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Artificial intelligence optimization and controllable slow-release iron sulfide realizes efficient separation of copper and arsenic in strongly acidic wastewater

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Journal of Environmental Sciences 2024年第5期139卷 293-307页

作者： Xingfei Zhang Chenglong Lu Jia Tian Liqiang Zeng Yufeng Wang Wei Sun haisheng han Jianhua Kang School of Minerals Processing and Bioengineering Central South UniversityChangsha 410083China Centre for Mined Land Rehabilitation Sustainable Minerals InstituteThe University of QueenslandBrisbane 4072Australia

Iron sulfide(FeS)is a promising material for separating copper and arsenic from strongly acidic wastewater due to its S^(2-)slow-release ***,uncertainties arise because of the constant changes in wastewater composition,affecting the selection of operating parameters and FeS *** this study,the aging method was first used to prepare various controllable FeS nanoparticles to weaken the arsenic removal ability without affecting the copper *** experiments were conducted,and the results identified the Cu/As ratio,H_(2)SO_(4) concentration,and FeS dosage as the three main factors influencing the separation *** backpropagation artificial neural network(BP-ANN)model was established to determine the relationship between the influencing factors and the separation *** correlation coefficient(R)of overall model was 0.9923 after optimizing using genetic algorithm(GA).The BP-GA model was also solved using GA under specific constraints,predicting the best solution for the separation process in *** predicted results show that the high temperature and long aging time of FeS were necessary to gain high separation efficiency,and the maximum separation factor can reached 1,*** study provides a suitable sulfurizing material and a set of methods and models with robust flexibility that can successfully predict the separation efficiency of copper and arsenic from highly acidic environments.

关键词： FeS nanoparticles Aging Sulfide precipitation Orthogonal experiment Artificial neural network Prediction

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Preparation of high-purity fluorite and nanoscale calcium carbonate from low-grade fluorite

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2024年第6期31卷 1198-1207页

作者： Qianqian Lu haisheng han Wenjuan Sun Xingfei Zhang Weiwei Wang Bilan Zhang Wensheng Chen Qin Zou School of Minerals Processing and Bioengineering Central South UniversityChangsha 410083China Hunan Nonferrous Chenzhou Fluoride Chemical Co. Ltd.Chenzhou 423000China State Key Laboratory of Baiyunobo Rare Earth Resource Researches and Comprehensive Utilization Baotou Research Institute of Rare EarthsBaotou 014030China Hunan Shizhuyuan Nonferrous Metal Co. Ltd.Chenzhou 423000China

Flotation separation of calcite from fluorite is a challenge on low-grade fluorite flotation that limits the recovery and purity of fluorite concentrate.A new acid leaching–flotation process for fluorite is proposed in this *** innovative process raised the fluor-ite’s grade to 97.26wt%while producing nanoscale calcium carbonate from its leachate,which contained plenty of calcium *** the production of nanoscale calcium carbonate,the impacts of concentration,temperature,and titration rate were *** modifying the process conditions and utilizing crystal conditioning agents,calcite-type and amorphous calcium carbonates with corresponding particle sizes of 1.823 and 1.511μm were *** influence of the impurity ions Mn^(2+),Mg^(2+),and Fe^(3+)was demonstrated to reduce the particle size of nanoscale calcium carbonate and make crystal shape easier to manage in the fluorite leach solution system compared with the calcium chloride *** combination of the acid leaching–flotation process and the nanoscale calcium carbonate preparation method improved the grade of fluorite while recovering calcite resources,thus presenting a novel idea for the effective and clean usage of low-quality fluorite resources with embedded microfine particles.

