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低浓度稀土离子吸附材料研究进展

工程科学学报 2024年第8期46卷 1381-1392页

作者：魏徐一韩俊伟覃文庆中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083

近年来,随着稀土产量与需求之间的供需矛盾日益加深,对稀土资源的高效绿色提取和分离提出了更高的要求.特别是从稀土矿选矿废水、精炼废水、海水和温泉等低浓度的稀土溶液中回收稀土资源已成为研究热点.相比于蒸发结晶、化学沉淀、溶剂... 详细信息

近年来,随着稀土产量与需求之间的供需矛盾日益加深,对稀土资源的高效绿色提取和分离提出了更高的要求.特别是从稀土矿选矿废水、精炼废水、海水和温泉等低浓度的稀土溶液中回收稀土资源已成为研究热点.相比于蒸发结晶、化学沉淀、溶剂萃取等传统提取技术,吸附法因具有操作简单、成本低廉、处理量大和适应性强等优势,成为低浓度稀土深度回收的潜在方法之一.本文汇总了近年来国内外有关于稀土离子吸附材料的研究进展,详细介绍了矿物基、碳基、金属−有机框架基和高分子基等吸附材料的设计与合成思路、微观形貌、吸附行为、材料性能和潜在的应用潜力.最后,对比指出了各种吸附材料的优势和不足,提出开发面向应用的高效绿色靶向吸附材料是未来稀土吸附材料的主要发展趋势,靶向吸附技术也将成为低浓度稀土溶液(废水)资源化的主要方法,以期为稀土资源的高效利用提供参考.

关键词：稀土元素吸附材料水处理资源循环研究进展

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

沉淀-焙烧法制备高振实密度四氧化三锰的研究

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过程工程学报 2024年第10期 1186-1195页

作者：杨永斌张晓萱廖烺董寅瑞李骞张雁姜涛中南大学资源加工与生物工程学院

过渡金属氧化物四氧化三锰因其独特的结构特征和物理化学性质，在储能领域尤其是电池行业有着广泛的应用。近年来，电池行业对四氧化三锰的产品质量提出更高的要求，其中产品振实密度是影响电池材料性能的关键因素之一。因此，为提高四... 详细信息

过渡金属氧化物四氧化三锰因其独特的结构特征和物理化学性质，在储能领域尤其是电池行业有着广泛的应用。近年来，电池行业对四氧化三锰的产品质量提出更高的要求，其中产品振实密度是影响电池材料性能的关键因素之一。因此，为提高四氧化三锰的振实密度，本研究以高纯硫酸锰为原料，以氨水为沉淀剂，采用硫酸锰溶液沉淀-焙烧法制备高振实密度四氧化三锰，探究沉淀反应参数及热工制度对四氧化三锰振实密度的影响，并对四氧化三锰产物形貌、结构和组成方面进行表征。实验结果表明，最优工艺条件为氨锰比3:1、硫酸锰浓度2.0 mol/L、焙烧温度1150℃、焙烧时间4 h、焙烧气氛强制通风，该条件下获得的四氧化三锰锰含量为71.91wt%,D50为10.723μm，比表面积为1.786 m2/g，形貌为类球形，微量元素含量符合要求且振实密度达到2.85 g/cm3，满足高纯四氧化三锰的行业标准。

关键词：振实密度硫酸锰沉淀-焙烧法四氧化三锰

退役锂离子电池正极材料的直接修复:研究进展、挑战和展望

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中国有色金属学报 2024年

作者：鲁向锦曾子豪袁正巧王彬雷海杨越葛鹏孙伟中南大学资源加工与生物工程学院

伴随着新能源产业快速发展，锂离子电池生产量急剧增加。因为其有限的使用寿命，未来将迎来锂离子电池退役高峰。高效清洁回收退役锂离子电池，打通新能源产业链的最后一环，对于新能源产业的闭环发展至关重要。目前针对退役的锂离子电... 详细信息

伴随着新能源产业快速发展，锂离子电池生产量急剧增加。因为其有限的使用寿命，未来将迎来锂离子电池退役高峰。高效清洁回收退役锂离子电池，打通新能源产业链的最后一环，对于新能源产业的闭环发展至关重要。目前针对退役的锂离子电池正极材料主要采用固相法（固相烧结、熔盐法等）以及液相法（水热法、电化学法等）进行直接再生。本文从退役锂离子电池出发，简述了其前处理工艺与修复过程的关联，重点阐述了修复方法对于退役正极材料的晶相、缺陷、表界面以及电化学性能等方面的影响。最后，针对退役材料的直接修复方法，进行系列展望，旨在为退役锂离子电池正极材料未来直接修复技术提供有意义的指导。

