洋洲、欧洲及亚洲。截至2019年底,全球已探明的锂矿资源储量达1700万t,中国储量占比为5.88%,排名世界第4。未来随着中国高端装备制造、储能与分布式电源、新能源汽车等产业的发展,锂资源的需求会持续快速上升,而国内锂资源供应能力较弱,供应缺口将长期存在。通过分析国内外锂矿矿床类型、资源分布特征,结合中国锂矿勘查开发的新进展,提出需加大国内重点成锂区(带)勘探投入、统筹海外优质固液锂资源市场布局、开展盐湖提锂技术攻关与共(伴)生锂矿利用研究、加强锂资源综合利用技术和深加工技术研发等建议。
  • 张晓朴
    2020(10):105-111 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    针对地震震源谱的零频极限及拐角频率参数反演计算,本文提出采用差分进化算法,并选取四种不同差分进化策略,利用矿山地震监测系统记录的采矿诱发矿震的地震波资料及Brune位错模型,对零频极限及拐角频率进行反演。经过差分进化算法反演,并与遗传算法反演结果对比,确定差分进化算法能够实现零频极限及拐角频率的精确计算。同时,研究发现针对多元非线性Brune位错模型进行差分进化反演,其变异策略中的rand相比best,更能够实现全局寻优能力,避免陷入搜索停止,出现早熟现象。再根据反演的零频极限和拐角频率,进而计算地震矩、震源半径及视应力等震源参数,从而为研究采矿区域应力分布、集中及释放规律、判别开采作业区域安全提供了很好的途径。
  • 荣帅
    2020(10):112-119 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为科学合理评估隧道围岩稳定性,考虑了隧道围岩安全具有随机和模糊性特点,引入云理论建立综合评价模型。首先,在分析和参考文献基础上,选取了6个影响因素,构建了隧道围岩稳定性综合评价指标体系。其次,基于三标度理论改进层次分析法确定指标主观权重,引入变异系数改进CRITIC法确定指标客观权重,采用博弈论确定指标组合权重;根据稳定性分级标准确定云的数字特征并生成了指标云图,分别计算各评估对象不同等级下的单指标隶属度和综合确定度,并基于最大隶属度原则确定等级。最后将模型应用到隧道围岩安全性评价中,并与可拓理论和属性识别评价模型对比,研究结果表明所建立的评价模型评估结果准确可靠、切合实际,对隧道施工具有一定的指导意义,为隧道围岩稳定性评估提供了一条可量化的新思路。
  • 环境科学与工程
  • 郭盼盼,孔令昊,胡星云,彭先佳
    2020(10):120-126 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    铜冶炼过程中会产生大量难处理的含有高浓度Cu2+和Cl-的污酸废水,将这类废水作为稀硫酸进行回用之前需要对其中的污染物进行高效去除。研究提出在硫脲和抗坏血酸作用下,通过沉淀反应对污酸废水中的Cu2+和Cl-进行同步去除。结果表明,当投加的硫脲和抗坏血酸与废水中Cu2+的摩尔比为1∶1∶1时,室温下反应20min后,Cu2+和Cl-的去除效率可分别达到88.5%和82.2%,进一步研究显示,该方法在最佳反应温度50 ℃下,对硫酸浓度在50~160 g/L范围内的铜冶炼污酸废水中的Cu2+和Cl-均具有良好去除效果。经初步鉴定表征,认为反应中生成的沉淀物为[CuxTUy]Clz?nH2O和[CuxTUy]SO4z/2?nH2O。
    矿物加工与工艺矿物学
  • 孙瑞,谢海云,吴继宗,柳彦昊,高利坤,刘榕鑫
    摘要:
    开发绿色高效的钛铁矿精矿脱药方法,对其清洁利用具有重要意义。本文针对钛铁矿精矿,采用氧化脱药工艺,研究氧化剂种类、用量及脱药段数对精矿脱药率的影响;并采用扫描电镜(SEM)及红外光谱测试手段分析了氧化脱药的机理。研究结果表明,过氧化氢是钛铁矿精矿有效的脱药试剂,其可氧化解析吸附于钛铁矿表面的油酸钠。采用两段氧化脱药工艺,当第一段和第二段过氧化氢用量均为1100 g/t~1200g/t时,钛铁矿浮选精矿的总脱药率为71.97%。本研究可为浮选精矿的脱药提供一定的借鉴。
