矿冶工程

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马春德, 阳文源, 刘泽霖, 赵俊康

矿冶工程. 2024, 44(5): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.001

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为了研究花岗岩在压缩荷载阶梯循环下偏转加载时多期应力记忆方向独立性,采用自制的偏转加载装置对花岗岩进行不同偏转角度的阶梯循环加卸载试验,研究岩石在偏转加载循环后记忆先前多次循环中最大应力的凯塞效应(KE)以及抹录不净现象(IEP)。结果表明：花岗岩KE以及IEP均具有方向独立性,KE方向独立性存在的临界角度为10°,IEP方向独立性存在的临界角度为12°；偏转角度达到12°后,IEP会干扰KE对历史最大应力的记忆。

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基于专利信息的深海矿产资源开发技术趋势分析

段晓影, 卓晓军, 高静, 郑皓

矿冶工程. 2024, 44(5): 7-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.002

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为了解深海矿产资源开发技术现状,从专利的视角对深海矿产资源开发技术趋势进行了简要分析。通过incopat全球专利数据库,对2000—2023年全球公开发表的3236件深海矿产资源开发技术相关专利进行检索,分析全球专利申请趋势、地域分布、技术构成、中国专利申请趋势及中国专利申请人来源分布等情况。结果表明,相关专利主要集中在中国、美国、韩国,俄罗斯和日本,技术构成主要包括探测系统、采集系统、输送系统。近年来中国申请人逐渐主导全球相关专利申请,展现出中国在深海矿产资源开发技术研发和市场开拓方面的巨大潜力。

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基于ACO-BP模型的岩石爆破破碎块度预测

陈莎莎, 何理, 李腾飞, 张鑫玥, 彭胜, 姚颖康, 刘昌邦, 陈江伟

矿冶工程. 2024, 44(5): 12-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.003

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为了对岩石爆破破碎块度进行有效预测,设计开展了混凝土试件钻孔爆破试验,得到不同试验条件下的破碎块度归一化值分布,最终选取试块尺寸40 mm以上进行研究。采用Spearman相关系数分析各试验条件参数之间的相关性,再采用蚁群算法(ACO)优化BP神经网络的初始权值和阈值,构建ACO-BP模型。结合现场试块爆破破碎块度数据对模型进行了训练和测试,并将预测模型与BP神经网络模型、随机森林(RF)模型、极限梯度提升(XGboost)模型进行了对比。结果表明,ACO-BP模型预测爆破块度均方根误差为0.13,平均绝对误差为0.11,决定系数为0.92,预测精度和适用性更高,能够更准确地预测岩石爆破破碎块度。

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充填条件下采空区稳定性分析

刘畅, 郭泽洋, 江飞飞, 简锡明, 郭晓强, 郭豫宁, 黄敏, 黄明发

矿冶工程. 2024, 44(5): 17-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.004

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对某矿山采空区稳定性进行了分析。首先对采空区现状进行了详细调查,明确其分布状态及体积；其次,基于FLAC^3D模拟结果评价采空区现状及充填后的稳定性变化规律。结果表明,矿山主要存在5个采空区,分布在700~860 m中段,采空区总体积约40.45×10⁴ m³；当前采空区顶板不稳定,存在较大垮落风险,1^#~4^#采空区之间未贯通的岩体受力集中,塑性区贯通,有可能产生大规模失稳破坏；对700~820 m中段之间采空区逐步充填后,采空区失稳风险逐渐消除,不会影响700 m以下中段生产活动。建议优先对1^#~4^#采空区进行充填处理,降低采空区垮塌和贯通的风险。

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深海采矿输送软管空间构型及力学性能分析

张欣宇, 曹华德, 夏建新

矿冶工程. 2024, 44(5): 22-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.005

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为了分析深海采矿输送软管在作业过程中的力学特性,基于Abaqus软件建立了不同工况下中继仓-软管-采矿车的力学模型,以研究浮力施加位置及大小、海流流速和输送介质体积分数对软管构型和软管对采矿车作用力的影响。结果表明：浮力施加位置离采矿车较远,软管易拖地,较近时软管易缠绕；浮力施加位置离采矿车越近,浮力越大,软管对采矿车的作用力越大；海流流速越小,软管越易出现构型问题；海流流速会影响软管对采矿车作用力的方向、大小和变化趋势。建议在海流流速0.2 m/s时,选取浮力1500 N、浮力施加位置距离中继仓12 m,此时,软管对采矿车的最大水平和垂向拉力分别为941 N和1258 N。