关键词： fluorite calcite nanoscale calcium carbonate waste recovery

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铅离子-苯甲羟肟酸配合物捕收剂(Pb-BHA)的单晶结构分析

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中国有色金属学报 2024年第1期34卷 302-313页

作者：卫召孙伟韩海生刘叠桂夏辉邢耀文中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心徐州221116 中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083 中南大学化学化工学院长沙410083

铅离子-苯甲羟肟酸配合物捕收剂(Pb-BHA)在钨矿、锡石和钛铁矿等氧化矿浮选中展现出良好的浮选性能和应用前景,但其精确分子结构尚不清楚,阻碍了配合物浮选作用机理的深入认识和金属基捕收剂分子设计的开展。本文培养了铅离子与BHA摩尔... 详细信息

铅离子-苯甲羟肟酸配合物捕收剂(Pb-BHA)在钨矿、锡石和钛铁矿等氧化矿浮选中展现出良好的浮选性能和应用前景,但其精确分子结构尚不清楚,阻碍了配合物浮选作用机理的深入认识和金属基捕收剂分子设计的开展。本文培养了铅离子与BHA摩尔比分别为1∶1和2∶1的两种Pb-BHA配合物单晶(配合物1和配合物2),并采用X射线结构分析方法对其结构进行解析,包括配合物晶体结构、分子结构、空间堆积结构、分子间相互作用等。结果表明:配合物1的分子式为Pb_(6)L_(8)(NO_(3))_(4)(HL=BHA),配合物2的分子式为[Pb_(6)L_(8)(NO_(3))_(3)]NO_(3),铅离子与配体氧原子配位形成非平面“O,O”五元环螯合物构型,铅离子配位数为五配位、六配位和七配位。配合物分子通过Pb—O键与临近配合物相键接形成具有单体重复结构的三维扩展堆积聚合物。配合物中弱相互作用以O…H、H…H、Pb…O为主,π-π相互作用在分子间相互作用中占据主导,其次是N—H…O氢键作用。Pb-BHA配合物单晶结构的综合分析为研究配合物的液相结构及矿物表面吸附结构、浮选行为调控方法、浮选作用机理以及新型金属基捕收剂分子设计等提供了重要研究基础。

关键词：配合物捕收剂单晶 X射线结构分析分子间相互作用

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分子动力学模拟在矿物浮选中的研究进展

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第1期55卷 1-19页

作者：徐芮孙宁孙伟韩海生唐鸿鹄王丽中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙410083 中南大学战略含钙矿物资源清洁高效利用湖南省重点实验室湖南长沙410083

浮选药剂是实现矿物选择性分离的关键,尤其是组合药剂在矿物浮选中应用广泛。药剂性能的发挥与其在三相界面的微观吸附结构及组装行为密切相关,从微观层面探索药剂的作用机制成为近年来的研究热点。随着高性能计算的飞速发展,分子动力... 详细信息

浮选药剂是实现矿物选择性分离的关键,尤其是组合药剂在矿物浮选中应用广泛。药剂性能的发挥与其在三相界面的微观吸附结构及组装行为密切相关,从微观层面探索药剂的作用机制成为近年来的研究热点。随着高性能计算的飞速发展,分子动力学模拟逐渐成为研究矿物浮选行为的有利工具。本文以硅酸盐矿物浮选体系为例,论述近年来组合捕收剂在硅酸盐浮选分离中的应用,阐述研究者对药剂在水溶液体系、气-水界面及矿物-水界面的分子动力学模拟研究进展,指出目前模拟研究中存在的问题,并对分子动力学在矿物浮选中的应用发展前景进行展望。

关键词：分子动力学模拟浮选界面组合捕收剂

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苯甲羟肟酸在浮选中的应用及作用机理研究进展

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中国有色金属学报 2024年第3期34卷 877-898页

作者：曾勇程恺韩海生孙伟唐鸿鹄伍喜庆中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083 中南大学战略含钙矿物资源清洁高效利用湖南省重点实验室长沙410083

苯甲羟肟酸(Benzohydroxamic acid,简称BHA)是一种具有良好选择性的氧化矿捕收剂,近年来在浮选中得到了广泛的应用。本文介绍了BHA的物理化学性质,梳理了BHA及其衍生物在矿物浮选中的应用,总结了BHA在矿物表面的吸附机理。结果表明:BHA... 详细信息

