2022第9期目录
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    材料制备与加工
  • 高改会,李蒙,祝庆
    摘要:
    为了优化电解铝液中固体冷料占比,稳定获得高品质铝合金熔体,以8079铝合金为研究对象,利用ABB测氢仪检测了铸轧生产时不同固体冷料占比(0%、20%、30%、40%、60%、70%)铝合金熔体含氢量,借助光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)等分析方法对双零铝箔用铸轧板微观组织进行了表征,利用电子万能拉伸试验机测试了其力学性能。结果表明,电解铝液中未添加固体冷料时,铝合金熔体含氢量高,约为0.162 ml/(100 g Al),铸轧板局部晶粒粗大,并且产生局部严重偏析现象,力学性能差;随着固体冷料占比增加,铝合金熔体含氢量逐渐降低,铸轧板偏析逐渐减弱,铸轧板晶粒尺寸减小,分布趋于更均匀,力学性能逐渐改善;当固体冷料占比为30%~70%时,铝合金熔体平均含氢量低于0.108 ml/(100 g Al),铸轧板晶粒细小均匀,未发现明显偏析现象,其抗拉强度不低于128.3 MPa,断后伸长率不低于38.0%,铝合金铸轧板组织性能达到较佳匹配。
  • 李敏,邓守浩,刘川槐,沈利
    摘要:
    采用ERNiCr-3镍基焊丝作为T91/TP347H异种钢焊接接头的焊料,使用X射线衍射分析仪、光学显微镜、扫描电子显微镜和显微硬度计研究了原始态、服役6×104h和服役105h的T91/TP347H异种接头的相组成、微观组织、元素组成及显微硬度。结果表明,随着服役时间的增加,T91母材、TP347H母材和焊缝区晶粒尺寸均有一定程度的增大,T91母材存在析出相M23C6,TP347H母材存在析出相M23C6、Nb(C,N),焊缝区有少量M23C6存在。在服役过程中发生Fe、Ni元素的扩散。三种状态下的焊接接头均在T91热影响区硬度最高,TP347H母材硬度最低,随着服役时间的增加,焊缝打底层硬度基本不变,而焊缝盖面层和填充层的硬度急剧升高,其余区域硬度均有下降。
  • 丁万武,石怀鑫,魏振鹏,鲁维东,张开宝,刘建新,雷东楷
    摘要:
    采用ANSYS FLUENT对双辊铸轧1100铝合金Hunter式铸嘴进行有限元模拟,研究铸嘴型腔结构对铝熔体流热场的影响,并对铸嘴结构进行改进边部挡块、增加主分流块尺寸以及增加圆角的模拟优化设计及实验验证。研究结果表明:在660℃-700℃温度范围内铝熔体粘度η与温度T的数学关系式为η=4.7892×10-3exp(3959.4208/T)。优化前铸嘴型腔内铝熔体流速、温度分布不均匀,且分流块间隙存在低温涡流区。采取四分之一椭圆边部挡块代替原有三角边部挡块,主分流块尺寸由140mm增加至160mm以及主分流块采取15°圆角,可使铸嘴型腔出口处铝熔体速度和温度波动范围显著缩小,提高铸嘴型腔出口处铝熔体流热场的均匀性。实验验证了铸嘴结构优化设计的可行性。
  • 武磊,何兵,古斌,覃文东,覃铭
    摘要:
    为优化7075铝合金轧板T6工艺,本文进行了固溶工艺实验研究,实验参数涉及固溶温度和固溶时间。结合轧板DSC曲线和实验获得的布式硬度数据,选取了4个工艺进行金相组织、拉伸性能、断口形貌的比较与分析。实验结果显示,固溶温度500℃、固溶1h、时效温度120℃、时效保温24h的T6工艺可以获得布式硬度179HB、非比例屈服强度493.1MPa,抗拉强度573.1MPa,延伸率11.7%,是本文实验获得的7075铝合金轧板最佳性能。分析认为,轧制中间退火降低了轧板变形储能、提高了再结晶温度,大变形量轧制和中间退火造成轧板中非平衡凝固共晶组织破碎、细化和分离,导致熔化温度升高并且难以出现过烧现象,因此对7075铝合金轧板的T6特别是固溶工艺设置要结合轧板变形情况、轧制过程和轧板DSC曲线。
  • 惠玉玉,霍广鹏,张晓东,虞澜,陈亮维
    摘要:
    采用固相反应法制备室温铁磁性四方超结构Sr3ErCo4O10.5+δ多晶。用XRD、SEM表征1025-1200 ℃内7个不同烧结温度制备的多晶样品的结构及断面形貌, 1025 ℃时,Sr3ErCo4O10.5多晶结晶完成,出现杂相Er2O3;随烧结温度提高, (103) (215)超结构峰强度增大,杂相逐渐减少,Sr3ErCo4O10.5+δ晶粒长大、气孔减少、晶格完整性提高;1160 ℃时,超结构峰强度最高,杂相完全消失,有序化程度最好;随烧结温度继续提高,超结构峰强度降低,有序化程度减弱,颗粒表面出现Er2O3;TG-DSC表明多晶在1025-1200℃吸氧(δ)并逐步完成有序化,碘滴定进一步确定多晶氧化学计量比随烧结温度升高而增大。在1160℃制备多晶,300K电阻率~0.09 Ω.cm;多晶铁磁-顺磁转变温度(Tc)为332 K;M-H曲线进一步证明多晶具有室温铁磁性,并在332K时发生顺磁-铁磁转变。
  • 环境科学与工程
  • 张益硕,周仲魁,杨顺景,李龙祥,李荆喻,樊小磊
    摘要:
    铀造成的水体污染是目前亟需解决的环境问题,吸附法是一种效率高且有效的方法之一。针对膨润土吸附率不佳的问题,采用硅烷偶联剂KH550对膨润土进行改性,提高膨润土对水体中低浓度铀的吸附性能。采用SEM、FTIR、XRD、氮气吸附脱附对吸附材料进行表征,并利用该材料对水体中铀进行吸附试验。结果表明,膨润土采用KH550改性后,在pH为5、温度为338.15K、初始浓度为10mg/L、转速为165r/min、投加量为1.0g/L、反应时间大于50min的条件下,含铀废水中铀去除率大于95%。改性膨润土对铀的吸附符合拟二级动力学模型和Langmuir模型,其对铀的吸附为自由度减少,熵减的过程。该试验有望为含铀废水的处理提供一种新技术。
  • 地质采矿与安全工程
  • 常悦,薛利国,李燕,赵志云
    摘要:
    胶结充填有助于推动绿色矿山建设。然而,作为胶结充填的主要胶凝材料,水泥的高成本限制了的胶结充填的应用,因此亟待开发研究新型的充填胶凝材料。基于此,本文利用添加剂优化改性Na2CO3激发高炉矿渣作为胶凝材料用于胶结充填。通过探索不同添加剂对胶凝材料水化特性、反应产物以及对胶结充填样品流动性、抗压强度和重金属固化效率的影响,得出适合于铅锌矿尾砂胶结充填的胶凝材料配比。试验结果表明,当添加5 wt% 煅烧白云石以及1 wt%碱式碳酸镁时,样品性能最优。当胶凝材料和尾砂质量比为1:6,料浆浓度为76%时,充填体3d和28d抗压强度分别为1.41 MPa和3.89 MPa,并且重金属的浸出量符合国家相关标准。
  • 矿物加工与工艺矿物学
  • 祁正栋
    摘要:
    基于响应面曲线法对-0.45mm废电路板物料中金属与非金属浮选分离条件进行优化,结果表明,-0.45mm物料最佳浮选条件为:浓度为100g/L、转速为2100rpm、充气量为100L/h、入料粒度0.3mm~0.15mm,该条件下回收沉物中金属质量分数为89.7%,金属回收率达90.28%。在该优化条件下,对-0.074mm金属富集体中铜进行浮选研究,确定最佳药剂用量为:活化剂(Na2S)150g/t、起泡剂(C8H18O)200g/t、捕收剂(C4H9OCS2Na)200g/t,浮选得到铜精矿中铜的回收率为95.99%。金属混合物以及金属混合物中铜的回收率均在90%以上,实现了废电路板中金属混合物及铜的高效浮选回收。
  • 环境科学与工程
  • 苟渔,牛丽娟,赵梦琦,苏欢,郭飞,李丽
    摘要:
    微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)可将水中游离的Pb2+转化为稳定的沉淀物。本文筛选出一株耐Pb2+的脲酶阳性SHT17菌株,16S rRNA 鉴定为Streptomyces mutabilis(登录号为OL677072)。探究该链霉菌诱导碳酸钙沉淀对水中Pb2+的去除能力。通过电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对水中Pb2+浓度进行检测,利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱(EDS)、X-射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)对菌株诱导的沉淀物进行分析。结果表明,链霉菌能有效地去除水中Pb2+。当Pb2+浓度为200 mg/L时,水中Pb2+去除率达到99.66%,并且去除的Pb2+以碳酸盐的形式被固定在链霉菌诱导生成的沉淀物中。此外,随着初始Pb2+浓度升高,该菌对Pb2+去除率均在65%以上,且大致呈下降趋势。不同钙源影响着链霉菌诱导形成的沉淀物的形貌。
  • 地质采矿与安全工程
  • 包 松,郭连军,莫宏毅,任碧琦,徐振洋
    摘要:
    准确预测爆破振动速度是控制爆破危害的重要内容。为了优选高程影响的质点峰值振速预测模型,基于量纲分析理论,综合考虑了测点与爆源之间的位置信息,重构了峰值振速预测公式。以鞍千矿业露天台阶爆破作业为背景,进行爆破振动监测试验,通过线性与非线性回归拟合法分析不同峰值振速预测模型的适用性。结果表明,考虑高程影响的预测经验公式预测精度均大于萨道夫斯基公式;结合测点与爆区之间的直线距离、水平距离和高程差的预测经验公式的预测精度高于其他预测经验公式;推导的预测模型可以较为准确的预测峰值振速,预测精度为91.60%;非线性回归得出考虑高程影响的预测模型可以更好的表征爆破振动在边坡岩体中的传播规律;优选了适用性较好的峰值振速预测模型,预测精度为91.87%。
  • 矿物加工与工艺矿物学
  • 谢顺平,胡志成,卢东方,赵炎,刘剑军,王铁军
    摘要:
    目前工业界普遍采用湿式弱磁选工艺获得合格磁铁矿精矿,然而湿式工艺盛行的同时也使得世界缺水、寒冷等地的同类型资源难以得到有效利用。相比于湿式,干式磁选具有环境友好、适应性强等特点,是解决此类资源开发利用的极佳途径。但由于细粒磁铁矿间的相互作用与磁团聚效应,干式磁选一直存在难以分散、分层、分离的技术瓶颈。针对该情况,近年来国内外科研工作者及本人所在课题组做了些许工作,基本确定了在原有设备的基础之上引入气流来实现微细粒的分散与分离的研究思路。本文主要围绕国内外正处于研发阶段的几类干式气流型磁选机进行论述,同时借助COMSOL有限元计算软件对各类设备的磁场、流场、粒子轨迹等机理性内容进行深入分析,综合比较各类设备的优缺点及适用范围,探究气流的最佳引入方式,以期对后续干式气流磁选机的研制和磁性矿物的干法分离提供一定的借鉴意义。
  • 提取冶金与化学工程
  • 张浩宇,张保国,艾兵,潘科峰,李德刚,张维民,张丽鹏,刘风国,石忠宁
    摘要:
    金属锂在高能电池、轻金属合金以及受控核聚变等领域得到了广泛应用。目前熔盐电解是工业金属锂制备的主要方法,但存在流程长、能耗高、操作复杂等缺点。本研究提出一种低温溶剂冶金技术路线,可实现金属锂的常温电化学还原,拥有流程短、能耗低、操作简单、过程连续等优点。研究使用价格低廉的非质子极性分子N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,以来源丰富的LiCl为原料,直接电解LiCl制备金属锂。研究了二元DMF-LiCl体系的基础物理化学性质,计算得到不同LiCl浓度下体系的电导活化能和粘流活化能;采用循环伏安技术研究了不同LiCl浓度电解质体系的电化学特性,得出金属锂的氧化还原电位(2.5 V和–2.9 V vs. Ag/Ag+)和电解金属锂最优LiCl浓度(0.7 mol/L);计算了0.7 mol/L LiCl浓度下锂离子扩散系数为2.6 × 10–8 cm2/s;最后在高纯锡阴极恒电位沉积得到了金属锂沉积物,并通过扫描电子显微镜对沉积物形貌进行了表征。研究可为低成本、低碳/低温电化学连续制备大块金属锂及锂基合金提供基础。
  • 地质采矿与安全工程
  • 陈鑫政,蒋合国,郭利杰,许文远,赵衷进,刘志双,魏筱乐
    摘要:
    为研究充填料浆质量分数(A)、砂灰比(B)和机制砂占比(C)对复合骨料充填料浆流变特性的影响规律和优化充填料浆配比参数,采用响应面法(RSM)设计试验开展屈服应力和扩散度等测试。结果表明:对于充填料浆的屈服应力,各影响因素的显著性为A>C>B>AC>C2>BC>A2,对于充填料浆的扩散度,各影响因素的显著性为A>C> A2> C2> AC,砂灰比对扩散度影响不显著;屈服应力随充填料浆质量分数的增加呈上升趋势,且质量分数越大,屈服应力上升速率越快,屈服应力随机制砂占比的增加呈下降趋势,且机制砂占比越高,屈服应力下降速度越快;扩散度随充填料浆质量分数的增加呈下降趋势,且质量分数越大,其下降速率越快,扩散度随着机制砂占比的增加呈增大的趋势,但当质量分数较大时,机制砂占比对扩散度的影响逐渐减弱;设定充填料浆的屈服应力为100~120Pa,扩散度为8~12cm,得到机制砂占比为10%、20%和30%时充填料浆质量分数范围分别为73.49%~76.14%、74.21%~75.86%和74.50%~77.14%。
  • 孙文杰,梅国栋,王莎,王雅莉,崔益源
    摘要:
    本文采用推理公式法和瞬时单位线法,分别进行了暴雨计算和产汇流计算,并基于水量平衡法,根据来洪过程线、排洪系统不同流态下的泄流曲线以及调洪库容曲线,分析了不同计算方法下尾矿库水位随时间变化的差异性。计算结果表明,推理公式法采用概化多峰三角形过程线,计算的峰值流量较大且分布较为集中,库水位存在陡增陡降现象,计算结果偏保守,而瞬时单位线法主雨峰时段分布较广,计算的流量峰值较小,库水位增幅和增速均较小,更切合实际。通过两种方法的对比分析,为尾矿库洪水计算方法的选取和具体实践应用,提供了借鉴和参考。
  • 张晋斌,张红成
    摘要:
    针对某铝煤共生巷道顶板易离层垮塌的问题,选取顶板稳定性控制关键砂岩层为研究对象,开展砂岩的轴向动静态压缩声发射试验,分析巷道顶板砂岩的变形特性、声发射特征及破坏模式。研究结果表明:静荷载作用下巷道顶板砂岩的变形经历了压密—弹性—屈服—破坏四个阶段,且动态冲击荷载作用下压密阶段不明显;声发射事件大量出现的阶段为屈服阶段和破坏阶段,尤其是峰值应力前后,表征巷道顶板失稳前会释放内部存储的能量;顶板砂岩的动态抗冲击强度远大于静态抗压强度,且其静态破坏模式为层状剪切滑移破坏和压剪圆锥形破坏,动态破坏模式为拉—剪多次耦合型破坏;同时还发现静荷载作用下砂岩的脆性性质凸显,而动态荷载作用下的塑性性质明显。最后,基于试验研究结果,提出了适合铝煤共生矿巷道顶板的支护技术,即中空锚杆—注浆—扩浆一体化联合支护方案。
  • 材料制备与加工
  • 李志宏
    摘要:
    使用以管道自身流体驱动并搭载漏磁检测设备的管道内部机器人进行长距离输送管道的检测是一种重要且有效的手段,其作用愈发重要。本文以省科技重大专项项目为依托,介绍了管道漏磁内检测的原理、缺陷漏磁场的算法以及关乎缺陷检出效果等在内的内检测机器人驱动力、通过适应性、速度控制和漏磁检测模块设计,并将上述项目研究成果运用到实际工业实践。结果表明:本项目开发的内检测机器人其检测适应能力更强,能进一步提高缺陷的检出灵敏度和分辨力。经开挖验证后发现缺陷信号特征与实际缺陷状态高度吻合,可在行业内推广应用。
