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利用有机酸浸出系统从废旧磷酸铁锂中回收Li和Fe

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第1期34卷 336-346页

作者：王亚辉伍继君胡国琛马文会昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明650093 昆明理工大学真空冶金国家工程实验室昆明650093

采用湿法冶金从废旧LiFePO_(4)正极粉末中回收有价金属锂和铁,回收产物作为原料制备磷酸铁锂。通过优化浸出工艺参数,在丙酮酸浓度为3.0 mol/L、H_(2)O_(2)体积为2 m L、固液比为0.1 g/m L、反应温度为80℃以及反应时间为20min的条件下... 详细信息

采用湿法冶金从废旧LiFePO_(4)正极粉末中回收有价金属锂和铁,回收产物作为原料制备磷酸铁锂。通过优化浸出工艺参数,在丙酮酸浓度为3.0 mol/L、H_(2)O_(2)体积为2 m L、固液比为0.1 g/m L、反应温度为80℃以及反应时间为20min的条件下,Li的浸出效率达到96.56%。采用XRD、XPS、FE-SEM和EDS对浸出残渣进行表征。结果表明,浸出残渣为FePO_(4),Fe/P摩尔比为0.974。将浸出液的pH值调整到12.0,并在80℃搅拌2 h后,浸出液中的Li通过原位沉淀以Li_(3)PO_(4)形式回收,其纯度为96.5%(质量分数)。丙酮酸/H_(2)O_(2)溶液浸出Li的反应动力学数据符合Avrami模型(R^(2)>0.95)。Li浸出过程的活化能较低,表明扩散限制浸出过程中的反应速率。

关键词：废旧磷酸铁锂丙酮酸浸出动力学 Avrami模型锂离子电池

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微波加热强化闪蒸工艺的科学基础及发展趋势

化工进展 2024年第1期43卷 135-144页

作者：田时泓郭磊李娜宇文超许磊郭胜惠巨少华微波能工程应用及装备技术国家地方联合工程实验室云南昆明650093 昆明理工大学冶金与能源工程学院云南昆明650093

利用微波加热具有选择性、快速性、整体性等优点,对基于能量源补充热量实现蒸发浓缩、分离纯化的料液处理过程而言,利用微波加热实现过程强化具有现实意义。本文综述了液体闪蒸过程的蒸发特性与传热传质特性、微波加热液体蒸发的研究现... 详细信息

利用微波加热具有选择性、快速性、整体性等优点,对基于能量源补充热量实现蒸发浓缩、分离纯化的料液处理过程而言,利用微波加热实现过程强化具有现实意义。本文综述了液体闪蒸过程的蒸发特性与传热传质特性、微波加热液体蒸发的研究现状,提出了微波加热强化闪蒸工艺,首先指出闪蒸工艺过程中料液面临难以直接加热提供热量而提高蒸发速率的难题,原因是传统热量传递方法无法在真空条件下向闪蒸过程中的料液传递热量。进而分析了微波加热蒸发工艺的研究现状,总结出微波加热蒸发过程中的影响因素,简述了微波加热蒸发工艺的应用。最后,提出可将微波加热与闪蒸工艺相耦合的微波加热强化闪蒸工艺,简述了设备设计、应用开发方面的相关进展。总结了微波加热强化闪蒸面临的相关难题并提出建议,期望对微波加热强化蒸发工艺应用和设备设计的发展提供参考。

关键词：微波加热蒸发过程强化能量转化传热传质

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碳基复合吸波材料

化学进展 2024年第4期36卷 556-574页

作者：陆水清刘轶昌解志鹏张达杨斌梁风昆明理工大学云南省有色金属真空冶金重点实验室昆明理工大学真空冶金国家工程研究中心昆明理工大学冶金与能源工程学院

随着无线电波和电子信息技术飞速发展，电磁辐射污染问题日益突出，在全球范围内引起广泛关注。为了解决电磁污染问题，人们致力于研究与开发质量轻、厚度薄、频带宽和吸收强的电磁波吸收材料。与传统吸波材料相比，碳基复合吸波材料具... 详细信息

随着无线电波和电子信息技术飞速发展，电磁辐射污染问题日益突出，在全球范围内引起广泛关注。为了解决电磁污染问题，人们致力于研究与开发质量轻、厚度薄、频带宽和吸收强的电磁波吸收材料。与传统吸波材料相比，碳基复合吸波材料具有优异的介电性能、特殊的微观结构、良好的阻抗匹配以及高效的吸波性能，且可有效降低复合材料质量，在吸波材料领域拥有巨大的发展潜力，已逐渐成为研究热点。本文从阻抗匹配、损耗机制等方面概述了电磁波基本吸收原理，综述了碳-碳、碳-金属/金属氧化物、碳-陶瓷等不同种类碳基复合吸波材料的研究进展。同时，综述了上述碳基复合吸波材料的合成方法、吸波性能和衰减机制。最后，论述了碳基复合吸波材料在电磁波吸收方面存在的不足并提出了可能的解决方案，展望了碳基复合吸波材料未来的发展方向。