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缓倾斜极厚矿体高阶段采场开采顺序优化

甘德清, 孟岐, 刘志义, 路燕泽

矿冶工程. 2024, 44(5): 28-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.006

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为了平衡缓倾斜极厚矿体高阶段采场的产能与安全,以某铁矿阶段空场嗣后充填采矿法为背景,进行开采顺序优化研究。首先,基于间柱承压理论,得出间柱宽度合理值为14.2~47.2 m。根据采场结构参数,设计间柱宽度分别为15 m、30 m、45 m,即隔一采一、隔二采一、隔三采一,并采用FLAC^3D建立矿体模型,对比分析各方案顶板沉降以及间柱稳定性。最后,在数值模拟基础上,综合考虑安全与产能的影响因素,构建基于层次分析与模糊综合评判法的开采顺序判断矩阵,计算得出3种方案的综合隶属度分别为0.86、0.79、0.80,确定间柱宽度15 m （隔一采一）为最优方案。工业试验结果表明,该方案在实现最大化生产能力的同时,可保持采场相对稳定。

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沟谷型弃渣场边坡稳定性和可靠度研究

张林

矿冶工程. 2024, 44(5): 35-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.007

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针对某高山峡谷地区的沟谷型弃渣场边坡稳定性问题,借助FLAC^3D数值模拟软件对边坡在天然、暴雨、地震3种工况下的稳定性进行了数值模拟；引入蒙特卡罗法对弃渣场暴雨+地震工况下的稳定性可靠度进行评价。结果表明：天然、暴雨、地震3种工况下弃渣场边坡整体和局部均处于稳定状态；弃渣场整体安全系数呈正态分布,整体安全系数集中在2.0~2.1,与数值模拟结果(2.08)一致；在暴雨+地震工况下,弃渣场整体处于不稳定状态的概率为0,局部处于不稳定状态的概率为35.99%。数值模拟与现场监测对比分析结果表明,两者的偏差为9.8%~15.4%。

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拜耳法赤泥磁选铁精矿浮选脱钛研究

黄浩, 吴中贤, 乔波, 马广喜, 陶东平

矿冶工程. 2024, 44(5): 41-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.008

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对山东某赤泥磁选铁精矿进行了反浮选脱钛研究,以油酸钠为捕收剂、玉米淀粉为赤铁矿抑制剂、硫酸为pH值调整剂,在pH＝9、玉米淀粉和油酸钠用量分别为500 g/t和1500 g/t时,铁精矿中TiO₂品位可由6.90%降至2.73%,对应的TFe回收率为41.80%。捕收剂吸附量和红外光谱测试结果表明,油酸钠具有选择性吸附特性,进一步证实了采用油酸钠对赤泥磁选铁精矿进行反浮选脱钛的可行性。

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某风化低品位石煤钒矿超导磁选预富集试验研究

张帅, 袁致涛, 林子钦, 谢雨欣, 卢冀伟, 顾建涛

矿冶工程. 2024, 44(5): 46-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.009

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针对某风化低品位石煤钒矿品位低、直接提钒工艺复杂且成本高的难题,开展选矿预富集试验研究。工艺矿物学研究结果表明,该石煤中钒主要赋存在含钒褐铁矿和含钒云母中,以上2种矿物均具有微弱磁性,可采用超导磁选-沉降工艺预富集钒。在磁场强度4 T、矿浆流速8.0 L/min条件下,获得了V₂O₅品位1.44%、回收率55.08%的超导磁选预富集精矿,超导磁选尾矿可通过沉降分级进一步回收钒,最终可获得V₂O₅品位1.03%、回收率79.48%、抛尾率高达59.02%的综合精矿,实现对该石煤中钒的高效富集,满足了后续冶金法提钒的要求。

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NaClO和KMnO₄协同氧化对黄铜矿与黄铁矿浮选分离的影响及其机理