  • 提取冶金与化学工程
  • 邓志敢,孙朴,魏昶,刘祖东,李兴彬,李旻廷
    摘要:
    针对锌精矿氧压浸出过程伴生硫铁矿的氧化转化行为,以硫铁矿为研究对象,研究了不同初始硫酸浓度、温度、氧分压、矿物粒度、反应时间对硫铁矿氧压浸出行为的影响。研究表明:硫铁矿氧压浸出过程反应初期为耗酸反应,硫酸的消耗速率大于硫酸的生成速率,反应后期主要是元素硫氧化转化生成硫酸;反应初期浸出液中的铁主要为二价铁离子,反应后期发生铁离子的氧化,且在高温酸性溶液中三价铁离子可水解沉淀为赤铁矿和铁钒;硫铁矿中的硫元素在氧压浸出过程大部分转化为硫酸并以硫酸根的形式存在溶液中,而少部分以单质硫形式存在于浸出渣中,附着于浸出渣表面,形成包裹层。
  • 于骞翔,张元生
    摘要:
    基于超高温冶金过程电弧炉产热导热计算,采用傅立叶热传导定律和牛顿冷却定律,对电弧产生热量沿固体轴向热导和流体横向热导机理进行研究。首先,描述电弧各部分的产热量;其次,计算电弧近极段经石墨电极和弧柱段的产热量及流向,提出电弧沿轴向和横向的热导计算方法;最后,以铍铜合金冶炼过程电弧炉温度分布和热量分析,验证电弧热导机理的有效性。研究结果表明,冶炼过程炉腔内热量的流动方式服从轴向热导和横向热导两个关键过程,完善了电弧炉热导机理理论研究。在此基础上对冶炼过程热量计算和利用进行相关分析,分析结果表明,1)炉腔内电弧近极段温度可由炉口火焰温度检测计算得到;2)降低轴向热导的热量耗散、提高横向热量占比是优化电弧炉有效能源利用率的关键方式之一。本文以期达到从热导机理角度优化冶金工艺的目标。
  • 材料制备与加工
  • 李晓磊,袁岗,张可伦,崔陆军,徐春杰,张国君,郭士锐
    摘要:
    γ-TiAl合金具有高比强度,能在高温下(750℃)表现出较好的力学性能,因而成为航空航天和汽车等行业持续关注的材料。为得到无裂纹激光γ-TiAl合金单道沉积层,采用组合参数法研究沉积层的几何形状、裂纹、显微硬度、微观结构。研究结果表明,随着粉末密度的增大,沉积层高度增加,随着比能量的提高,沉积层高度下降、深度升高;当比能量和粉末密度分别为60-130 J/mm2和1.2-2.8 g/mm2时,沉积层表面光滑、无裂纹、且无未熔颗粒;随着粉末密度的增大,显微硬度从310 HV0.3增加到610 HV0.3,随着比能量的增大,显微硬度从374 HV0.3下降到306 HV0.3;高的比能量和低的粉末密度下的柱状晶和等轴晶组织较为粗大。通过组合参数找到无裂纹激光γ-TiAl合金的单道沉积层,研究结果可为激光金属沉积成型技术制备γ-TiAl合金提供参考。
  • 提取冶金与化学工程
  • 袁朝新,韦其晋,穆亮照,余群波
    摘要:
    为解决铜冶炼厂高温斜烟道发生结瘤堵塞难题,本文设计团队使用数模优化设计软件Fluent对高温斜烟道进行优化设计,并将设计成果应用于某新建铜冶炼厂。实践结果表明,采用全新优化设计的高温斜烟道可避免结瘤堵塞发生,提升了铜熔炼工段的生产作业率。
  • 矿物加工与工艺矿物学
  • 莫峰,曹阳,蓝卓越,童雄,谢贤,谢瑞琦,兰希雄,韩彬,符海桃,宋强
    摘要:
    针对云南都龙采场剥离废石中有色金属的回收进行了高效预富集新技术研究。工艺矿物学研究表明,废石中不同目的矿物的共生关系整体较为简单。试验结果表明,将含锡0.1%左右的剥离废石原料分成-70~+30mm、-30~+5 mm、-5~+0.5 mm、-0.5 mm四个粒级,分别采用光电选矿机、粗粒跳汰机、细粒跳汰机和螺旋分选机等不同选矿工艺和组合设备对不同粒级含锡废石进行预富集回收,得到品位为0.290%、回收率大于56.82%、富集比2.74的锡精矿产品,该高效预富集新技术对保障战略金属锡资源安全、提高锡综合利用率、延长矿山服务年限具有重大意义。
  • 地质采矿与安全工程
  • 秦海忠,李佳
    摘要:
    基于目前水泥胶凝材料价格大幅上调导致膏体充填成本高昂的实际境况,为降低充填成本,以工业废弃氟石膏为主要研究对象进行相关研究。利用氟石膏代替水泥,结合废石、粉煤灰、生石灰等掺加料,并辅以一定量的添加剂,开展氟石膏基新型膏体充填材料配比试验研究。通过坍落度、扩展度等试验确定材料的最优配比,并对膏体进行单、三轴及SEM试验,分析其宏微观结构。研究结果表明:质量浓度增大0min至120min,坍落度、扩展度损失率随之增大,泌水率却逐渐减小;最优配比所制成氟石膏基膏体的单轴压缩应力—应变曲线属于弹塑性曲线,最高可达6~7MPa;单轴与三轴压缩试验后,膏体表面未出现大的破裂面,且随围压的增加,应力—应变曲线不再出现峰值应力;所制充填材料的水化物主要包括钙矾石(AFt)、水化硅酸钙凝胶(C-S-H凝胶)和二水硫酸钙(CaSO4?2H2O)。氟石膏基新型膏体充填材料的配制具有深远的影响,为实现高效安全、绿色可持续的矿山开采提供了保障。
    材料制备与加工
  • 高改会,李蒙,祝庆
    摘要:
    为了优化电解铝液中固体冷料占比,稳定获得高品质铝合金熔体,以8079铝合金为研究对象,利用ABB测氢仪检测了铸轧生产时不同固体冷料占比(0%、20%、30%、40%、60%、70%)铝合金熔体含氢量,借助光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)等分析方法对双零铝箔用铸轧板微观组织进行了表征,利用电子万能拉伸试验机测试了其力学性能。结果表明,电解铝液中未添加固体冷料时,铝合金熔体含氢量高,约为0.162 ml/(100 g Al),铸轧板局部晶粒粗大,并且产生局部严重偏析现象,力学性能差;随着固体冷料占比增加,铝合金熔体含氢量逐渐降低,铸轧板偏析逐渐减弱,铸轧板晶粒尺寸减小,分布趋于更均匀,力学性能逐渐改善;当固体冷料占比为30%~70%时,铝合金熔体平均含氢量低于0.108 ml/(100 g Al),铸轧板晶粒细小均匀,未发现明显偏析现象,其抗拉强度不低于128.3 MPa,断后伸长率不低于38.0%,铝合金铸轧板组织性能达到较佳匹配。
  • 李敏,邓守浩,刘川槐,沈利
    摘要:
    采用ERNiCr-3镍基焊丝作为T91/TP347H异种钢焊接接头的焊料,使用X射线衍射分析仪、光学显微镜、扫描电子显微镜和显微硬度计研究了原始态、服役6×104h和服役105h的T91/TP347H异种接头的相组成、微观组织、元素组成及显微硬度。结果表明,随着服役时间的增加,T91母材、TP347H母材和焊缝区晶粒尺寸均有一定程度的增大,T91母材存在析出相M23C6,TP347H母材存在析出相M23C6、Nb(C,N),焊缝区有少量M23C6存在。在服役过程中发生Fe、Ni元素的扩散。三种状态下的焊接接头均在T91热影响区硬度最高,TP347H母材硬度最低,随着服役时间的增加,焊缝打底层硬度基本不变,而焊缝盖面层和填充层的硬度急剧升高,其余区域硬度均有下降。
  • 丁万武,石怀鑫,魏振鹏,鲁维东,张开宝,刘建新,雷东楷
    摘要:
    采用ANSYS FLUENT对双辊铸轧1100铝合金Hunter式铸嘴进行有限元模拟,研究铸嘴型腔结构对铝熔体流热场的影响,并对铸嘴结构进行改进边部挡块、增加主分流块尺寸以及增加圆角的模拟优化设计及实验验证。研究结果表明:在660℃-700℃温度范围内铝熔体粘度η与温度T的数学关系式为η=4.7892×10-3exp(3959.4208/T)。优化前铸嘴型腔内铝熔体流速、温度分布不均匀,且分流块间隙存在低温涡流区。采取四分之一椭圆边部挡块代替原有三角边部挡块,主分流块尺寸由140mm增加至160mm以及主分流块采取15°圆角,可使铸嘴型腔出口处铝熔体速度和温度波动范围显著缩小,提高铸嘴型腔出口处铝熔体流热场的均匀性。实验验证了铸嘴结构优化设计的可行性。
  • 武磊,何兵,古斌,覃文东,覃铭
    摘要:
    为优化7075铝合金轧板T6工艺,本文进行了固溶工艺实验研究,实验参数涉及固溶温度和固溶时间。结合轧板DSC曲线和实验获得的布式硬度数据,选取了4个工艺进行金相组织、拉伸性能、断口形貌的比较与分析。实验结果显示,固溶温度500℃、固溶1h、时效温度120℃、时效保温24h的T6工艺可以获得布式硬度179HB、非比例屈服强度493.1MPa,抗拉强度573.1MPa,延伸率11.7%,是本文实验获得的7075铝合金轧板最佳性能。分析认为,轧制中间退火降低了轧板变形储能、提高了再结晶温度,大变形量轧制和中间退火造成轧板中非平衡凝固共晶组织破碎、细化和分离,导致熔化温度升高并且难以出现过烧现象,因此对7075铝合金轧板的T6特别是固溶工艺设置要结合轧板变形情况、轧制过程和轧板DSC曲线。
  • 惠玉玉,霍广鹏,张晓东,虞澜,陈亮维
    摘要:
    采用固相反应法制备室温铁磁性四方超结构Sr3ErCo4O10.5+δ多晶。用XRD、SEM表征1025-1200 ℃内7个不同烧结温度制备的多晶样品的结构及断面形貌, 1025 ℃时,Sr3ErCo4O10.5多晶结晶完成,出现杂相Er2O3;随烧结温度提高, (103) (215)超结构峰强度增大,杂相逐渐减少,Sr3ErCo4O10.5+δ晶粒长大、气孔减少、晶格完整性提高;1160 ℃时,超结构峰强度最高,杂相完全消失,有序化程度最好;随烧结温度继续提高,超结构峰强度降低,有序化程度减弱,颗粒表面出现Er2O3;TG-DSC表明多晶在1025-1200℃吸氧(δ)并逐步完成有序化,碘滴定进一步确定多晶氧化学计量比随烧结温度升高而增大。在1160℃制备多晶,300K电阻率~0.09 Ω.cm;多晶铁磁-顺磁转变温度(Tc)为332 K;M-H曲线进一步证明多晶具有室温铁磁性,并在332K时发生顺磁-铁磁转变。
  • 环境科学与工程
  • 张益硕,周仲魁,杨顺景,李龙祥,李荆喻,樊小磊
    摘要:
    铀造成的水体污染是目前亟需解决的环境问题,吸附法是一种效率高且有效的方法之一。针对膨润土吸附率不佳的问题,采用硅烷偶联剂KH550对膨润土进行改性,提高膨润土对水体中低浓度铀的吸附性能。采用SEM、FTIR、XRD、氮气吸附脱附对吸附材料进行表征,并利用该材料对水体中铀进行吸附试验。结果表明,膨润土采用KH550改性后,在pH为5、温度为338.15K、初始浓度为10mg/L、转速为165r/min、投加量为1.0g/L、反应时间大于50min的条件下,含铀废水中铀去除率大于95%。改性膨润土对铀的吸附符合拟二级动力学模型和Langmuir模型,其对铀的吸附为自由度减少,熵减的过程。该试验有望为含铀废水的处理提供一种新技术。
  • 地质采矿与安全工程
  • 常悦,薛利国,李燕,赵志云
    摘要:
    胶结充填有助于推动绿色矿山建设。然而,作为胶结充填的主要胶凝材料,水泥的高成本限制了的胶结充填的应用,因此亟待开发研究新型的充填胶凝材料。基于此,本文利用添加剂优化改性Na2CO3激发高炉矿渣作为胶凝材料用于胶结充填。通过探索不同添加剂对胶凝材料水化特性、反应产物以及对胶结充填样品流动性、抗压强度和重金属固化效率的影响,得出适合于铅锌矿尾砂胶结充填的胶凝材料配比。试验结果表明,当添加5 wt% 煅烧白云石以及1 wt%碱式碳酸镁时,样品性能最优。当胶凝材料和尾砂质量比为1:6,料浆浓度为76%时,充填体3d和28d抗压强度分别为1.41 MPa和3.89 MPa,并且重金属的浸出量符合国家相关标准。
  • 矿物加工与工艺矿物学
  • 祁正栋
    摘要:
    基于响应面曲线法对-0.45mm废电路板物料中金属与非金属浮选分离条件进行优化,结果表明,-0.45mm物料最佳浮选条件为:浓度为100g/L、转速为2100rpm、充气量为100L/h、入料粒度0.3mm~0.15mm,该条件下回收沉物中金属质量分数为89.7%,金属回收率达90.28%。在该优化条件下,对-0.074mm金属富集体中铜进行浮选研究,确定最佳药剂用量为:活化剂(Na2S)150g/t、起泡剂(C8H18O)200g/t、捕收剂(C4H9OCS2Na)200g/t,浮选得到铜精矿中铜的回收率为95.99%。金属混合物以及金属混合物中铜的回收率均在90%以上,实现了废电路板中金属混合物及铜的高效浮选回收。
  • 环境科学与工程
  • 苟渔,牛丽娟,赵梦琦,苏欢,郭飞,李丽
    摘要:
    微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)可将水中游离的Pb2+转化为稳定的沉淀物。本文筛选出一株耐Pb2+的脲酶阳性SHT17菌株,16S rRNA 鉴定为Streptomyces mutabilis(登录号为OL677072)。探究该链霉菌诱导碳酸钙沉淀对水中Pb2+的去除能力。通过电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对水中Pb2+浓度进行检测,利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱(EDS)、X-射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)对菌株诱导的沉淀物进行分析。结果表明,链霉菌能有效地去除水中Pb2+。当Pb2+浓度为200 mg/L时,水中Pb2+去除率达到99.66%,并且去除的Pb2+以碳酸盐的形式被固定在链霉菌诱导生成的沉淀物中。此外,随着初始Pb2+浓度升高,该菌对Pb2+去除率均在65%以上,且大致呈下降趋势。不同钙源影响着链霉菌诱导形成的沉淀物的形貌。
  • 地质采矿与安全工程
  • 包 松,郭连军,莫宏毅,任碧琦,徐振洋
    摘要:
    准确预测爆破振动速度是控制爆破危害的重要内容。为了优选高程影响的质点峰值振速预测模型,基于量纲分析理论,综合考虑了测点与爆源之间的位置信息,重构了峰值振速预测公式。以鞍千矿业露天台阶爆破作业为背景,进行爆破振动监测试验,通过线性与非线性回归拟合法分析不同峰值振速预测模型的适用性。结果表明,考虑高程影响的预测经验公式预测精度均大于萨道夫斯基公式;结合测点与爆区之间的直线距离、水平距离和高程差的预测经验公式的预测精度高于其他预测经验公式;推导的预测模型可以较为准确的预测峰值振速,预测精度为91.60%;非线性回归得出考虑高程影响的预测模型可以更好的表征爆破振动在边坡岩体中的传播规律;优选了适用性较好的峰值振速预测模型,预测精度为91.87%。
  • 矿物加工与工艺矿物学
  • 谢顺平,胡志成,卢东方,赵炎,刘剑军,王铁军
    摘要:
    目前工业界普遍采用湿式弱磁选工艺获得合格磁铁矿精矿,然而湿式工艺盛行的同时也使得世界缺水、寒冷等地的同类型资源难以得到有效利用。相比于湿式,干式磁选具有环境友好、适应性强等特点,是解决此类资源开发利用的极佳途径。但由于细粒磁铁矿间的相互作用与磁团聚效应,干式磁选一直存在难以分散、分层、分离的技术瓶颈。针对该情况,近年来国内外科研工作者及本人所在课题组做了些许工作,基本确定了在原有设备的基础之上引入气流来实现微细粒的分散与分离的研究思路。本文主要围绕国内外正处于研发阶段的几类干式气流型磁选机进行论述,同时借助COMSOL有限元计算软件对各类设备的磁场、流场、粒子轨迹等机理性内容进行深入分析,综合比较各类设备的优缺点及适用范围,探究气流的最佳引入方式,以期对后续干式气流磁选机的研制和磁性矿物的干法分离提供一定的借鉴意义。
  • 提取冶金与化学工程
  • 张浩宇,张保国,艾兵,潘科峰,李德刚,张维民,张丽鹏,刘风国,石忠宁
    摘要:
    金属锂在高能电池、轻金属合金以及受控核聚变等领域得到了广泛应用。目前熔盐电解是工业金属锂制备的主要方法,但存在流程长、能耗高、操作复杂等缺点。本研究提出一种低温溶剂冶金技术路线,可实现金属锂的常温电化学还原,拥有流程短、能耗低、操作简单、过程连续等优点。研究使用价格低廉的非质子极性分子N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,以来源丰富的LiCl为原料,直接电解LiCl制备金属锂。研究了二元DMF-LiCl体系的基础物理化学性质,计算得到不同LiCl浓度下体系的电导活化能和粘流活化能;采用循环伏安技术研究了不同LiCl浓度电解质体系的电化学特性,得出金属锂的氧化还原电位(2.5 V和–2.9 V vs. Ag/Ag+)和电解金属锂最优LiCl浓度(0.7 mol/L);计算了0.7 mol/L LiCl浓度下锂离子扩散系数为2.6 × 10–8 cm2/s;最后在高纯锡阴极恒电位沉积得到了金属锂沉积物,并通过扫描电子显微镜对沉积物形貌进行了表征。研究可为低成本、低碳/低温电化学连续制备大块金属锂及锂基合金提供基础。
  • 地质采矿与安全工程
  • 陈鑫政,蒋合国,郭利杰,许文远,赵衷进,刘志双,魏筱乐
    摘要:
    为研究充填料浆质量分数(A)、砂灰比(B)和机制砂占比(C)对复合骨料充填料浆流变特性的影响规律和优化充填料浆配比参数,采用响应面法(RSM)设计试验开展屈服应力和扩散度等测试。结果表明:对于充填料浆的屈服应力,各影响因素的显著性为A>C>B>AC>C2>BC>A2,对于充填料浆的扩散度,各影响因素的显著性为A>C> A2> C2> AC,砂灰比对扩散度影响不显著;屈服应力随充填料浆质量分数的增加呈上升趋势,且质量分数越大,屈服应力上升速率越快,屈服应力随机制砂占比的增加呈下降趋势,且机制砂占比越高,屈服应力下降速度越快;扩散度随充填料浆质量分数的增加呈下降趋势,且质量分数越大,其下降速率越快,扩散度随着机制砂占比的增加呈增大的趋势,但当质量分数较大时,机制砂占比对扩散度的影响逐渐减弱;设定充填料浆的屈服应力为100~120Pa,扩散度为8~12cm,得到机制砂占比为10%、20%和30%时充填料浆质量分数范围分别为73.49%~76.14%、74.21%~75.86%和74.50%~77.14%。
  • 孙文杰,梅国栋,王莎,王雅莉,崔益源
    摘要:
    本文采用推理公式法和瞬时单位线法,分别进行了暴雨计算和产汇流计算,并基于水量平衡法,根据来洪过程线、排洪系统不同流态下的泄流曲线以及调洪库容曲线,分析了不同计算方法下尾矿库水位随时间变化的差异性。计算结果表明,推理公式法采用概化多峰三角形过程线,计算的峰值流量较大且分布较为集中,库水位存在陡增陡降现象,计算结果偏保守,而瞬时单位线法主雨峰时段分布较广,计算的流量峰值较小,库水位增幅和增速均较小,更切合实际。通过两种方法的对比分析,为尾矿库洪水计算方法的选取和具体实践应用,提供了借鉴和参考。
  • 张晋斌,张红成
    摘要:
    针对某铝煤共生巷道顶板易离层垮塌的问题,选取顶板稳定性控制关键砂岩层为研究对象,开展砂岩的轴向动静态压缩声发射试验,分析巷道顶板砂岩的变形特性、声发射特征及破坏模式。研究结果表明:静荷载作用下巷道顶板砂岩的变形经历了压密—弹性—屈服—破坏四个阶段,且动态冲击荷载作用下压密阶段不明显;声发射事件大量出现的阶段为屈服阶段和破坏阶段,尤其是峰值应力前后,表征巷道顶板失稳前会释放内部存储的能量;顶板砂岩的动态抗冲击强度远大于静态抗压强度,且其静态破坏模式为层状剪切滑移破坏和压剪圆锥形破坏,动态破坏模式为拉—剪多次耦合型破坏;同时还发现静荷载作用下砂岩的脆性性质凸显,而动态荷载作用下的塑性性质明显。最后,基于试验研究结果,提出了适合铝煤共生矿巷道顶板的支护技术,即中空锚杆—注浆—扩浆一体化联合支护方案。
  • 材料制备与加工
  • 李志宏
    摘要:
    使用以管道自身流体驱动并搭载漏磁检测设备的管道内部机器人进行长距离输送管道的检测是一种重要且有效的手段,其作用愈发重要。本文以省科技重大专项项目为依托,介绍了管道漏磁内检测的原理、缺陷漏磁场的算法以及关乎缺陷检出效果等在内的内检测机器人驱动力、通过适应性、速度控制和漏磁检测模块设计,并将上述项目研究成果运用到实际工业实践。结果表明:本项目开发的内检测机器人其检测适应能力更强,能进一步提高缺陷的检出灵敏度和分辨力。经开挖验证后发现缺陷信号特征与实际缺陷状态高度吻合,可在行业内推广应用。
  • 提取冶金与化学工程
  • 邓志敢,孙朴,魏昶,刘祖东,李兴彬,李旻廷
    摘要:
    针对锌精矿氧压浸出过程伴生硫铁矿的氧化转化行为,以硫铁矿为研究对象,研究了不同初始硫酸浓度、温度、氧分压、矿物粒度、反应时间对硫铁矿氧压浸出行为的影响。研究表明:硫铁矿氧压浸出过程反应初期为耗酸反应,硫酸的消耗速率大于硫酸的生成速率,反应后期主要是元素硫氧化转化生成硫酸;反应初期浸出液中的铁主要为二价铁离子,反应后期发生铁离子的氧化,且在高温酸性溶液中三价铁离子可水解沉淀为赤铁矿和铁钒;硫铁矿中的硫元素在氧压浸出过程大部分转化为硫酸并以硫酸根的形式存在溶液中,而少部分以单质硫形式存在于浸出渣中,附着于浸出渣表面,形成包裹层。
  • 于骞翔,张元生
    摘要:
    基于超高温冶金过程电弧炉产热导热计算,采用傅立叶热传导定律和牛顿冷却定律,对电弧产生热量沿固体轴向热导和流体横向热导机理进行研究。首先,描述电弧各部分的产热量;其次,计算电弧近极段经石墨电极和弧柱段的产热量及流向,提出电弧沿轴向和横向的热导计算方法;最后,以铍铜合金冶炼过程电弧炉温度分布和热量分析,验证电弧热导机理的有效性。研究结果表明,冶炼过程炉腔内热量的流动方式服从轴向热导和横向热导两个关键过程,完善了电弧炉热导机理理论研究。在此基础上对冶炼过程热量计算和利用进行相关分析,分析结果表明,1)炉腔内电弧近极段温度可由炉口火焰温度检测计算得到;2)降低轴向热导的热量耗散、提高横向热量占比是优化电弧炉有效能源利用率的关键方式之一。本文以期达到从热导机理角度优化冶金工艺的目标。
  • 材料制备与加工
  • 李晓磊,袁岗,张可伦,崔陆军,徐春杰,张国君,郭士锐
    摘要:
    γ-TiAl合金具有高比强度,能在高温下(750℃)表现出较好的力学性能,因而成为航空航天和汽车等行业持续关注的材料。为得到无裂纹激光γ-TiAl合金单道沉积层,采用组合参数法研究沉积层的几何形状、裂纹、显微硬度、微观结构。研究结果表明,随着粉末密度的增大,沉积层高度增加,随着比能量的提高,沉积层高度下降、深度升高;当比能量和粉末密度分别为60-130 J/mm2和1.2-2.8 g/mm2时,沉积层表面光滑、无裂纹、且无未熔颗粒;随着粉末密度的增大,显微硬度从310 HV0.3增加到610 HV0.3,随着比能量的增大,显微硬度从374 HV0.3下降到306 HV0.3;高的比能量和低的粉末密度下的柱状晶和等轴晶组织较为粗大。通过组合参数找到无裂纹激光γ-TiAl合金的单道沉积层,研究结果可为激光金属沉积成型技术制备γ-TiAl合金提供参考。