  • 材料制备与加工
  • 周立玉,李秀兰,王宣,周新军,唐诗应
    摘要:
    在390℃温度下对AZ31镁合金进行固态扩渗Zn+La2O3(扩渗剂中的质量分数为0.4%)处理,扩渗时间分别为0、2、4、6h。研究了不同扩渗时间下镁合金表面渗层组织的变化,并测试了镁合金表面扩渗层的硬度和耐腐蚀性能。结果表明:当扩渗时间为2h时,未出现渗层;当扩渗时间为4h时,扩渗层中出现了Mg0.97Zn0.03固溶体和Mg-Zn化合物(MgZn+Mg2Zn3+MgZn2+ Mg2Zn11)。随着扩渗时间的延长,使得Zn原子的扩渗能力增强,Mg和Zn反应扩散形成了多种化合物,在AZ31镁合金表面得到了渗层。当扩渗时间为6h时,Mg7Zn3作为一种新相出现在了渗层中,同时,渗层组织粗化。扩渗试样的硬度随扩渗时间的增加而增加,而耐腐蚀性能在扩渗时间为4 h时为最佳。
  • 董金剑,张秋雨,邹建新,丁文江
    摘要:
    采用机械合金化法制备了Nb60Ni40及Nb60Fe40非晶合金,再通过球磨法向MgH2中分别掺杂10%上述非晶,并利用XRD、SEM、P-C-T、DSC等分析测试手段对样品的微观结构及吸放氢性能进行了表征。XRD结果表明,通过机械合金化法得到了Nb-Ni和Nb-Fe非晶。SEM观察显示,掺杂非晶后,MgH2粉末颗粒得到了细化。P-C-T测试结果表明,非晶Nb60Ni40及Nb60Fe40的掺杂未改善MgH2的吸放氢热力学性能,但非晶Nb60Ni40-MgH2及非晶Nb60Fe40-MgH2复合粉体的吸氢速率有一定的提升;放氢动力学测试表明,非晶掺杂加快了MgH2的放氢速率,350 ℃下10 min即可实现完全放氢。DSC测试结果显示,非晶Nb60Ni40-MgH2体系和非晶Nb60Fe40-MgH2体系的放氢激活能分别为146.14和145.65 kJ/mol,与纯MgH2相比分别降低了22.68和23.17 kJ/mol。
  • 孙尧,杨文朋,王诗蒙,郭学锋
    摘要:
    在275~400 ℃对Mg-6Al-2Sn-0.5Zn-0.5Y和Mg-5Al-4Sn-0.5Zn-0.5Y合金正挤压,利用光学金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析显微组织,并测试了其室温拉伸性能。结果表明,铸态合金主要由α-Mg、β-Mg17Al12相和Mg2Sn相组成。Sn含量由2%增加到4%后,Mg2Sn相和离异共晶β-Mg17Al12相体积分数增加,层片状共晶β-Mg17Al12相体积分数减少。挤压温度相同时,Mg-5Al-4Sn-0.5Zn-0.5Y合金挤压试样力学性能均优于Mg-6Al-2Sn-0.5Zn-0.5Y合金,275 ℃挤压试样抗拉和屈服强度最高,分别为329.9和254.4 MPa。两种合金的室温拉伸断裂方式均为准解理断裂。Sn的添加可有效促进挤压过程中动态再结晶的形核,并抑制再结晶晶粒长大,从而同时提高挤压态合金的强度和塑性。
  • 贾坤乐,张鑫,王彦军,胡晓蕾,张思源
    摘要:
    采用置换法构筑了Ni/Al核壳结构复合粉末,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、背散射电子成像(BSE)、X射线能谱(EDS)等对合成的复合粉末进行了微观测试和表征。研究了反应温度、反应时间等参数对Ni/Al核壳结构复合粉末性能影响,在此基础上,通过计算得包覆层厚度。结果表明:当反应温度为40℃、反应时间为30 min的Ni/Al核壳结构复合粉末性能最佳,Ni颗粒均匀包覆在Al球表面,构成致密的纳米Ni包覆层,Ni 包覆量为1.67%,包覆层厚度1.03 nm。
  • 侯宝权,于迪,吴萌盟,王辰,江丽丽
    摘要:
    以氧化石墨、碳纳米管、三异丙氧基氧化钒为原料,采用化学刻蚀法、水热法、真空抽滤法制备一种具有三维离子扩散通道和整体导电网络结构的致密多孔石墨烯/碳纳米管@五氧化二钒(PGNs/CNT@V2O5)复合薄膜材料。电化学性能测试结果表明,在1 mol/L LiNO3水系条件中,电流密度为1 A/g时,比容量高达187 F/g,在100 mV/s扫描速度下,循环5000次后,容量保持率仍为83.4%。