关键词：锂离子电池退役正极材料直接再生方法电化学性能

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SbS前驱体的结晶调控及储锂性能研究

中南大学学报(自然科学版) 2024年

作者：袁正巧陈星齐曾子豪孙伟杨越葛鹏中南大学资源加工与生物工程学院

在Sb2S3制备过程中，通过调节不同的反应温度获得晶型和粒度各异的前驱体颗粒。研究结果表明：在60℃合成的Sb2S3前驱体颗粒粒径适中，循环后的容量最高；针对Sb2S3-60℃前驱体进行进一步烧结处理后，所合成的棒状结构表面光滑，缺陷较... 详细信息

在Sb2S3制备过程中，通过调节不同的反应温度获得晶型和粒度各异的前驱体颗粒。研究结果表明：在60℃合成的Sb2S3前驱体颗粒粒径适中，循环后的容量最高；针对Sb2S3-60℃前驱体进行进一步烧结处理后，所合成的棒状结构表面光滑，缺陷较少，并且分布均匀；Sb2S3-60℃-H@C在0.1 A/g的电流密度下首圈放电容量达916 mA·h·g-1,50圈循环后的容量保持率仍然接近90%，且Sb2S3-60℃-H@C在5 A/g下的容量为496 mA·h·g-1，表明其具有很强的电化学可逆性。显然，在60℃合成的材料结构稳定，离子扩散能力强，能够有效减小体积膨胀和多硫化物的穿梭，从而获得优异的锂离子存储性能，因此，通过优化Sb2S3前驱体的合成条件，对其形貌、粒径以及其他内部特性进行调控是制备高性能锂离子电池阳极的关键环节。

关键词：锂离子电池负极材料 Sb S 前驱体晶型调控电化学性能

低碱条件下糊精与钙离子协同作用对闪锌矿与黄铁矿浮选分离的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第7期55卷 2447-2455页

作者：刘润清翟启林文晓飞王长涛陈攀孙伟唐鸿鹄中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙410083 四川大学材料科学与工程学院四川成都610065

闪锌矿与黄铁矿的浮选分离大多在高碱条件下进行,但这会导致药剂用量大、设备腐蚀严重等问题,为此,采用清洁高效的有机抑制剂糊精作为黄铁矿的抑制剂,通过矿物表面润湿性检测、吸附量测试以及红外光谱检测阐明糊精与矿物之间的作用机理... 详细信息

闪锌矿与黄铁矿的浮选分离大多在高碱条件下进行,但这会导致药剂用量大、设备腐蚀严重等问题,为此,采用清洁高效的有机抑制剂糊精作为黄铁矿的抑制剂,通过矿物表面润湿性检测、吸附量测试以及红外光谱检测阐明糊精与矿物之间的作用机理,并利用浮选溶液化学理论分析钙离子、糊精与黄铁矿三者之间的吸附方式。研究结果表明:在弱碱性条件下,糊精单独作用时,对黄铁矿的抑制效果不佳,但加入钙离子后,糊精对黄铁矿的抑制作用显著增强;在弱碱性条件下,钙离子会以Ca(OH)^(+)的形式强烈地吸附在黄铁矿表面,同时,Ca(OH)^(+)与糊精之间也具有很强的吸附力,促进糊精在黄铁矿表面的吸附,从而加强了糊精对黄铁矿的抑制,实现闪锌矿与黄铁矿的浮选分离。

关键词：闪锌矿黄铁矿糊精钙离子浮选分离

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高镍三元材料的研究进展

化学进展 2024年第7期36卷 1026-1045页

作者：王天宇王丽孙伟吴美荣杨越中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083

高镍LiNi_(x)Co_(y)Mn/Al_(1-x-y)O_(2)三元材料(高镍材料)因比容量高、能量密度大而成为最具前景的高能量密度锂电池正极材料之一。然而,随着Ni含量提升,高镍材料的结构、化学和机械稳定性逐渐恶化,严重限制了其产业化安全应用。鉴于此... 详细信息