关键词：电磁波吸收碳基复合材料结构特征吸波机理

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单壁碳纳米角的制备及电化学应用进展

材料导报 2024年第6期38卷 36-48页

作者：苏咸凯解志鹏张达侯圣平杨斌梁风昆明理工大学真空冶金国家工程研究中心昆明650093 昆明理工大学云南省有色金属真空冶金重点实验室昆明650093 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明650093

单壁碳纳米角(Single-wall carbon nanohorns, SWCNHs)是由单层石墨烯卷曲而成的中空锥状碳纳米材料,通常状态下无法单独存在,一般为以数千根SWCNHs聚集成的球型聚集体,因优异的导电和导热性能、低的密度和大的比表面积而被视为一种极... 详细信息

单壁碳纳米角(Single-wall carbon nanohorns, SWCNHs)是由单层石墨烯卷曲而成的中空锥状碳纳米材料,通常状态下无法单独存在,一般为以数千根SWCNHs聚集成的球型聚集体,因优异的导电和导热性能、低的密度和大的比表面积而被视为一种极具电化学应用前景的碳纳米材料。SWCNHs通常采用激光烧蚀法、电弧放电法和焦耳热法制备,且三种方法的制备过程均未涉及金属催化剂,避免了杂质污染,从而拓宽了其应用领域。在过去20年里,SWCNHs被广泛应用于超级电容器、电化学传感器、锂离子电池、太阳能电池、燃料电池和金属-CO_(2)电池中。众多研究表明,SWCNHs基电化学器件具有高效、稳定、安全的优势,推动SWCNHs的工业化量产和在电化学领域的规模化应用对国家新能源和高端制造业的发展具有重要意义。本文概述了SWCNHs的结构、特性和制备方法,回顾了SWCNHs在电化学领域的研究进展,并对SWCNHs未来的研究方向和发展趋势进行了展望。

关键词：单壁碳纳米角结构特性电化学纳米材料

废旧锂离子电池正极材料有价金属回收研究现状

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中国有色金属学报 2024年第6期34卷 1786-1808页

作者：李峻田阳杨斌徐宝强胡均贤于昊松昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室昆明650093 昆明理工大学真空冶金国家工程研究中心昆明650093 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明650093 昆明理工大学云南省有色金属真空冶金重点实验室昆明650093

近年来,随着“碳达峰”、“碳中和”等目标的提出,新能源电动汽车发展迅速,锂离子电池的需求量也随之剧增,而大量锂离子电池的使用也必将迎来锂离子电池爆发式退役,从而大量的废旧锂离子电池有待回收。锂电池大致可分为三元锂电池、磷... 详细信息

近年来,随着“碳达峰”、“碳中和”等目标的提出,新能源电动汽车发展迅速,锂离子电池的需求量也随之剧增,而大量锂离子电池的使用也必将迎来锂离子电池爆发式退役,从而大量的废旧锂离子电池有待回收。锂电池大致可分为三元锂电池、磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池四大类,目前主要的回收方法有火法冶金技术、湿法冶金技术。本文叙述了近年来上述四大类锂离子电池正极目标金属的回收研究现状,从流程的难易程度、目标金属的提取效率以及对环境是否产生污染性气体或废液等多个方面来分析各项工艺。最后,对不同冶金工艺的优缺点进行总结以及未来的前景进行展望。

关键词：锂离子电池回收正极材料火法冶金真空

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镁熔体净化技术的研究进展

中国有色金属学报 2024年第1期34卷 229-253页

作者：余镕田阳杨斌徐宝强梁栋王立鹏昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室昆明650093 昆明理工大学真空冶金国家工程研究中心昆明650093 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明650093 昆明理工大学云南省有色金属真空冶金重点实验室昆明650093

镁作为新兴轻质材料在汽车、3C和航空航天领域的应用逐渐普及,伴随行业节能减排的要求提升以及材料行业的迭代更新,镁及其合金所涉及的产业领域将会进一步扩大。而镁及其合金在铸造与变形加工前,镁熔体纯净度会对其性能产生巨大影响,如... 详细信息

镁作为新兴轻质材料在汽车、3C和航空航天领域的应用逐渐普及,伴随行业节能减排的要求提升以及材料行业的迭代更新,镁及其合金所涉及的产业领域将会进一步扩大。而镁及其合金在铸造与变形加工前,镁熔体纯净度会对其性能产生巨大影响,如熔体纯净度低会显著降低合金的抗拉强度、伸长率等力学性能,导致合金出现炸裂、破损现象。为此,镁熔体的高效除气除杂净化技术成为研究热点。镁熔体净化作为镁熔炼过程中的重要环节,一直是科研工作者不断改进优化的研究课题。本文在简要介绍镁熔体中夹杂物来源的基础上,归纳了适用于镁熔体的熔剂净化、无熔剂净化、复合净化法及其净化效果,且对真空蒸馏法净化镁熔体的相关研究进行了探讨,系统综述了镁熔体净化技术研究进展,展望了该技术的未来研究方向。