苯甲羟肟酸(Benzohydroxamic acid,简称BHA)是一种具有良好选择性的氧化矿捕收剂,近年来在浮选中得到了广泛的应用。本文介绍了BHA的物理化学性质,梳理了BHA及其衍生物在矿物浮选中的应用,总结了BHA在矿物表面的吸附机理。结果表明:BHA是一种与金属离子容易形成杂环配合物的螯合剂,在白钨矿、锡石、钛铁矿、稀土矿物等矿物的浮选中已经广泛使用。BHA主要通过与矿物表面金属位点形成O,O五元环配位结构产生稳定吸附,其吸附性能与溶液中组分BHA−的含量息息相关。金属离子活化能显著提高BHA的捕收性能,分为经典金属离子活化和金属离子有机配合物活化两种形式,以BHA金属离子配合物作为捕收剂是金属离子活化的优选方案。基于以上结论,对BHA未来的研究趋势及重点进行了展望。

关键词：苯甲羟肟酸浮选氧化矿离子活化金属离子配合物

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改性铁基磁性材料的制备及其对水中Cd(Ⅱ)的吸附

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中国有色金属学报 2024年第2期34卷 640-652页

作者：付君浩李振兴田志国曾礼强邓朝政吴江岳恩韩海生中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083 湖南柿竹园有色金属有限责任公司郴州423037

本文通过氨性浸出方式处理吸附Cd(Ⅱ)之后的零价铁材料(Fe≡Cd),使表面吸附的Cd(Ⅱ)脱附同时对材料改性,获得了一种新的改性铁基磁性材料(MFe)。基于紫外光谱、溶液化学和量子化学分析,证实了Fe≡Cd上的Cd(Ⅱ)与游离NH_(3)结合形成Cd-NH... 详细信息

本文通过氨性浸出方式处理吸附Cd(Ⅱ)之后的零价铁材料(Fe≡Cd),使表面吸附的Cd(Ⅱ)脱附同时对材料改性,获得了一种新的改性铁基磁性材料(MFe)。基于紫外光谱、溶液化学和量子化学分析,证实了Fe≡Cd上的Cd(Ⅱ)与游离NH_(3)结合形成Cd-NH_(3)配合物从而实现脱附的可行性。结果表明:(NH_(4))_(2)SO_(4)和NH_(3)·H_(2)O浸出可以有效脱附Fe≡Cd表面的Cd(Ⅱ)。脱附改性后材料的结构性质发生了明显改变,生成了大量吸附活性强的铁(羟基)氧化物,且—NH_(2)基团成功修饰在材料表面,为Cd(Ⅱ)提供了更多的吸附位点。改性磁性材料(MFe)对Cd(Ⅱ)的吸附量较Fe^(0)(Q_(e)=23.5 mg/g)明显提升,达47.0 mg/g,且循环再生性能良好,可高效循环6次以上。

关键词： Fe^(0) 改性铁基磁性材料氨性浸出 Cd(Ⅱ)吸附吸附机理

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新型三段式粗颗粒浮选柱内流场数值模拟

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中国有色金属学报 2024年第8期34卷 2801-2818页

作者：彭建孙伟沈政昌韩海生晋应升肖遥高志勇孙磊罗远家中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083 北京矿冶科技集团有限公司矿物加工科学与技术国家重点实验室北京102628

本文对一种新型三段式粗颗粒浮选柱内流场特性进行了研究,结果表明,稳流板的加入可增强粗颗粒浮选柱内流体的湍动能和湍流耗散率,促进气泡和粗颗粒的相互作用以及湍动能、湍流耗散率和液相速度的均匀分布,从而利于矿化气泡的输送。射流... 详细信息

本文对一种新型三段式粗颗粒浮选柱内流场特性进行了研究,结果表明,稳流板的加入可增强粗颗粒浮选柱内流体的湍动能和湍流耗散率,促进气泡和粗颗粒的相互作用以及湍动能、湍流耗散率和液相速度的均匀分布,从而利于矿化气泡的输送。射流管个数的增加使粗颗粒浮选柱内湍动能和湍流耗散率分布趋向于均匀。对称的4个射流管可显著改善流场分布,形成的漩涡促进了气泡与颗粒的相互作用,稳流板使气泡速度分布均匀。浮选柱内湍动能随着上升水量和充气量的增加而增大,稳流板作用明显。上升水量对稳流板上下方区域湍流耗散率的影响呈梯级分布,可实现底部紊流矿化、中部紊流−稳流转变、上部静态流态化浮选的三段式流体环境,利于粗颗粒矿物浮选的回收。