  • 范馥雅,刘祥奎,杨峰,孔 见
    摘要:
    对(Ti70.5Fe29.5)100-xYx(x=0,1,2,3,4)合金的组织和力学性能进行了系统的研究。结果表明:Ti-Fe-Y系三元合金组织呈现出亚共晶特征,即包括先析出枝晶状β-Ti和片层状(TiFe+β-Ti)共晶组织。其中Ti70.5Fe29.5片层状TiFe相厚度约为1μm,而(Ti70.5Fe29.5)98Y2片层状TiFe相厚度仅300 nm左右,组织得到了大幅度细化。Ti-Fe-Y系合金的强度和塑性由于组织细化程度的不同,随着Y元素含量的增加,同向呈现出先上升后下降的趋势,但较Ti70.5Fe29.5而言均得到了较大幅度的提升。对比Ti70.5Fe29.5的抗压强度2058 MPa、塑性应变量为6.0%,(Ti70.5Fe29.5)98Y2的综合力学性能最佳,其抗压强度为2447 MPa,塑性应变量为14.2%。
  • 武改林,范晋平,蒋一锋,裴 镖,郭丽娜
    摘要:
    采用质量分数为99.9%的纯镁锭和99.9%的粒度为45μm的硅粉,制备了质量分数为5%的Mg-5Si合金,研究了熔体过热温度和保温时间对Mg-5Si合金铸态组织和力学性能的影响。研究实现了Mg2Si相尺寸由处理前的27μm减小到20μm,此时初生Mg2Si相的平均尺寸最小,分布趋于均匀,形貌逐渐向树枝状转变,甚至溶解为较为圆整的颗粒,且共晶Mg2Si相层片间距较小,并采用抗拉强度、屈服强度和伸长率表征其力学性能。研究结果表明:熔体过热温度为770℃、保温时间为30min时,合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为152MPa、84 MPa和6.5%,合金的力学性能得到明显改善。
  • 刘东新,安耿,刘仁智,李晶,陈璇,杨程
    摘要:
    通过固-液喷雾掺杂技术和粉末冶金方法制备MoCe合金,采用ICP、SEM、万能试验机等手段测定合金粉化学成分、合金断裂特征和组织结构,研究不同含量稀土氧化物CeO2对钼合金性能的影响。结果表明,MoCe合金烧结密度随着CeO2掺杂量的增加而增加,且合金的密度均在9.80 g/cm3以上。CeO2掺杂量少于0.3%时,烧结棒的晶粒尺寸随着CeO2掺杂量的增加而减小;CeO2掺杂量高于0.3%时,晶粒尺寸未发生明显变化。?1.8 mm MoCe合金丝的室温强度和延伸率较纯钼丝有显著提高,CeO2掺杂量在0.3%时达到最大值,且室温拉伸断口呈现出典型的韧窝断口形貌。
  • 提取冶金与化学工程
  • 吕超,周楠,孙铭赫
    摘要:
    利用CFD软件Fluent 14.5, Standard k-e湍流模型、Eulerian多相流模型以及能量方程,对从氯化镁热解制备氧化镁的文丘里热解反应器内的气-液两相流进行了数值模拟研究,通过多组模拟最终确定了实验模拟的最优工艺条件。结果表明,熔融氯化镁入口温度的改变并不能改变反应器内流场的分布规律,只是相应提高了反应器内整体温度,而熔融氯化镁入口速度的变化以及喉管与引流管间夹角的变化都能较大程度上影响反应器内的流场;喉管与引流管的夹角为75°,氧气入口速度为0.5 m/s,熔融氯化镁的入口速度为0.9 m/s。
  • 丁 钰,南新元
    摘要:
    精准预测生物氧化预处理中的进气量对提高黄金提取率和节能降耗具有重要意义。以气体管流连续性方程和运动方程为控制方程,采用Preissmann隐格式法作为差分方法。同时,根据集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman filter,EnKF)算法原理,构造进气量、压强的状态空间模型。结果表明,基于气体管流控制方程建立的进气量模型预测结果与实际进气量观测值具有较好的一致性;与传统静态预测方法相比,EnKF同化方法引入实时观测值和模型参数的更新,有效提高了进气量的预测精度,其平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差有明显的降低。可见,基于气体管流控制方程建立的预测模型结合EnKF同化方法是提高生物氧化槽进气量预测精度的有效手段。