关键词：镁熔体夹杂物熔剂净化法无熔剂净化法复合净化法

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TiO_(2)直接还原制备超低氧钛

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第2期34卷 681-693页

作者：庞俭孔令鑫朱立国徐宝强徐俊杰白崇霖杨斌昆明理工大学云南省有色金属真空冶金重点实验室昆明650093 昆明理工大学真空冶金国家工程研究中心昆明650093 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明650093 昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室昆明650093

提出在MgCl_(2)−KCl−YCl_(3)熔盐中,通过熔盐电解产生Mg直接还原TiO_(2)制备低氧钛。绘制Mg−Ti−O三元相图和电位−氧势(φ−pO^(2)−)图,表明镁还原TiO_(2)制备低氧钛是可行的。在MgCl_(2)−YCl_(3)和MgCl_(2)−YCl_(3)−KCl熔盐中,不同温度和施加电压条件下,开展熔盐电解−镁热还原TiO_(2)实验研究,结果表明:借助YOCl沉淀及CO_(x)同步生成,将还原和脱氧产物O^(2)−快速脱除,在1073~1173 K、施加电压2.5~3.1 V的条件下,通过电化学还原可以将TiO_(2)还原为高氧钛(Ti6O)。在温度为1173 K的MgCl_(2)−YCl_(3)熔盐中,开展不同施加电压下的高氧钛电化学脱氧实验。此外,还观察到有可能将高氧钛的氧含量可从1200×10^(−6)降至100×10^(−6)以下。

关键词：二氧化钛电化学镁热还原脱氧超低氧钛稀土金属

基于黏性蒸馏-气相分离的冶金级粗碲提纯方法

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第3期34卷 1037-1048页

作者：黄大鑫蒋文龙徐宝强查国正杨斌昆明理工大学真空冶金国家工程研究中心昆明650093 昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室昆明650093 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明650093

开发一种基于黏性蒸馏-气相分离的高纯碲材料制备方法。通过调节冷凝器结构和冷凝温度,达到黏性蒸馏、控制碲优势冷凝区的目的,使挥发性差的物质留在残留物中,而硒在气相中与碲分离,实现冶金级粗碲的提纯。研究饱和蒸气压、碲分子平均... 详细信息

开发一种基于黏性蒸馏-气相分离的高纯碲材料制备方法。通过调节冷凝器结构和冷凝温度,达到黏性蒸馏、控制碲优势冷凝区的目的,使挥发性差的物质留在残留物中,而硒在气相中与碲分离,实现冶金级粗碲的提纯。研究饱和蒸气压、碲分子平均自由程、不同冷凝位置的杂质分布特征以及冷凝物形貌。500 g级的实验结果表明,在5 Pa、773 K和90 min的最佳实验条件下,碲的直收率为83.40%,纯度高于99.9996%,碲优势冷凝区冷凝物中硒含量降低至2.76×10^(-4)%(质量分数)。

关键词：高纯碲除硒提纯平均自由程优势冷凝区

基于机器学习的材料弹性性能预测及可视化分析

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工程科学学报 2024年第6期46卷 1120-1129页

作者：林轩杰江汉同李倩周玉玲臧怀娟任永生詹曙马文会合肥综合性国家科学中心人工智能研究院合肥230601 合肥工业大学计算机与信息学院合肥230601 真空冶金国家工程实验室昆明650093 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明650093

在工程材料的应用中,弹性模量是重要的性能参数,找到特定弹性性能的材料是新材料合成领域的热点问题,如何快速且准确的预测弹性在工程上具有重要意义.通过实际实验测量大量材料的弹性性能并不现实.因此,通过计算机模拟筛选材料数据,选... 详细信息

在工程材料的应用中,弹性模量是重要的性能参数,找到特定弹性性能的材料是新材料合成领域的热点问题,如何快速且准确的预测弹性在工程上具有重要意义.通过实际实验测量大量材料的弹性性能并不现实.因此,通过计算机模拟筛选材料数据,选出候选材料,再通过实际实验进行验证,是一种理想的新材料发现方法.目前材料性能预测的主要计算方法是基于第一性原理的高通量计算,这类方法效率低下,难以高效地完成大批量的材料筛选任务.而基于材料统计学的机器学习预测方法,可通过大数据挖掘,快速预测材料性能,成为一种有可能替代高通量计算的方案.本文将特征选择方法和机器学习模型进行组合,从中选择最有效的弹性模量预测组合方案,并设计交互界面对输入特征和材料弹性性能的关系进行可视化分析.实验表明Pearson/RFE和GBDT的组合模型性能最好,同时通过可视化分析发现每原子能量、熔点、密度等特征对于预测结果的影响较大.这些重要的特征可以从特征–目标关系中初步预测弹性模量的范围,目标属性值也可反过来估计材料的重要特征.这些研究成果可应用于探究弹性的影响因素、预测大批量材料性能和可视化分析指导材料合成.

关键词：特征选择机器学习弹性性能预测可视化数据挖掘