高镍LiNi_(x)Co_(y)Mn/Al_(1-x-y)O_(2)三元材料(高镍材料)因比容量高、能量密度大而成为最具前景的高能量密度锂电池正极材料之一。然而,随着Ni含量提升,高镍材料的结构、化学和机械稳定性逐渐恶化,严重限制了其产业化安全应用。鉴于此,本文首先对当前高镍材料的合成方法(固相法、溶解凝胶法、水热法、喷雾干燥法及共沉淀法)进行了综述。随后,总结了高镍材料合成、储存及使用过程中的关键失效机制,包括离子混排与不可逆相变、表面残碱与界面副反应、应力诱导微裂纹及过渡金属溶解等,并对其形成原因及演变过程进行了深入剖析;系统总结了高镍材料的主要改性方法,如离子掺杂、表面包覆、核壳/梯度材料设计及单晶材料设计等。最后,对高镍材料的未来发展及改进方向进行了展望。本文通过系统总结高镍材料的研究进展和不足,旨在为高能量密度型高镍材料的产业化制备及安全应用提供理论参考。

关键词：高镍材料合成方法失效机制改性方法协同改性

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世界铁矿主要矿业公司碳减排路径及进展评述

钢铁 2024年第4期59卷 1-8页

作者：朱德庆李晓波潘建郭正启杨聪聪中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙410083

2022年,中国从力拓、淡水河谷、必和必拓、FMG世界4大矿业公司进口铁矿石8.66亿t,占中国进口铁矿石总量的78%。作为中国钢铁工业最重要的铁矿石原料供应商,4大铁矿石矿业公司积极参与钢铁工业脱碳减排的战略。通过介绍4大铁矿石矿业公... 详细信息

2022年,中国从力拓、淡水河谷、必和必拓、FMG世界4大矿业公司进口铁矿石8.66亿t,占中国进口铁矿石总量的78%。作为中国钢铁工业最重要的铁矿石原料供应商,4大铁矿石矿业公司积极参与钢铁工业脱碳减排的战略。通过介绍4大铁矿石矿业公司的脱碳目标、路径和相应的资金支持计划,阐释矿业公司作为原材料供应商的产品延伸责任、共同推动全球市场和政策对气候变化所采取的行动。矿业公司正聚焦于高品质铁矿资源的开发和通过选矿对低品位铁矿进行提纯等方式为中国钢铁企业提供高品位含铁原料以降低炼铁工艺过程的碳排放。此外,淡水河谷公司通过冷压+干燥工艺生产“绿色压块”,以期部分替代传统烧结矿或者球团矿作为炉料,以降低造块过程的碳排放。另一方面,随着中国钢铁工业向更加低碳的短流程电炉炼钢发展,铁矿石矿业公司通过使用氢气或者生物质能结合直接还原技术为钢铁企业提供绿色生铁等方式积极布局这一产业链的变革,代表性的工艺技术包括HYFOR绿色炼铁工艺、Tenored工艺、直接还原+电熔炉冶炼工艺等。另外,也有矿业公司正在寻求由单纯的矿业公司向绿色能源供应公司转变,以期在绿电、绿氢和绿氨等能源项目上有所突破。4大矿业公司的脱碳减排战略及成效将对中国钢铁工业产生深远的影响。

关键词：铁矿石矿业公司脱碳发展趋势高品铁矿直接还原

可调控氧化还原直接修复再生废旧锂电池正极材料(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年

作者：钟雪虎覃文庆周江韩俊伟中南大学资源加工与生物工程学院中南大学材料科学与工程学院

本文提出了一种通过添加FePO4氧化多余碳的可调控氧化还原方法对废旧磷酸铁锂正极材料进行直接修复再生。修复再生试验表明，将废旧磷酸铁锂正极材料与一定量的Li2CO3、FePO4、V2O5及葡萄糖混合后，将混合料在650 ℃下焙烧11h就能得到... 详细信息

本文提出了一种通过添加FePO4氧化多余碳的可调控氧化还原方法对废旧磷酸铁锂正极材料进行直接修复再生。修复再生试验表明，将废旧磷酸铁锂正极材料与一定量的Li2CO3、FePO4、V2O5及葡萄糖混合后，将混合料在650 ℃下焙烧11h就能得到具有较好性能的修复后的正极材料。本研究中添加V2O5能够提高修复再生后磷酸铁锂的循环性能，葡萄糖则通过修复磷酸铁锂表面包覆碳层来提高修复再生后磷酸铁锂的导电性。修复再生后磷酸铁锂材料在0.2 C下的放电比容量为161.36 mA h g-1，100次循环后容量保持率为97.85%。

关键词：废旧锂电池直接修复再生焙烧循环经济