  • 毛凯旋,李磊
    摘要:
    基于电解铝工艺废旧阴极炭块基本组成特点,提出以电解铝工艺废旧阴极炭块为还原剂贫化转炉铜渣的新方法。以热力学分析为基础,考察了废阴极炭块加入量、SiO2加入量及氮气喷吹流量对转炉渣中铜贫化效果的影响规律。结果表明,控制贫化温度1 300 ℃、喷吹时间20 min和保温时间60 min的前提下,调整SiO2加入量为3.4 % (Fe/SiO2为2.0)、废阴极炭添加量为2.8 %和氮气喷吹流量为300 mL/min时,尾渣中残余铜含量可从5.70%降到0.45%,同时废阴极炭块中F-固定率达96.6 %,实现了废阴极炭块的无害化与资源化处理。
  • 矿物加工与工艺矿物学
  • 申士富
    摘要:
    针对铝电解废阴极采取SEM、TEM等手段分析了其中碳、钠、铝、铁等元素的主要矿物存在形式及其矿物间的嵌布特性。研究表明,废阴极炭块中主要成分为碳和氟化物;碳主要是石墨化程度较高的石墨,但结晶粒度只有几十纳米至几微米;氟化物主要是氟化钠、冰晶石、氟化钙;铝主要为氧化铝和冰晶石;铁主要是金属铁;矿物间嵌布紧密,互含普遍;矿物的嵌布粒度在数十纳米至几十微米之间。
  • 胡家城,石晴,荀骆冰,罗青云
    摘要:
    从矿浆流变学的角度出发,通过对矿浆流变性测量及矿物浮选试验,考察在不同碳酸根和硫酸根浓度下矿浆流变性与矿物浮选速率的变化规律。结果表明:碳酸根和硫酸根随浓度的增加都能显著降低矿浆表观黏度和屈服应力值,对矿物颗粒起分散作用。碳酸根和硫酸根的加入对黄铜矿和蛇纹石的浮选回收均有一定的促进作用,但主要是通过加快黄铜矿的浮选速率,降低精矿中MgO含量,从而达到相对抑制蛇纹石的效果。蛇纹石浮选速率与矿浆黏度间呈一定的负相关关系。
  • 地质采矿与安全工程
  • 张苏江,崔立伟,孔令湖,姜爱玲,李建波
    摘要:
    锂作为战略性新兴产业发展的重要支撑矿种,被世界各国视为新的经济增长点。世界锂矿资源丰富,主要分布于北美洲、拉丁美洲、非洲、大洋洲、欧洲及亚洲。截至2019年底,全球已探明的锂矿资源储量达1700万t,中国储量占比为5.88%,排名世界第4。未来随着中国高端装备制造、储能与分布式电源、新能源汽车等产业的发展,锂资源的需求会持续快速上升,而国内锂资源供应能力较弱,供应缺口将长期存在。通过分析国内外锂矿矿床类型、资源分布特征,结合中国锂矿勘查开发的新进展,提出需加大国内重点成锂区(带)勘探投入、统筹海外优质固液锂资源市场布局、开展盐湖提锂技术攻关与共(伴)生锂矿利用研究、加强锂资源综合利用技术和深加工技术研发等建议。
  • 张晓朴
    2020(10):105-111 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    针对地震震源谱的零频极限及拐角频率参数反演计算,本文提出采用差分进化算法,并选取四种不同差分进化策略,利用矿山地震监测系统记录的采矿诱发矿震的地震波资料及Brune位错模型,对零频极限及拐角频率进行反演。经过差分进化算法反演,并与遗传算法反演结果对比,确定差分进化算法能够实现零频极限及拐角频率的精确计算。同时,研究发现针对多元非线性Brune位错模型进行差分进化反演,其变异策略中的rand相比best,更能够实现全局寻优能力,避免陷入搜索停止,出现早熟现象。再根据反演的零频极限和拐角频率,进而计算地震矩、震源半径及视应力等震源参数,从而为研究采矿区域应力分布、集中及释放规律、判别开采作业区域安全提供了很好的途径。
  • 荣帅