  • 提取冶金与化学工程
  • 袁朝新,韦其晋,穆亮照,余群波
    摘要:
    为解决铜冶炼厂高温斜烟道发生结瘤堵塞难题,本文设计团队使用数模优化设计软件Fluent对高温斜烟道进行优化设计,并将设计成果应用于某新建铜冶炼厂。实践结果表明,采用全新优化设计的高温斜烟道可避免结瘤堵塞发生,提升了铜熔炼工段的生产作业率。
  • 矿物加工与工艺矿物学
  • 莫峰,曹阳,蓝卓越,童雄,谢贤,谢瑞琦,兰希雄,韩彬,符海桃,宋强
    摘要:
    针对云南都龙采场剥离废石中有色金属的回收进行了高效预富集新技术研究。工艺矿物学研究表明,废石中不同目的矿物的共生关系整体较为简单。试验结果表明,将含锡0.1%左右的剥离废石原料分成-70~+30mm、-30~+5 mm、-5~+0.5 mm、-0.5 mm四个粒级,分别采用光电选矿机、粗粒跳汰机、细粒跳汰机和螺旋分选机等不同选矿工艺和组合设备对不同粒级含锡废石进行预富集回收,得到品位为0.290%、回收率大于56.82%、富集比2.74的锡精矿产品,该高效预富集新技术对保障战略金属锡资源安全、提高锡综合利用率、延长矿山服务年限具有重大意义。
  • 地质采矿与安全工程
  • 秦海忠,李佳
    摘要:
    基于目前水泥胶凝材料价格大幅上调导致膏体充填成本高昂的实际境况,为降低充填成本,以工业废弃氟石膏为主要研究对象进行相关研究。利用氟石膏代替水泥,结合废石、粉煤灰、生石灰等掺加料,并辅以一定量的添加剂,开展氟石膏基新型膏体充填材料配比试验研究。通过坍落度、扩展度等试验确定材料的最优配比,并对膏体进行单、三轴及SEM试验,分析其宏微观结构。研究结果表明:质量浓度增大0min至120min,坍落度、扩展度损失率随之增大,泌水率却逐渐减小;最优配比所制成氟石膏基膏体的单轴压缩应力—应变曲线属于弹塑性曲线,最高可达6~7MPa;单轴与三轴压缩试验后,膏体表面未出现大的破裂面,且随围压的增加,应力—应变曲线不再出现峰值应力;所制充填材料的水化物主要包括钙矾石(AFt)、水化硅酸钙凝胶(C-S-H凝胶)和二水硫酸钙(CaSO4?2H2O)。氟石膏基新型膏体充填材料的配制具有深远的影响,为实现高效安全、绿色可持续的矿山开采提供了保障。
    材料制备与加工
  • 高改会,李蒙,祝庆
    摘要:
    为了优化电解铝液中固体冷料占比,稳定获得高品质铝合金熔体,以8079铝合金为研究对象,利用ABB测氢仪检测了铸轧生产时不同固体冷料占比(0%、20%、30%、40%、60%、70%)铝合金熔体含氢量,借助光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)等分析方法对双零铝箔用铸轧板微观组织进行了表征,利用电子万能拉伸试验机测试了其力学性能。结果表明,电解铝液中未添加固体冷料时,铝合金熔体含氢量高,约为0.162 ml/(100 g Al),铸轧板局部晶粒粗大,并且产生局部严重偏析现象,力学性能差;随着固体冷料占比增加,铝合金熔体含氢量逐渐降低,铸轧板偏析逐渐减弱,铸轧板晶粒尺寸减小,分布趋于更均匀,力学性能逐渐改善;当固体冷料占比为30%~70%时,铝合金熔体平均含氢量低于0.108 ml/(100 g Al),铸轧板晶粒细小均匀,未发现明显偏析现象,其抗拉强度不低于128.3 MPa,断后伸长率不低于38.0%,铝合金铸轧板组织性能达到较佳匹配。
  • 李敏,邓守浩,刘川槐,沈利
    摘要:
    采用ERNiCr-3镍基焊丝作为T91/TP347H异种钢焊接接头的焊料,使用X射线衍射分析仪、光学显微镜、扫描电子显微镜和显微硬度计研究了原始态、服役6×104h和服役105h的T91/TP347H异种接头的相组成、微观组织、元素组成及显微硬度。结果表明,随着服役时间的增加,T91母材、TP347H母材和焊缝区晶粒尺寸均有一定程度的增大,T91母材存在析出相M23C6,TP347H母材存在析出相M23C6、Nb(C,N),焊缝区有少量M23C6存在。在服役过程中发生Fe、Ni元素的扩散。三种状态下的焊接接头均在T91热影响区硬度最高,TP347H母材硬度最低,随着服役时间的增加,焊缝打底层硬度基本不变,而焊缝盖面层和填充层的硬度急剧升高,其余区域硬度均有下降。
  • 丁万武,石怀鑫,魏振鹏,鲁维东,张开宝,刘建新,雷东楷
    摘要:
    采用ANSYS FLUENT对双辊铸轧1100铝合金Hunter式铸嘴进行有限元模拟,研究铸嘴型腔结构对铝熔体流热场的影响,并对铸嘴结构进行改进边部挡块、增加主分流块尺寸以及增加圆角的模拟优化设计及实验验证。研究结果表明:在660℃-700℃温度范围内铝熔体粘度η与温度T的数学关系式为η=4.7892×10-3exp(3959.4208/T)。优化前铸嘴型腔内铝熔体流速、温度分布不均匀,且分流块间隙存在低温涡流区。采取四分之一椭圆边部挡块代替原有三角边部挡块,主分流块尺寸由140mm增加至160mm以及主分流块采取15°圆角,可使铸嘴型腔出口处铝熔体速度和温度波动范围显著缩小,提高铸嘴型腔出口处铝熔体流热场的均匀性。实验验证了铸嘴结构优化设计的可行性。
  • 武磊,何兵,古斌,覃文东,覃铭
    摘要:
    为优化7075铝合金轧板T6工艺,本文进行了固溶工艺实验研究,实验参数涉及固溶温度和固溶时间。结合轧板DSC曲线和实验获得的布式硬度数据,选取了4个工艺进行金相组织、拉伸性能、断口形貌的比较与分析。实验结果显示,固溶温度500℃、固溶1h、时效温度120℃、时效保温24h的T6工艺可以获得布式硬度179HB、非比例屈服强度493.1MPa,抗拉强度573.1MPa,延伸率11.7%,是本文实验获得的7075铝合金轧板最佳性能。分析认为,轧制中间退火降低了轧板变形储能、提高了再结晶温度,大变形量轧制和中间退火造成轧板中非平衡凝固共晶组织破碎、细化和分离,导致熔化温度升高并且难以出现过烧现象,因此对7075铝合金轧板的T6特别是固溶工艺设置要结合轧板变形情况、轧制过程和轧板DSC曲线。
  • 惠玉玉,霍广鹏,张晓东,虞澜,陈亮维
    摘要:
    采用固相反应法制备室温铁磁性四方超结构Sr3ErCo4O10.5+δ多晶。用XRD、SEM表征1025-1200 ℃内7个不同烧结温度制备的多晶样品的结构及断面形貌, 1025 ℃时,Sr3ErCo4O10.5多晶结晶完成,出现杂相Er2O3;随烧结温度提高, (103) (215)超结构峰强度增大,杂相逐渐减少,Sr3ErCo4O10.5+δ晶粒长大、气孔减少、晶格完整性提高;1160 ℃时,超结构峰强度最高,杂相完全消失,有序化程度最好;随烧结温度继续提高,超结构峰强度降低,有序化程度减弱,颗粒表面出现Er2O3;TG-DSC表明多晶在1025-1200℃吸氧(δ)并逐步完成有序化,碘滴定进一步确定多晶氧化学计量比随烧结温度升高而增大。在1160℃制备多晶,300K电阻率~0.09 Ω.cm;多晶铁磁-顺磁转变温度(Tc)为332 K;M-H曲线进一步证明多晶具有室温铁磁性,并在332K时发生顺磁-铁磁转变。
  • 环境科学与工程
  • 张益硕,周仲魁,杨顺景,李龙祥,李荆喻,樊小磊
    摘要:
    铀造成的水体污染是目前亟需解决的环境问题,吸附法是一种效率高且有效的方法之一。针对膨润土吸附率不佳的问题,采用硅烷偶联剂KH550对膨润土进行改性,提高膨润土对水体中低浓度铀的吸附性能。采用SEM、FTIR、XRD、氮气吸附脱附对吸附材料进行表征,并利用该材料对水体中铀进行吸附试验。结果表明,膨润土采用KH550改性后,在pH为5、温度为338.15K、初始浓度为10mg/L、转速为165r/min、投加量为1.0g/L、反应时间大于50min的条件下,含铀废水中铀去除率大于95%。改性膨润土对铀的吸附符合拟二级动力学模型和Langmuir模型,其对铀的吸附为自由度减少,熵减的过程。该试验有望为含铀废水的处理提供一种新技术。
  • 地质采矿与安全工程
  • 常悦,薛利国,李燕,赵志云
    摘要:
    胶结充填有助于推动绿色矿山建设。然而,作为胶结充填的主要胶凝材料,水泥的高成本限制了的胶结充填的应用,因此亟待开发研究新型的充填胶凝材料。基于此,本文利用添加剂优化改性Na2CO3激发高炉矿渣作为胶凝材料用于胶结充填。通过探索不同添加剂对胶凝材料水化特性、反应产物以及对胶结充填样品流动性、抗压强度和重金属固化效率的影响,得出适合于铅锌矿尾砂胶结充填的胶凝材料配比。试验结果表明,当添加5 wt% 煅烧白云石以及1 wt%碱式碳酸镁时,样品性能最优。当胶凝材料和尾砂质量比为1:6,料浆浓度为76%时,充填体3d和28d抗压强度分别为1.41 MPa和3.89 MPa,并且重金属的浸出量符合国家相关标准。
  • 矿物加工与工艺矿物学
  • 祁正栋
    摘要:
    基于响应面曲线法对-0.45mm废电路板物料中金属与非金属浮选分离条件进行优化,结果表明,-0.45mm物料最佳浮选条件为:浓度为100g/L、转速为2100rpm、充气量为100L/h、入料粒度0.3mm~0.15mm,该条件下回收沉物中金属质量分数为89.7%,金属回收率达90.28%。在该优化条件下,对-0.074mm金属富集体中铜进行浮选研究,确定最佳药剂用量为:活化剂(Na2S)150g/t、起泡剂(C8H18O)200g/t、捕收剂(C4H9OCS2Na)200g/t,浮选得到铜精矿中铜的回收率为95.99%。金属混合物以及金属混合物中铜的回收率均在90%以上,实现了废电路板中金属混合物及铜的高效浮选回收。
  • 环境科学与工程
  • 苟渔,牛丽娟,赵梦琦,苏欢,郭飞,李丽
    摘要:
    微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)可将水中游离的Pb2+转化为稳定的沉淀物。本文筛选出一株耐Pb2+的脲酶阳性SHT17菌株,16S rRNA 鉴定为Streptomyces mutabilis(登录号为OL677072)。探究该链霉菌诱导碳酸钙沉淀对水中Pb2+的去除能力。通过电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对水中Pb2+浓度进行检测,利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱(EDS)、X-射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)对菌株诱导的沉淀物进行分析。结果表明,链霉菌能有效地去除水中Pb2+。当Pb2+浓度为200 mg/L时,水中Pb2+去除率达到99.66%,并且去除的Pb2+以碳酸盐的形式被固定在链霉菌诱导生成的沉淀物中。此外,随着初始Pb2+浓度升高,该菌对Pb2+去除率均在65%以上,且大致呈下降趋势。不同钙源影响着链霉菌诱导形成的沉淀物的形貌。
  • 地质采矿与安全工程
  • 包 松,郭连军,莫宏毅,任碧琦,徐振洋
    摘要:
    准确预测爆破振动速度是控制爆破危害的重要内容。为了优选高程影响的质点峰值振速预测模型,基于量纲分析理论,综合考虑了测点与爆源之间的位置信息,重构了峰值振速预测公式。以鞍千矿业露天台阶爆破作业为背景,进行爆破振动监测试验,通过线性与非线性回归拟合法分析不同峰值振速预测模型的适用性。结果表明,考虑高程影响的预测经验公式预测精度均大于萨道夫斯基公式;结合测点与爆区之间的直线距离、水平距离和高程差的预测经验公式的预测精度高于其他预测经验公式;推导的预测模型可以较为准确的预测峰值振速,预测精度为91.60%;非线性回归得出考虑高程影响的预测模型可以更好的表征爆破振动在边坡岩体中的传播规律;优选了适用性较好的峰值振速预测模型,预测精度为91.87%。
  • 矿物加工与工艺矿物学
  • 谢顺平,胡志成,卢东方,赵炎,刘剑军,王铁军
    摘要:
    目前工业界普遍采用湿式弱磁选工艺获得合格磁铁矿精矿,然而湿式工艺盛行的同时也使得世界缺水、寒冷等地的同类型资源难以得到有效利用。相比于湿式,干式磁选具有环境友好、适应性强等特点,是解决此类资源开发利用的极佳途径。但由于细粒磁铁矿间的相互作用与磁团聚效应,干式磁选一直存在难以分散、分层、分离的技术瓶颈。针对该情况,近年来国内外科研工作者及本人所在课题组做了些许工作,基本确定了在原有设备的基础之上引入气流来实现微细粒的分散与分离的研究思路。本文主要围绕国内外正处于研发阶段的几类干式气流型磁选机进行论述,同时借助COMSOL有限元计算软件对各类设备的磁场、流场、粒子轨迹等机理性内容进行深入分析,综合比较各类设备的优缺点及适用范围,探究气流的最佳引入方式,以期对后续干式气流磁选机的研制和磁性矿物的干法分离提供一定的借鉴意义。
  • 提取冶金与化学工程
  • 张浩宇,张保国,艾兵,潘科峰,李德刚,张维民,张丽鹏,刘风国,石忠宁
    摘要:
    金属锂在高能电池、轻金属合金以及受控核聚变等领域得到了广泛应用。目前熔盐电解是工业金属锂制备的主要方法,但存在流程长、能耗高、操作复杂等缺点。本研究提出一种低温溶剂冶金技术路线,可实现金属锂的常温电化学还原,拥有流程短、能耗低、操作简单、过程连续等优点。研究使用价格低廉的非质子极性分子N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,以来源丰富的LiCl为原料,直接电解LiCl制备金属锂。研究了二元DMF-LiCl体系的基础物理化学性质,计算得到不同LiCl浓度下体系的电导活化能和粘流活化能;采用循环伏安技术研究了不同LiCl浓度电解质体系的电化学特性,得出金属锂的氧化还原电位(2.5 V和–2.9 V vs. Ag/Ag+)和电解金属锂最优LiCl浓度(0.7 mol/L);计算了0.7 mol/L LiCl浓度下锂离子扩散系数为2.6 × 10–8 cm2/s;最后在高纯锡阴极恒电位沉积得到了金属锂沉积物,并通过扫描电子显微镜对沉积物形貌进行了表征。研究可为低成本、低碳/低温电化学连续制备大块金属锂及锂基合金提供基础。
  • 地质采矿与安全工程
  • 陈鑫政,蒋合国,郭利杰,许文远,赵衷进,刘志双,魏筱乐
    摘要:
    为研究充填料浆质量分数(A)、砂灰比(B)和机制砂占比(C)对复合骨料充填料浆流变特性的影响规律和优化充填料浆配比参数,采用响应面法(RSM)设计试验开展屈服应力和扩散度等测试。结果表明:对于充填料浆的屈服应力,各影响因素的显著性为A>C>B>AC>C2>BC>A2,对于充填料浆的扩散度,各影响因素的显著性为A>C> A2> C2> AC,砂灰比对扩散度影响不显著;屈服应力随充填料浆质量分数的增加呈上升趋势,且质量分数越大,屈服应力上升速率越快,屈服应力随机制砂占比的增加呈下降趋势,且机制砂占比越高,屈服应力下降速度越快;扩散度随充填料浆质量分数的增加呈下降趋势,且质量分数越大,其下降速率越快,扩散度随着机制砂占比的增加呈增大的趋势,但当质量分数较大时,机制砂占比对扩散度的影响逐渐减弱;设定充填料浆的屈服应力为100~120Pa,扩散度为8~12cm,得到机制砂占比为10%、20%和30%时充填料浆质量分数范围分别为73.49%~76.14%、74.21%~75.86%和74.50%~77.14%。