龙逸云, 印万忠, 龙恺云

矿冶工程. 2024, 44(5): 51-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.010

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通过浮选试验、吸附实验、红外光谱和XPS分析等研究了NaClO和KMnO₄单独使用以及组合使用对黄铜矿和黄铁矿浮选分离的影响。结果表明,在NaClO与KMnO₄质量比10∶1、总质量浓度70 mg/L,矿浆pH=10,氧化时间3 min条件下,黄铜矿回收率达到92%以上,黄铁矿回收率低于8%,较好地实现了黄铜矿与黄铁矿的选择性分离。红外光谱和XPS分析结果表明,组合药剂明显改变了黄铁矿的表面性质,使其表面氧化为氧化铁、氢氧化铁和硫酸铁等亲水性物质,并阻碍捕收剂的吸附,从而降低黄铁矿的可浮性。黄铜矿表面在一定处理条件下对NaClO和KMnO₄保持温和惰性,因此黄铜矿表面吸附的黄药量远大于黄铁矿表面,这有利于黄铜矿与黄铁矿的浮选分离。

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黑龙江某鳞片石墨矿新型药剂浮选试验研究

常庆伟, 赵文坡, 薛珂

矿冶工程. 2024, 44(5): 57-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.011

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针对黑龙江某鳞片石墨矿特点,开发了新型高效浮选药剂并进行了浮选试验研究。结果表明,以新型药剂CYM-11为捕收剂、CYQ-01为起泡剂,经8次再磨、9次精选闭路浮选,可获得固定碳含量(质量分数)96.63%、回收率95.69%的石墨精矿产品,其中+0.15 mm粒级产率11.38%、固定碳含量(质量分数)96.04%,大鳞片石墨在选矿过程中得到较好保护。

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某磁铁矿瓷球精确化磨矿及工业应用

姚鑫, 吴新义, 曾冲, 张小普, 吴江, 刘文胜, 洪振川, 吴彩斌

矿冶工程. 2024, 44(5): 61-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.012

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为了探究安徽某磁铁矿二段磨矿中应用瓷球磨矿代替钢球磨矿的可行性,以该磁铁矿厂二段磨矿给矿为研究对象,对瓷球磨矿球径配比、磨矿浓度和充填率进行了单因素实验,并在此基础上进行了磨矿动力学研究和工业应用。结果表明：瓷球可以替代钢球作为该磁铁矿二段磨矿介质,且瓷球磨矿可优化磨矿产品粒度分布；物料粒度大于0.092 mm时,瓷球磨矿比例系数大于钢球磨矿,物料粒度小于0.092 mm时,瓷球磨矿比例系数小于钢球磨矿；瓷球磨矿适宜条件为：直径30 mm、25 mm、20 mm的瓷球按质量比1∶3∶1配比,矿浆浓度(质量分数)74%,充填率40%；工业应用中瓷球磨矿可有效改善溢流产品粒度分布,并使磨矿单位电耗下降51.89%,球耗降低50%。

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基于分段T值曲线拟合的双能X射线的铜矿分选研究

余茳山, 何剑锋, 朱文松, 李卫东, 王杉, 汪雪元, 钟国韵, 瞿金辉

矿冶工程. 2024, 44(5): 66-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.013

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针对传统T值曲线拟合算法的双能X射线透射技术分选铜矿偏差较大的问题,提出了一种分段T值曲线拟合方法,该方法将厚度进行区间划分,在每个区间内进行一次T值曲线拟合来对铜矿进行分选,能更准确体现不同厚度下T值的变化趋势,减小厚度给分选带来的影响。采用高能、低能射线拟合T值曲线,再在各个区间内计算T值与曲线拟合映射值的残差,不同物质残差也存在不同,以此达到分选铜矿的目的。验证实验结果表明,对两类不同品位的铜矿进行分选,将经过分段T值曲线拟合的矿石图像放入ResNet18神经网络中进行训练,并用训练好的模型进行测试,测试准确率达到88.67%。