    2020(10):112-119 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为科学合理评估隧道围岩稳定性,考虑了隧道围岩安全具有随机和模糊性特点,引入云理论建立综合评价模型。首先,在分析和参考文献基础上,选取了6个影响因素,构建了隧道围岩稳定性综合评价指标体系。其次,基于三标度理论改进层次分析法确定指标主观权重,引入变异系数改进CRITIC法确定指标客观权重,采用博弈论确定指标组合权重;根据稳定性分级标准确定云的数字特征并生成了指标云图,分别计算各评估对象不同等级下的单指标隶属度和综合确定度,并基于最大隶属度原则确定等级。最后将模型应用到隧道围岩安全性评价中,并与可拓理论和属性识别评价模型对比,研究结果表明所建立的评价模型评估结果准确可靠、切合实际,对隧道施工具有一定的指导意义,为隧道围岩稳定性评估提供了一条可量化的新思路。
  • 环境科学与工程
  • 郭盼盼,孔令昊,胡星云,彭先佳
    2020(10):120-126 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    铜冶炼过程中会产生大量难处理的含有高浓度Cu2+和Cl-的污酸废水,将这类废水作为稀硫酸进行回用之前需要对其中的污染物进行高效去除。研究提出在硫脲和抗坏血酸作用下,通过沉淀反应对污酸废水中的Cu2+和Cl-进行同步去除。结果表明,当投加的硫脲和抗坏血酸与废水中Cu2+的摩尔比为1∶1∶1时,室温下反应20min后,Cu2+和Cl-的去除效率可分别达到88.5%和82.2%,进一步研究显示,该方法在最佳反应温度50 ℃下,对硫酸浓度在50~160 g/L范围内的铜冶炼污酸废水中的Cu2+和Cl-均具有良好去除效果。经初步鉴定表征,认为反应中生成的沉淀物为[CuxTUy]Clz?nH2O和[CuxTUy]SO4z/2?nH2O。
    矿物加工与工艺矿物学
  • 孙瑞,谢海云,吴继宗,柳彦昊,高利坤,刘榕鑫
    摘要:
    开发绿色高效的钛铁矿精矿脱药方法,对其清洁利用具有重要意义。本文针对钛铁矿精矿,采用氧化脱药工艺,研究氧化剂种类、用量及脱药段数对精矿脱药率的影响;并采用扫描电镜(SEM)及红外光谱测试手段分析了氧化脱药的机理。研究结果表明,过氧化氢是钛铁矿精矿有效的脱药试剂,其可氧化解析吸附于钛铁矿表面的油酸钠。采用两段氧化脱药工艺,当第一段和第二段过氧化氢用量均为1100 g/t~1200g/t时,钛铁矿浮选精矿的总脱药率为71.97%。本研究可为浮选精矿的脱药提供一定的借鉴。
  • 材料制备与加工
  • 周立玉,李秀兰,王宣,周新军,唐诗应
    摘要:
    在390℃温度下对AZ31镁合金进行固态扩渗Zn+La2O3(扩渗剂中的质量分数为0.4%)处理,扩渗时间分别为0、2、4、6h。研究了不同扩渗时间下镁合金表面渗层组织的变化,并测试了镁合金表面扩渗层的硬度和耐腐蚀性能。结果表明:当扩渗时间为2h时,未出现渗层;当扩渗时间为4h时,扩渗层中出现了Mg0.97Zn0.03固溶体和Mg-Zn化合物(MgZn+Mg2Zn3+MgZn2+ Mg2Zn11)。随着扩渗时间的延长,使得Zn原子的扩渗能力增强,Mg和Zn反应扩散形成了多种化合物,在AZ31镁合金表面得到了渗层。当扩渗时间为6h时,Mg7Zn3作为一种新相出现在了渗层中,同时,渗层组织粗化。扩渗试样的硬度随扩渗时间的增加而增加,而耐腐蚀性能在扩渗时间为4 h时为最佳。
  • 董金剑,张秋雨,邹建新,丁文江
    摘要:
    采用机械合金化法制备了Nb60Ni40及Nb60Fe40非晶合金,再通过球磨法向MgH2中分别掺杂10%上述非晶,并利用XRD、SEM、P-C-T、DSC等分析测试手段对样品的微观结构及吸放氢性能进行了表征。XRD结果表明,通过机械合金化法得到了Nb-Ni和Nb-Fe非晶。SEM观察显示,掺杂非晶后,MgH2粉末颗粒得到了细化。P-C-T测试结果表明,非晶Nb60Ni40及Nb60Fe40的掺杂未改善MgH2的吸放氢热力学性能,但非晶Nb60Ni40-MgH2及非晶Nb60Fe40-MgH2复合粉体的吸氢速率有一定的提升;放氢动力学测试表明,非晶掺杂加快了MgH2的放氢速率,350 ℃下10 min即可实现完全放氢。DSC测试结果显示,非晶Nb60Ni40-MgH2体系和非晶Nb60Fe40-MgH2体系的放氢激活能分别为146.14和145.65 kJ/mol,与纯MgH2相比分别降低了22.68和23.17 kJ/mol。
