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铜闪速熔炼多相流模型化研究进展

中国有色金属学报 2024年第1期34卷 207-228页

作者：姜保成郭学益王亲猛王松松陈建儒中南大学冶金与环境学院长沙410083

铜闪速熔炼具有高处理量、高富氧浓度、高冶炼效率和低环境污染的优势,已在世界范围内广泛推广应用,深入研究闪速熔炼过程中的物理化学现象和原理具有重要意义。然而,闪速炉内多相流间相互作用及熔炼动力学行为受到多方面因素的共同影响... 详细信息

铜闪速熔炼具有高处理量、高富氧浓度、高冶炼效率和低环境污染的优势,已在世界范围内广泛推广应用,深入研究闪速熔炼过程中的物理化学现象和原理具有重要意义。然而,闪速炉内多相流间相互作用及熔炼动力学行为受到多方面因素的共同影响,仅依靠生产经验、试验观测和理论分析难以全面解析炉内多相流传质传热过程、获取流体流动特性、揭示气固多相流相互作用规律,阻碍了闪速炉冶炼效能的进一步提升。当下计算流体力学数值模拟发展迅速,正为预测和分析闪速炉内多相流问题提供了高效、准确、直观的帮助。本文在介绍铜闪速炉结构、冶炼原理、理论模型的基础上,阐述了近年来铜闪速熔炼动力学反应机理、炉内流动特性方面模型化的研究成果及发展趋势,全面综述了铜闪速炉在喷嘴、沉淀池、上升烟道、锅炉优化方面的研究成果,为闪速炉生产优化及设计改进提供指导。

关键词：闪速炉多相流模型化喷嘴沉淀池上升烟道

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含砷尾矿中砷铊矿相特征及其释放机制

地学前缘 2024年第2期31卷 20-30页

作者：梁慧芝郭朝晖张云霞徐锐中南大学冶金与环境学院湖南长沙410083

含砷尾矿中砷(As)及伴生元素铊(Tl)等毒性元素易向周边水和土壤介质中迁移,揭示尾矿中毒性元素的矿相特征及其释放机制具有重要意义。本研究以某雄黄矿区含砷尾矿为研究对象,结合化学分析、矿物学表征等手段,通过静态浸出实验探究含砷... 详细信息

含砷尾矿中砷(As)及伴生元素铊(Tl)等毒性元素易向周边水和土壤介质中迁移,揭示尾矿中毒性元素的矿相特征及其释放机制具有重要意义。本研究以某雄黄矿区含砷尾矿为研究对象,结合化学分析、矿物学表征等手段,通过静态浸出实验探究含砷尾矿中As和Tl的矿相特征及其释放机制。研究结果表明,含砷尾矿中As和Tl的环境行为明显受到其矿相特征及赋存形态影响。矿物学分析结果显示尾矿中As的主要矿物相为砷铂矿和砷铁矿,矿物解离度表明砷矿物处于风化状态,As释放风险较高;而Tl则以伴生元素形式存在于Ca、Mn和Mg等矿物相中,这些矿物的沉淀溶解控制着尾矿中Tl的释放。尾矿中As主要以铁锰氧化物结合态和有机结合态存在,Tl主要以铁锰氧化物结合态和残渣态存在。酸性浸出条件下金属的活性态比例增高,可交换态As由0.29%上升至1.67%,可交换态Tl从5.46%升高至8.67%;尾矿中As释放加强而Tl受到抑制,表明尾矿中As与Tl释放存在竞争关系。As的浸出符合双常数模型,为多因素控制的物理和化学过程;Tl的浸出符合抛物线扩散模型,由结构掺入和表面吸附等扩散机制控制。本研究明确了含砷尾矿As和Tl的释放特性、化学形态转变及矿物相特征,为含砷尾矿中As和Tl污染风险控制提供了科学依据。

关键词：含砷尾矿砷铊矿相特征释放机制

选区激光熔化成形FeCrNi中熵合金点阵结构及其力学性能

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材料工程 2024年第1期52卷 211-219页

作者：孙驰汪健贺贺秦冬阳曹远奎付遨刘彬中南大学粉末冶金研究院长沙410083 西北工业大学航空学院西安710072

金属点阵结构材料由于其轻量化、高比强度、能量吸收和多孔性等优势,广泛应用于航空航天、汽车工业等领域。以高强韧FeCrNi中熵合金(medium entropy alloy,MEA)为研究对象,采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术制备了具有... 详细信息