关键词：浮选柱流场特性湍动能湍流耗散率计算流体动力学

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羟肟酸捕收剂的结构优化及应用研究进展

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第6期55卷 2061-2073页

作者：邓朝政程永彪付君浩曾礼强崔曼刘卫平陈文胜韩海生中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙410083 宜章弘源化工有限责任公司湖南郴州424202 中南大学金属资源开发利用碳减排教育部工程研究中心湖南长沙410083 湖南省伴生萤石综合利用氟化学工程技术研究中心湖南郴州423037

羟肟酸作为传统的阴离子型螯合捕收剂,被广泛用于氧化矿物、稀土矿物的浮选。近年来,随着浮选药剂分子设计理论的发展和对浮选药剂作用原理的深入研究,越来越多的新型羟肟酸捕收剂被开发并用于矿物浮选。羟肟酸捕收剂由极性基团和非极... 详细信息

羟肟酸作为传统的阴离子型螯合捕收剂,被广泛用于氧化矿物、稀土矿物的浮选。近年来,随着浮选药剂分子设计理论的发展和对浮选药剂作用原理的深入研究,越来越多的新型羟肟酸捕收剂被开发并用于矿物浮选。羟肟酸捕收剂由极性基团和非极性基团组成,通过优化这2种基团的结构可强化捕收剂浮选性能。对于极性基团,可以通过引入羟肟基团、含氮基团以及硫醚基团进行优化;对于非极性基团,可以通过选择合适的烃链结构、引入亲电子或送电子基团进行优化。金属基羟肟酸配合物与矿物表面有2种作用模型,分别是预先吸附活化浮选模型、金属离子界面预组装模型。

关键词：羟肟酸矿物浮选分子结构设计金属离子配合物

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Study on the flotation technology and adsorption mechanism of galena–jamesonite separation

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International Journal of Mining Science and Technology 2015年第1期25卷 53-57页

作者： Sun Wei han haisheng Tao Hongbiao Liu Runqing School of Minerals Processing & Bioengineering Central South University

In order to further separate the concentrate containing galena and jamesonite before undergoing hydrometallurgical process, flotation experiment was performed on the basis of mineralogical *** the adsorption mechanisms of collector H on galena and jamesonite were also studied by FT-IR spectra analysis and molecular dynamics(MD) simulation. The flotation result shows that the efficient separation can be achieved with H as selective collector. Galena concentrated with Pb grade of 72.09%and Pb recovery of 50.96% was obtained, and jamesonite concentrated with Sb grade and recovery of10.89% and 76.67% respectively was obtained as well. Infrared spectrum analysis indicates that collector H can adsorb on the surface of galena and react with Pb2+to generate hydrophobic salt, while no evident adsorption phenomenon was observed on the surface of jamesonite. The MD simulation and calculation results demonstrate that adsorption energy of collector H on galena and jamesonite surface is à872.74 k J/mol and à500.538 k J/mol, respectively, which means collector H is easier to adsorb on the surface of galena than that of jamesonite.

关键词： Mixed concentrationGalena JamesoniteFlotationMolecular dynamic simulationAdsorption energy

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“翻转课堂+PBL”融合教学在固液分离课程中的实践

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科教导刊 2024年第1期 121-123页

作者：江锋韩海生唐鸿鹄中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙410083

在传统教学模式下,教师是教学活动的主导,是知识的传授者,学生是知识的接受者,处于被动接受的地位。而“翻转课堂+PBL”融合教学模式则鼓励学生主动参与学习、发现问题和解决问题。本研究基于“固液分离”课程,开展了“翻转课堂+PBL”... 详细信息

在传统教学模式下,教师是教学活动的主导,是知识的传授者,学生是知识的接受者,处于被动接受的地位。而“翻转课堂+PBL”融合教学模式则鼓励学生主动参与学习、发现问题和解决问题。本研究基于“固液分离”课程,开展了“翻转课堂+PBL”融合教学模式的设计与实施,分析学生的学习效果和学习体验,并对该教学模式的优缺点进行评价。研究结果表明,在固液分离课程中,“翻转课堂+PBL”融合教学能提高学生的学习主动性和学习效果,激发其学习兴趣和创新能力,但也存在一些改进的空间。

关键词：翻转课堂 PBL教学多模式融合固液分离课程

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