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快速浮选分离滑石与辉钼矿动力学研究

陈帆帆, 郑灿辉, 卜显忠

矿冶工程. 2024, 44(5): 70-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.014

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采用快速浮选技术对滑石与辉钼矿单矿物进行高效分离试验研究。在矿物粒度0.043~0.074 mm、起泡剂MIBC用量20 g/t、浮选时间60 s条件下,滑石回收率76.64%,辉钼矿回收率仅19.72%,实现了滑石与辉钼矿的高效分离。采用MATLAB软件对浮选速率动力学方程进行非线性拟合,结果表明,滑石浮选过程符合经典一级浮选动力学模型,辉钼矿浮选过程符合修正后的经典一级浮选动力学模型。浮选时间对起泡剂MIBC在滑石和辉钼矿表面吸附量试验结果表明,浮选前期,滑石比辉钼矿更容易与药剂作用,此时滑石表面起泡剂MIBC吸附量远大于辉钼矿表面。

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黄沙坪多金属矿强磁选抛废-强化锡石富集试验研究

陈鹏飞, 孙文娟, 杨勇祥, 王康, 韩海生, 纪道河, 张永忠

矿冶工程. 2024, 44(5): 75-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.015

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为了实现黄沙坪多金属矿中低品位伴生锡石的资源化利用,开展了高梯度磁选抛废试验和浮选试验,开发了高梯度强磁选抛废-强化钨锡浮选富集的选矿新工艺。通过高梯度磁选预先抛废,钼、钨、萤石抛废损失率均低于10%,锡石显著富集于强磁选粗精矿中；使用Pb-BHA-SPA多配体金属基捕收剂对强磁选粗精矿进行再磨后精选,可得到WO₃和SnO₂品位分别为0.627%和0.78%、对应回收率分别为26.56%和18.03%的钨锡混合精矿。该工艺为低品位伴生锡石的强化富集和高效利用提供了新思路和新方法。

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某难选金矿石选矿试验研究

牛芳银, 郭彩莲, 宁新霞, 王重阳, 翟旭东

矿冶工程. 2024, 44(5): 79-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.016

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对某难选金矿石进行了详细工艺矿物学研究,并在此基础上开展提金试验研究。结果表明,矿石中金矿物粒度细且分散分布于载金矿物中。采用强化浮选工艺回收该难选金矿石,浮选时添加调整剂XPT511能有效提高金的浮选指标,闭路浮选试验获得了金品位22.91 g/t、回收率62.85%的金精矿。

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攀西某钒钛磁铁矿中钛的赋存状态研究

王利珍, 姜楚灵, 朱家祥, 安登极, 李辉跃

矿冶工程. 2024, 44(5): 84-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.017

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对攀西某钒钛磁铁矿化学组成、矿物种类及含量、含钛矿物能谱微区成分、矿石中TiO₂的平衡概算、含钛矿物产出形式、钛铁矿粒度及解离度等进行详细研究,查清了矿石难选的原因,综合分析了钛精矿的技术指标以及影响选钛效果的主要矿物学因素,可为开发利用攀西某矿产资源提供详细的科学依据。

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铜渣尾矿团粒过程黏结剂筛选及黏结机理

刘江, 罗立群, 刘成, 叶远林, J. Christophe Niyonzima, 雷严明

矿冶工程. 2024, 44(5): 89-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.018

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为减少铜渣尾矿资源化利用过程的粉尘和烟气,以铜渣尾矿为原料,以羧甲基纤维素钠(CMC)、膨润土、水玻璃单独或复配为黏结剂制备铜渣球团,通过落下强度、抗压强度和生球爆裂温度考察黏结剂的成球效果,借助扫描电镜、红外光谱和Zeta电位测试分析球团内部微观形貌、吸附特征和表面电位变化。结果表明：3种黏结剂均可实现铜渣尾矿的团粒化黏结；黏结剂单独使用时,CMC配量应大于0.20%,膨润土配量应大于2.0%,水玻璃配量应大于2.5%；CMC与膨润土或水玻璃复配,CMC配量0.1%时,膨润土配量应大于2.0%,水玻璃配量应大于2.5%；CMC配量为0.15%时,膨润土配量应大于1.5%,水玻璃配量应大于2.0%。添加黏结剂后,球团内部结构更加紧凑,空间结构更加牢固；铜渣尾矿颗粒表面Zeta电位降低,亲水性提高,促进了颗粒间的吸附作用进而提高球团质量。

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废旧磷酸铁锂电池正极材料酸浸液除杂及同步回收FePO₄研究