金属点阵结构材料由于其轻量化、高比强度、能量吸收和多孔性等优势,广泛应用于航空航天、汽车工业等领域。以高强韧FeCrNi中熵合金(medium entropy alloy,MEA)为研究对象,采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术制备了具有BCC,BCCZ,FCC,FCCZ四种仿晶格结构的FeCrNi中熵合金点阵结构材料,对其显微组织、力学性能及变形行为进行了系统研究。结果表明,采用SLM技术制备的FeCrNi中熵合金点阵结构节点搭接质量高,熔池交错堆叠致密,晶粒均匀细小。在相对密度相近时,BCC,FCC,BCCZ,FCCZ点阵结构的比强度和比能量吸收值依次升高。具有FCCZ点阵结构的FeCrNi中熵合金材料的比能量吸收值达到49.8 J·g^(-1),显著高于Ti6Al4V及316L不锈钢点阵材料。有限元模拟分析表明,Z型支柱的存在增加了点阵材料的表观强度和刚度,并导致变形行为由结点弯曲主导向拉轴向压缩主导转变,是FCCZ点阵结构强度提升的主要原因。

关键词：选区激光熔化中熵合金点阵结构力学性能

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铁矿氧化球团低温还原粉化性能的影响因素评述

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工程科学学报 2024年第11期46卷 1978-1988页

作者：杨聪聪夏光辉朱德庆潘建郭正启李思唯中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083 中南大学低碳与氢冶金研究中心长沙410083 中南大学金属资源开发利用碳减排教育部工程研究中心长沙410083

在高炉和气基竖炉工艺中,为使炉况良好,应保证上升还原气能快速且均匀地穿过料柱,而含铁炉料的低温还原粉化和还原膨胀是恶化料柱透气性的两大主要原因.本文主要综述了影响铁矿氧化球团低温还原粉化性能的因素,并在此基础上讨论了改善... 详细信息

在高炉和气基竖炉工艺中,为使炉况良好,应保证上升还原气能快速且均匀地穿过料柱,而含铁炉料的低温还原粉化和还原膨胀是恶化料柱透气性的两大主要原因.本文主要综述了影响铁矿氧化球团低温还原粉化性能的因素,并在此基础上讨论了改善球团矿低温还原粉化性能的主要措施.影响球团矿低温还原粉化性能的主要因素包括:球团矿的化学成分(碱度、SiO_(2)、MgO、Al_(2)O_(3)含量等)、物相组成、微观结构和碳沉积等.在实际生产中,可以通过优化球团矿成分(适当提高碱度或MgO含量等)和固结形式(发展部分液相固结)、调控球团矿孔隙结构(喷洒或涂层降低球团孔隙率)等来降低还原速率,减少还原过程产生的内应力,从而改善球团矿的低温还原粉化性能.

关键词：铁矿球团焙烧行为高炉气基竖炉低温还原粉化冶金性能

矿物高值化利用现状及其固体废物回收利用展望

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中国有色金属学报 2024年第5期34卷 1667-1689页

作者：黄俊楠孟迪尹萍赵伟渲胡文吉豪中南大学冶金与环境学院长沙410083 中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083

根据组成成分,固体废物中密度大的矿物类固体废物的高值化利用具有可实际应用的经济性和普适性,是实现可持续发展的关键。本文从矿物类固体废弃物原料出发,以煤矸石、粉煤灰、炉渣、废锂离子电池和硫酸矿渣等固体废物为来源,结合其固体... 详细信息

根据组成成分,固体废物中密度大的矿物类固体废物的高值化利用具有可实际应用的经济性和普适性,是实现可持续发展的关键。本文从矿物类固体废弃物原料出发,以煤矸石、粉煤灰、炉渣、废锂离子电池和硫酸矿渣等固体废物为来源,结合其固体废物中含有的矿物成分以及矿物本质特点,重点介绍了其中的黏土矿类、硫化矿类、氧化矿类以及我国战略性矿产资源石墨和萤石等典型矿物的物理化学特性,同时分析总结这些矿物在生物医药、光催化和膜材料等新兴领域的应用,为固体废物处理和高值化利用提供新的研究思路。

关键词：固体废物高值化利用黏土矿物硫化矿氧化矿

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增材制造铜及铜合金的研究进展

中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1071-1090页

作者：叶安梁姜雁斌彭超群王日初曾婧王小锋中南大学材料科学与工程学院长沙410083 中南大学冶金与环境学院长沙410083 中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

铜及铜合金具有高导热率和高导电率等优异性能,广泛应用于电子工业、交通运输和航空航天等领域,增材制造技术可使铜及铜合金零部件更为复杂化、精细化、轻量化和整体化。本文分析了铜及铜合金增材制造技术的原理、特点和工艺进展;总结... 详细信息

铜及铜合金具有高导热率和高导电率等优异性能,广泛应用于电子工业、交通运输和航空航天等领域,增材制造技术可使铜及铜合金零部件更为复杂化、精细化、轻量化和整体化。本文分析了铜及铜合金增材制造技术的原理、特点和工艺进展;总结了增材制造铜及铜合金类型,包括纯铜、CuCrZr、CuCrNb和其他铜合金。在此基础上,综述了铜及铜合金增材制造技术的研究进展,包括降低激光反射率、调控微观结构等,讨论了增材制造铜及铜合金在航空航天、电子工业等方面的应用。最后,展望了增材制造铜及铜合金的发展趋势。