  • 孙尧,杨文朋,王诗蒙,郭学锋
    摘要:
    在275~400 ℃对Mg-6Al-2Sn-0.5Zn-0.5Y和Mg-5Al-4Sn-0.5Zn-0.5Y合金正挤压,利用光学金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析显微组织,并测试了其室温拉伸性能。结果表明,铸态合金主要由α-Mg、β-Mg17Al12相和Mg2Sn相组成。Sn含量由2%增加到4%后,Mg2Sn相和离异共晶β-Mg17Al12相体积分数增加,层片状共晶β-Mg17Al12相体积分数减少。挤压温度相同时,Mg-5Al-4Sn-0.5Zn-0.5Y合金挤压试样力学性能均优于Mg-6Al-2Sn-0.5Zn-0.5Y合金,275 ℃挤压试样抗拉和屈服强度最高,分别为329.9和254.4 MPa。两种合金的室温拉伸断裂方式均为准解理断裂。Sn的添加可有效促进挤压过程中动态再结晶的形核,并抑制再结晶晶粒长大,从而同时提高挤压态合金的强度和塑性。
  • 贾坤乐,张鑫,王彦军,胡晓蕾,张思源
    摘要:
    采用置换法构筑了Ni/Al核壳结构复合粉末,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、背散射电子成像(BSE)、X射线能谱(EDS)等对合成的复合粉末进行了微观测试和表征。研究了反应温度、反应时间等参数对Ni/Al核壳结构复合粉末性能影响,在此基础上,通过计算得包覆层厚度。结果表明:当反应温度为40℃、反应时间为30 min的Ni/Al核壳结构复合粉末性能最佳,Ni颗粒均匀包覆在Al球表面,构成致密的纳米Ni包覆层,Ni 包覆量为1.67%,包覆层厚度1.03 nm。
  • 侯宝权,于迪,吴萌盟,王辰,江丽丽
    摘要:
    以氧化石墨、碳纳米管、三异丙氧基氧化钒为原料,采用化学刻蚀法、水热法、真空抽滤法制备一种具有三维离子扩散通道和整体导电网络结构的致密多孔石墨烯/碳纳米管@五氧化二钒(PGNs/CNT@V2O5)复合薄膜材料。电化学性能测试结果表明,在1 mol/L LiNO3水系条件中,电流密度为1 A/g时,比容量高达187 F/g,在100 mV/s扫描速度下,循环5000次后,容量保持率仍为83.4%。
  • 范馥雅,刘祥奎,杨峰,孔 见
    摘要:
    对(Ti70.5Fe29.5)100-xYx(x=0,1,2,3,4)合金的组织和力学性能进行了系统的研究。结果表明:Ti-Fe-Y系三元合金组织呈现出亚共晶特征,即包括先析出枝晶状β-Ti和片层状(TiFe+β-Ti)共晶组织。其中Ti70.5Fe29.5片层状TiFe相厚度约为1μm,而(Ti70.5Fe29.5)98Y2片层状TiFe相厚度仅300 nm左右,组织得到了大幅度细化。Ti-Fe-Y系合金的强度和塑性由于组织细化程度的不同,随着Y元素含量的增加,同向呈现出先上升后下降的趋势,但较Ti70.5Fe29.5而言均得到了较大幅度的提升。对比Ti70.5Fe29.5的抗压强度2058 MPa、塑性应变量为6.0%,(Ti70.5Fe29.5)98Y2的综合力学性能最佳,其抗压强度为2447 MPa,塑性应变量为14.2%。
  • 武改林,范晋平,蒋一锋,裴 镖,郭丽娜
    摘要:
    采用质量分数为99.9%的纯镁锭和99.9%的粒度为45μm的硅粉,制备了质量分数为5%的Mg-5Si合金,研究了熔体过热温度和保温时间对Mg-5Si合金铸态组织和力学性能的影响。研究实现了Mg2Si相尺寸由处理前的27μm减小到20μm,此时初生Mg2Si相的平均尺寸最小,分布趋于均匀,形貌逐渐向树枝状转变,甚至溶解为较为圆整的颗粒,且共晶Mg2Si相层片间距较小,并采用抗拉强度、屈服强度和伸长率表征其力学性能。研究结果表明:熔体过热温度为770℃、保温时间为30min时,合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为152MPa、84 MPa和6.5%,合金的力学性能得到明显改善。