赵雨婷, 周自圆, 刘志启, 李娜, 盛莉莉

矿冶工程. 2024, 44(5): 96-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.019

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以废旧磷酸铁锂电池正极材料酸浸液为原料,采用氧化-沉淀法回收铁、磷、锂元素。考察了沉淀过程中反应体系终点pH值、温度、氢氧化钠浓度、氢氧化钠滴加速度和过氧化氢与酸浸液的体积比对铁、磷沉淀率和锂损失率的影响。结果表明：反应体系终点pH值2.5、温度75 ℃、氢氧化钠浓度1.5 mol/L、氢氧化钠滴加速度7.7 mL/min、过氧化氢与酸浸液的体积比为1∶60条件下,铁平均沉淀率99.86%,磷平均沉淀率98.23%,锂平均损失率仅1.23%；在该条件下,铁和磷可以有效地从溶液中被去除,锂损失率较低；同时,铁、磷以磷酸铁形式回收利用,经700 ℃热处理5 h,所得磷酸铁元素组成符合行业标准。

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电解锰渣中高温焙烧试验研究

陈沪飞

矿冶工程. 2024, 44(5): 100-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.020

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为探索电解锰渣合理处置方法,研究了中高温焙烧对电解锰渣中锰、硫、氨氮含量的影响。结果表明：电解锰渣直接焙烧时,焙烧温度1050 ℃、焙烧时间60 min条件下,电解锰渣直接焙烧样中S质量分数由9.11％降至0.87%,锰质量分数由1.87％增至2.26%；电解锰渣先经水洗再配煤焙烧,焙烧温度1000 ℃、焙烧时间60 min、配煤量质量分数3%条件下,水洗-配煤焙烧样中S质量分数降至1.32%、锰质量分数降至0.78%；电解锰渣经中高温焙烧后可满足水泥掺合料对S质量分数的要求；电解锰渣中高温焙烧脱氨氮效果较好,其中氨氮基本脱除。

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低品位氧化铜钴矿堆浸试验研究

李相良, 薛济来, 秦树辰, 徐敬元, 冯亚平

矿冶工程. 2024, 44(5): 105-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.021

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对刚果(金)某低品位氧化铜钴矿资源进行了堆浸试验研究,考察了喷淋强度、喷淋酸度和矿石粒度对铜钴浸出率的影响。结果表明,喷淋酸度和喷淋强度对铜钴浸出速度和累计浸出率影响显著,而矿石粒度对浸出过程影响不大。确定了低品位氧化铜钴矿适宜的堆浸条件为：喷淋酸度20 g/L,喷淋强度15 L/(m²·h),矿石粒度-40 mm。在此条件下,堆浸100 d,铜和钴累计浸出率分别可达90.89%和82.27%。

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黄铁矿与空气组合强化去除锰浸出液中铁离子

张旭, 王雅静, 李占成, 简柏林, 黄才峰, 王梓芊

矿冶工程. 2024, 44(5): 109-113. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.022

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研究了黄铁矿和空气组合去除锰浸出液中铁离子的过程及机理。结果表明：在溶液pH值2.5、反应温度25 ℃、黄铁矿用量15 g/L、空气用量2.4 L/min和反应时间1 h条件下,除铁后浸出液中残余铁离子质量浓度小于0.01 g/L,锰回收率高于99%。黄铁矿作为还原物质与充入溶液的空气共同作用,使黄铁矿周围存在Fe3+/Fe2+与氧气共存的活性反应区域,有助于溶液中铁离子以针铁矿沉淀形式被去除。

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柠檬酸浸出废旧锂离子电池中的镍钴锰

赵瑛, 王碧侠, 张皓淞, 党晓娥, 马红周

矿冶工程. 2024, 44(5): 114-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.023

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采用柠檬酸+过氧化氢浸出体系从废旧三元锂离子电池正极材料中回收镍、钴、锰,分析了浸出过程中可能发生的反应,分别考察了柠檬酸浓度、过氧化氢质量分数、浸出温度、浸出时间、液固比等因素对正极材料中镍、钴、锰浸出率的影响。在柠檬酸浓度1.5 mol/L、过氧化氢质量分数8%、浸出温度80 ℃、浸出时间60 min及液固比25 mL/g条件下,金属镍、钴、锰浸出率分别为97.58%、97.35%、96.12%。以乙醇为溶析剂,采用溶析结晶法从浸出液中回收金属,镍、钴、锰结晶率分别为92.34%、93.07%、99.69%。