关键词：铜铜合金增材制造合金类型应用

冶金与地球化学过程中Fe-Co-Ni-Cu亲氧亲硫性规律

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中国有色金属学报 2024年

作者：王帅孙丰龙赵中伟中南大学冶金与环境学院中南大学稀有金属冶金与材料制备湖南省重点实验室

金属铁、钻、镍、铜是国民经济的重要基础原材料。Fe/Co/Ni/Cu在冶金上的提取分离与地球化学成矿在原理上具有高度的相似性，例如岩浆熔离成矿与火法冶金、热液成矿与湿法冶金、风化成矿与湿法冶金、生物地球化学成矿与生物冶金，这些... 详细信息

金属铁、钻、镍、铜是国民经济的重要基础原材料。Fe/Co/Ni/Cu在冶金上的提取分离与地球化学成矿在原理上具有高度的相似性，例如岩浆熔离成矿与火法冶金、热液成矿与湿法冶金、风化成矿与湿法冶金、生物地球化学成矿与生物冶金，这些过程里元素在成矿迁移和提取富集中体现出的化学性质完全吻合。过渡金属Fe/Co/Ni/Cu经常伴生成矿，如铁镍矿、镍钴矿、铜钴矿，在冶金过程中这四个元素也体现出很强的亲氧亲硫化学规律性。利用过渡金属元素Fe、Co、Ni、Cu在成矿中显现出的元素亲和性差异作为相似元素相互分离的动力，可以从新的角度理解提取冶金的原理。基于四种元素的亲和性顺序，对氧的亲和力大小：Fe>Co>Ni>Cu，对硫的亲和力大小Cu>Ni>Co>Fe，为元素选择性硫化/氧化提供理论依据，同时也为金属元素相互分离提供更多可能的研究方法。

关键词：铁钴镍铜有色冶金地球化学亲氧性亲硫性

冶金与地球化学过程中Fe-Co-Ni-Cu亲氧性和亲硫性规律

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中国有色金属学报 2024年第10期 3422-3434页

作者：王帅孙丰龙赵中伟中南大学冶金与环境学院中南大学稀有金属冶金与材料制备湖南省重点实验室

Fe、Co、Ni、Cu在冶金上的提取分离与地球化学成矿在原理上具有高度的相似性，例如岩浆熔离成矿与火法冶金、热液成矿与湿法冶金、风化成矿与湿法冶金、生物地球化学成矿与生物冶金。元素在地球化学迁移和冶金提取过程中体现出的化学性... 详细信息

Fe、Co、Ni、Cu在冶金上的提取分离与地球化学成矿在原理上具有高度的相似性，例如岩浆熔离成矿与火法冶金、热液成矿与湿法冶金、风化成矿与湿法冶金、生物地球化学成矿与生物冶金。元素在地球化学迁移和冶金提取过程中体现出的化学性质相似，在地球化学过程中，Fe、Co、Ni、Cu经常伴生成矿，如铁镍矿、镍钴矿、铜钴矿等硫化或氧化类矿物；在冶金过程中，这四个元素则体现出很强的亲氧亲硫化学规律性。利用过渡金属元素Fe、Co、Ni、Cu在成矿中显现出的元素亲和性差异作为相似元素相互分离的理论指导，可以从新的角度理解提取冶金。本文通过分析四种元素的地球化学行为与冶金行为，发现其对氧的亲和性顺序为Fe>Co>Ni>Cu，对硫的亲和性顺序为Fe金属元素相互分离提供更多可能的研究方法。

关键词：铁钴镍铜提取冶金地球化学亲氧性亲硫性

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采用钛阴极从碱液中旋流电积回收镓

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第3期34卷 1027-1036页

作者：许志鹏刘左伟郭学益李栋邹铭金田庆华中南大学冶金与环境学院长沙410083 有色金属资源循环利用国家地方联合工程研究中心长沙410083

为了抑制浓差极化并提高电流效率,提出一种旋流电解法回收镓的工艺。通过电化学研究确定GaO_(2)^(-)在120 g/L NaOH溶液中的扩散系数为1.65×10^(-7)cm^(2)/s。考察各种参数对镓电积的影响,确定电积的最佳条件为:钛阴极、电流密度750 A/... 详细信息

为了抑制浓差极化并提高电流效率,提出一种旋流电解法回收镓的工艺。通过电化学研究确定GaO_(2)^(-)在120 g/L NaOH溶液中的扩散系数为1.65×10^(-7)cm^(2)/s。考察各种参数对镓电积的影响,确定电积的最佳条件为:钛阴极、电流密度750 A/m^(2)、镓浓度39.9 g/L、NaOH浓度120 g/L、循环流量200L/h。在这些条件下,电积的电流效率和镓回收率分别为47.9%和90.2%。析出的镓较易从阴极上分离,经过洗涤后的镓最终纯度为99.993%。镓旋流电积能耗约为9048 kW·h/t。该研究表明旋流电积是一种具有高电流效率和低能耗的有前途的镓生产工艺。

关键词：镓旋流电积砷化镓废料电流效率