  • 刘东新,安耿,刘仁智,李晶,陈璇,杨程
    摘要:
    通过固-液喷雾掺杂技术和粉末冶金方法制备MoCe合金,采用ICP、SEM、万能试验机等手段测定合金粉化学成分、合金断裂特征和组织结构,研究不同含量稀土氧化物CeO2对钼合金性能的影响。结果表明,MoCe合金烧结密度随着CeO2掺杂量的增加而增加,且合金的密度均在9.80 g/cm3以上。CeO2掺杂量少于0.3%时,烧结棒的晶粒尺寸随着CeO2掺杂量的增加而减小;CeO2掺杂量高于0.3%时,晶粒尺寸未发生明显变化。?1.8 mm MoCe合金丝的室温强度和延伸率较纯钼丝有显著提高,CeO2掺杂量在0.3%时达到最大值,且室温拉伸断口呈现出典型的韧窝断口形貌。
  • 提取冶金与化学工程
  • 吕超,周楠,孙铭赫
    摘要:
    利用CFD软件Fluent 14.5, Standard k-e湍流模型、Eulerian多相流模型以及能量方程,对从氯化镁热解制备氧化镁的文丘里热解反应器内的气-液两相流进行了数值模拟研究,通过多组模拟最终确定了实验模拟的最优工艺条件。结果表明,熔融氯化镁入口温度的改变并不能改变反应器内流场的分布规律,只是相应提高了反应器内整体温度,而熔融氯化镁入口速度的变化以及喉管与引流管间夹角的变化都能较大程度上影响反应器内的流场;喉管与引流管的夹角为75°,氧气入口速度为0.5 m/s,熔融氯化镁的入口速度为0.9 m/s。
  • 丁 钰,南新元
    摘要:
    精准预测生物氧化预处理中的进气量对提高黄金提取率和节能降耗具有重要意义。以气体管流连续性方程和运动方程为控制方程,采用Preissmann隐格式法作为差分方法。同时,根据集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman filter,EnKF)算法原理,构造进气量、压强的状态空间模型。结果表明,基于气体管流控制方程建立的进气量模型预测结果与实际进气量观测值具有较好的一致性;与传统静态预测方法相比,EnKF同化方法引入实时观测值和模型参数的更新,有效提高了进气量的预测精度,其平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差有明显的降低。可见,基于气体管流控制方程建立的预测模型结合EnKF同化方法是提高生物氧化槽进气量预测精度的有效手段。
  • 毛凯旋,李磊
    摘要:
    基于电解铝工艺废旧阴极炭块基本组成特点,提出以电解铝工艺废旧阴极炭块为还原剂贫化转炉铜渣的新方法。以热力学分析为基础,考察了废阴极炭块加入量、SiO2加入量及氮气喷吹流量对转炉渣中铜贫化效果的影响规律。结果表明,控制贫化温度1 300 ℃、喷吹时间20 min和保温时间60 min的前提下,调整SiO2加入量为3.4 % (Fe/SiO2为2.0)、废阴极炭添加量为2.8 %和氮气喷吹流量为300 mL/min时,尾渣中残余铜含量可从5.70%降到0.45%,同时废阴极炭块中F-固定率达96.6 %,实现了废阴极炭块的无害化与资源化处理。
  • 矿物加工与工艺矿物学
  • 申士富
    摘要:
    针对铝电解废阴极采取SEM、TEM等手段分析了其中碳、钠、铝、铁等元素的主要矿物存在形式及其矿物间的嵌布特性。研究表明,废阴极炭块中主要成分为碳和氟化物;碳主要是石墨化程度较高的石墨,但结晶粒度只有几十纳米至几微米;氟化物主要是氟化钠、冰晶石、氟化钙;铝主要为氧化铝和冰晶石;铁主要是金属铁;矿物间嵌布紧密,互含普遍;矿物的嵌布粒度在数十纳米至几十微米之间。
  • 胡家城,石晴,荀骆冰,罗青云
    摘要:
    从矿浆流变学的角度出发,通过对矿浆流变性测量及矿物浮选试验,考察在不同碳酸根和硫酸根浓度下矿浆流变性与矿物浮选速率的变化规律。结果表明:碳酸根和硫酸根随浓度的增加都能显著降低矿浆表观黏度和屈服应力值,对矿物颗粒起分散作用。碳酸根和硫酸根的加入对黄铜矿和蛇纹石的浮选回收均有一定的促进作用,但主要是通过加快黄铜矿的浮选速率,降低精矿中MgO含量,从而达到相对抑制蛇纹石的效果。蛇纹石浮选速率与矿浆黏度间呈一定的负相关关系。
  • 地质采矿与安全工程
  • 张苏江,崔立伟,孔令湖,姜爱玲,李建波
    摘要:
    锂作为战略性新兴产业发展的重要支撑矿种,被世界各国视为新的经济增长点。世界锂矿资源丰富,主要分布于北美洲、拉丁美洲、非洲、大洋洲、欧洲及亚洲。截至2019年底,全球已探明的锂矿资源储量达1700万t,中国储量占比为5.88%,排名世界第4。未来随着中国高端装备制造、储能与分布式电源、新能源汽车等产业的发展,锂资源的需求会持续快速上升,而国内锂资源供应能力较弱,供应缺口将长期存在。通过分析国内外锂矿矿床类型、资源分布特征,结合中国锂矿勘查开发的新进展,提出需加大国内重点成锂区(带)勘探投入、统筹海外优质固液锂资源市场布局、开展盐湖提锂技术攻关与共(伴)生锂矿利用研究、加强锂资源综合利用技术和深加工技术研发等建议。
  • 张晓朴
    2020(10):105-111 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    针对地震震源谱的零频极限及拐角频率参数反演计算,本文提出采用差分进化算法,并选取四种不同差分进化策略,利用矿山地震监测系统记录的采矿诱发矿震的地震波资料及Brune位错模型,对零频极限及拐角频率进行反演。经过差分进化算法反演,并与遗传算法反演结果对比,确定差分进化算法能够实现零频极限及拐角频率的精确计算。同时,研究发现针对多元非线性Brune位错模型进行差分进化反演,其变异策略中的rand相比best,更能够实现全局寻优能力,避免陷入搜索停止,出现早熟现象。再根据反演的零频极限和拐角频率,进而计算地震矩、震源半径及视应力等震源参数,从而为研究采矿区域应力分布、集中及释放规律、判别开采作业区域安全提供了很好的途径。
  • 荣帅
    2020(10):112-119 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    为科学合理评估隧道围岩稳定性,考虑了隧道围岩安全具有随机和模糊性特点,引入云理论建立综合评价模型。首先,在分析和参考文献基础上,选取了6个影响因素,构建了隧道围岩稳定性综合评价指标体系。其次,基于三标度理论改进层次分析法确定指标主观权重,引入变异系数改进CRITIC法确定指标客观权重,采用博弈论确定指标组合权重;根据稳定性分级标准确定云的数字特征并生成了指标云图,分别计算各评估对象不同等级下的单指标隶属度和综合确定度,并基于最大隶属度原则确定等级。最后将模型应用到隧道围岩安全性评价中,并与可拓理论和属性识别评价模型对比,研究结果表明所建立的评价模型评估结果准确可靠、切合实际,对隧道施工具有一定的指导意义,为隧道围岩稳定性评估提供了一条可量化的新思路。
  • 环境科学与工程
  • 郭盼盼,孔令昊,胡星云,彭先佳
    2020(10):120-126 doi: 10.16078/j.tribology.2017.06.002
    摘要:
    铜冶炼过程中会产生大量难处理的含有高浓度Cu2+和Cl-的污酸废水,将这类废水作为稀硫酸进行回用之前需要对其中的污染物进行高效去除。研究提出在硫脲和抗坏血酸作用下,通过沉淀反应对污酸废水中的Cu2+和Cl-进行同步去除。结果表明,当投加的硫脲和抗坏血酸与废水中Cu2+的摩尔比为1∶1∶1时,室温下反应20min后,Cu2+和Cl-的去除效率可分别达到88.5%和82.2%,进一步研究显示,该方法在最佳反应温度50 ℃下,对硫酸浓度在50~160 g/L范围内的铜冶炼污酸废水中的Cu2+和Cl-均具有良好去除效果。经初步鉴定表征,认为反应中生成的沉淀物为[CuxTUy]Clz?nH2O和[CuxTUy]SO4z/2?nH2O。

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