  • 孙文杰,梅国栋,王莎,王雅莉,崔益源
    摘要:
    本文采用推理公式法和瞬时单位线法,分别进行了暴雨计算和产汇流计算,并基于水量平衡法,根据来洪过程线、排洪系统不同流态下的泄流曲线以及调洪库容曲线,分析了不同计算方法下尾矿库水位随时间变化的差异性。计算结果表明,推理公式法采用概化多峰三角形过程线,计算的峰值流量较大且分布较为集中,库水位存在陡增陡降现象,计算结果偏保守,而瞬时单位线法主雨峰时段分布较广,计算的流量峰值较小,库水位增幅和增速均较小,更切合实际。通过两种方法的对比分析,为尾矿库洪水计算方法的选取和具体实践应用,提供了借鉴和参考。
  • 张晋斌,张红成
    摘要:
    针对某铝煤共生巷道顶板易离层垮塌的问题,选取顶板稳定性控制关键砂岩层为研究对象,开展砂岩的轴向动静态压缩声发射试验,分析巷道顶板砂岩的变形特性、声发射特征及破坏模式。研究结果表明:静荷载作用下巷道顶板砂岩的变形经历了压密—弹性—屈服—破坏四个阶段,且动态冲击荷载作用下压密阶段不明显;声发射事件大量出现的阶段为屈服阶段和破坏阶段,尤其是峰值应力前后,表征巷道顶板失稳前会释放内部存储的能量;顶板砂岩的动态抗冲击强度远大于静态抗压强度,且其静态破坏模式为层状剪切滑移破坏和压剪圆锥形破坏,动态破坏模式为拉—剪多次耦合型破坏;同时还发现静荷载作用下砂岩的脆性性质凸显,而动态荷载作用下的塑性性质明显。最后,基于试验研究结果,提出了适合铝煤共生矿巷道顶板的支护技术,即中空锚杆—注浆—扩浆一体化联合支护方案。
  • 材料制备与加工
  • 李志宏
    摘要:
    使用以管道自身流体驱动并搭载漏磁检测设备的管道内部机器人进行长距离输送管道的检测是一种重要且有效的手段,其作用愈发重要。本文以省科技重大专项项目为依托,介绍了管道漏磁内检测的原理、缺陷漏磁场的算法以及关乎缺陷检出效果等在内的内检测机器人驱动力、通过适应性、速度控制和漏磁检测模块设计,并将上述项目研究成果运用到实际工业实践。结果表明:本项目开发的内检测机器人其检测适应能力更强,能进一步提高缺陷的检出灵敏度和分辨力。经开挖验证后发现缺陷信号特征与实际缺陷状态高度吻合,可在行业内推广应用。
  • 提取冶金与化学工程
  • 邓志敢,孙朴,魏昶,刘祖东,李兴彬,李旻廷
    摘要:
    针对锌精矿氧压浸出过程伴生硫铁矿的氧化转化行为,以硫铁矿为研究对象,研究了不同初始硫酸浓度、温度、氧分压、矿物粒度、反应时间对硫铁矿氧压浸出行为的影响。研究表明:硫铁矿氧压浸出过程反应初期为耗酸反应,硫酸的消耗速率大于硫酸的生成速率,反应后期主要是元素硫氧化转化生成硫酸;反应初期浸出液中的铁主要为二价铁离子,反应后期发生铁离子的氧化,且在高温酸性溶液中三价铁离子可水解沉淀为赤铁矿和铁钒;硫铁矿中的硫元素在氧压浸出过程大部分转化为硫酸并以硫酸根的形式存在溶液中,而少部分以单质硫形式存在于浸出渣中,附着于浸出渣表面,形成包裹层。
  • 于骞翔,张元生
    摘要:
    基于超高温冶金过程电弧炉产热导热计算,采用傅立叶热传导定律和牛顿冷却定律,对电弧产生热量沿固体轴向热导和流体横向热导机理进行研究。首先,描述电弧各部分的产热量;其次,计算电弧近极段经石墨电极和弧柱段的产热量及流向,提出电弧沿轴向和横向的热导计算方法;最后,以铍铜合金冶炼过程电弧炉温度分布和热量分析,验证电弧热导机理的有效性。研究结果表明,冶炼过程炉腔内热量的流动方式服从轴向热导和横向热导两个关键过程,完善了电弧炉热导机理理论研究。在此基础上对冶炼过程热量计算和利用进行相关分析,分析结果表明,1)炉腔内电弧近极段温度可由炉口火焰温度检测计算得到;2)降低轴向热导的热量耗散、提高横向热量占比是优化电弧炉有效能源利用率的关键方式之一。本文以期达到从热导机理角度优化冶金工艺的目标。
  • 材料制备与加工
  • 李晓磊,袁岗,张可伦,崔陆军,徐春杰,张国君,郭士锐
    摘要:
    γ-TiAl合金具有高比强度,能在高温下(750℃)表现出较好的力学性能,因而成为航空航天和汽车等行业持续关注的材料。为得到无裂纹激光γ-TiAl合金单道沉积层,采用组合参数法研究沉积层的几何形状、裂纹、显微硬度、微观结构。研究结果表明,随着粉末密度的增大,沉积层高度增加,随着比能量的提高,沉积层高度下降、深度升高;当比能量和粉末密度分别为60-130 J/mm2和1.2-2.8 g/mm2时,沉积层表面光滑、无裂纹、且无未熔颗粒;随着粉末密度的增大,显微硬度从310 HV0.3增加到610 HV0.3,随着比能量的增大,显微硬度从374 HV0.3下降到306 HV0.3;高的比能量和低的粉末密度下的柱状晶和等轴晶组织较为粗大。通过组合参数找到无裂纹激光γ-TiAl合金的单道沉积层,研究结果可为激光金属沉积成型技术制备γ-TiAl合金提供参考。
  • 提取冶金与化学工程
  • 袁朝新,韦其晋,穆亮照,余群波
    摘要:
    为解决铜冶炼厂高温斜烟道发生结瘤堵塞难题,本文设计团队使用数模优化设计软件Fluent对高温斜烟道进行优化设计,并将设计成果应用于某新建铜冶炼厂。实践结果表明,采用全新优化设计的高温斜烟道可避免结瘤堵塞发生,提升了铜熔炼工段的生产作业率。
  • 矿物加工与工艺矿物学
  • 莫峰,曹阳,蓝卓越,童雄,谢贤,谢瑞琦,兰希雄,韩彬,符海桃,宋强
    摘要:
    针对云南都龙采场剥离废石中有色金属的回收进行了高效预富集新技术研究。工艺矿物学研究表明,废石中不同目的矿物的共生关系整体较为简单。试验结果表明,将含锡0.1%左右的剥离废石原料分成-70~+30mm、-30~+5 mm、-5~+0.5 mm、-0.5 mm四个粒级,分别采用光电选矿机、粗粒跳汰机、细粒跳汰机和螺旋分选机等不同选矿工艺和组合设备对不同粒级含锡废石进行预富集回收,得到品位为0.290%、回收率大于56.82%、富集比2.74的锡精矿产品,该高效预富集新技术对保障战略金属锡资源安全、提高锡综合利用率、延长矿山服务年限具有重大意义。
  • 地质采矿与安全工程
  • 秦海忠,李佳
    摘要:
    基于目前水泥胶凝材料价格大幅上调导致膏体充填成本高昂的实际境况,为降低充填成本,以工业废弃氟石膏为主要研究对象进行相关研究。利用氟石膏代替水泥,结合废石、粉煤灰、生石灰等掺加料,并辅以一定量的添加剂,开展氟石膏基新型膏体充填材料配比试验研究。通过坍落度、扩展度等试验确定材料的最优配比,并对膏体进行单、三轴及SEM试验,分析其宏微观结构。研究结果表明:质量浓度增大0min至120min,坍落度、扩展度损失率随之增大,泌水率却逐渐减小;最优配比所制成氟石膏基膏体的单轴压缩应力—应变曲线属于弹塑性曲线,最高可达6~7MPa;单轴与三轴压缩试验后,膏体表面未出现大的破裂面,且随围压的增加,应力—应变曲线不再出现峰值应力;所制充填材料的水化物主要包括钙矾石(AFt)、水化硅酸钙凝胶(C-S-H凝胶)和二水硫酸钙(CaSO4?2H2O)。氟石膏基新型膏体充填材料的配制具有深远的影响,为实现高效安全、绿色可持续的矿山开采提供了保障。

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