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细粒级镜铁矿造球-磁化焙烧试验研究

万军营, 陈铁军, 周仙霖, 刘佳文, 姜翔波, 庄骏

矿冶工程. 2024, 44(5): 119-123. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.024

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对细粒级镜铁矿进行造球-磁化焙烧工艺研究,考察造球工艺以及球团在磁化焙烧过程的焙烧性能及效果。结果表明：采用细磨造球-磁化焙烧工艺,还原剂外配,在焙烧温度810 ℃、焙烧时间60 min、煤粉用量2.5%条件下磁化焙烧,精矿铁品位49.04%、回收率76.99%；采用直接造球-磁化焙烧工艺,还原剂外配,在焙烧温度650 ℃、焙烧时间60 min、兰炭用量3.0%条件下磁化焙烧,可获得精矿铁品位52.95%、回收率85.07%的较好指标。直接造球-磁化焙烧工艺简单,可获得更好的选矿指标,为细粒级镜铁矿磁化焙烧现场应用提供依据。

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老挝某含砷金矿非氰浸出试验研究

陈京玉, 梁溢强, 阚赛琼

矿冶工程. 2024, 44(5): 124-127. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.025

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对老挝某含砷含碳金矿进行了非氰浸出试验研究,考察了磨矿细度、矿浆pH值、矿浆浓度(质量分数)、金蝉环保型黄金选矿剂用量对金浸出效果的影响。结果表明：采用过氧化氢预处理可以提升金浸出率；在磨矿细度-0.074 mm粒级占95%、搅拌速度2000 r/min条件下,采用过氧化氢500 g/t对矿浆预氧化处理3 h,然后再添加石灰3000 g/t、金蝉环保型黄金选矿剂5000 g/t,搅拌浸出30 h,尾渣金品位0.25 g/t,金浸出率92.27%,过氧化氢预氧化能使金浸出率提高1.96个百分点。

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钢厂酸性废水循环浸出软锰矿工艺条件研究

张威, 张荣良, 杨瑞祥, 王硕渊, 吴昂基, 潘雯, 高逸凡

矿冶工程. 2024, 44(5): 128-132. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.026

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以钢厂酸性废水为还原剂,研究了钢厂酸性废水还原浸出软锰矿工艺,以达到综合利用软锰矿和钢厂酸性废水的目的。结果表明,在FeCl₂与MnO₂物质的量比2.2、浸出温度90 ℃、浸出时间3 h、液固比11∶1、初始酸性废水浓度2.5 mol/L条件下,软锰矿中Mn、Fe、Al的浸出率分别达到97.14%、95.37%和41.33%。采用废铁屑还原浸出液中Fe³⁺,在反应温度80 ℃、反应时间50 min、废铁屑加入量为理论量的1.1倍时,Fe³⁺还原率达到99.85%。Fe³⁺还原为Fe²⁺后,含Fe²⁺还原液返回浸出,浸出结果稳定,其中,软锰矿中Mn、Fe、Al平均浸出率分别达到96.75%、95.31%、41.18%。

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陕西某地石煤钒矿制备五氧化二钒产品工艺研究

吴天骄, 康敏, 梁效, 程倩, 李英, 宁新霞, 张圆明

矿冶工程. 2024, 44(5): 133-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.027

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采用硫酸熟化-水浸工艺从石煤钒矿中提钒,考察了熟化条件及浸出条件对钒浸出率的影响。结果表明,适宜的熟化工艺条件为：熟化温度130 ℃、熟化时间8 h、H₂SO₄用量25%。对熟化料进行水浸,在浸出温度90 ℃、浸出时间120 min、液固比2∶1条件下,钒浸出率为90.79%。对含钒浸出液用NaClO₃进行氧化,采用D202吸附氧化后液中的钒,再对树脂中钒进行解吸,解吸液经沉钒煅烧后五氧化二钒产品纯度达99.21%,钒总回收率为85.99%。

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铜电解黑酸硫化脱砷热力学分析及试验研究

周兆安, 李俊, 刘小文, 毛谙章, 周爱青

矿冶工程. 2024, 44(5): 137-141. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.028

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运用HSC Chemistry 9.0热力学软件对铜电解黑酸硫化脱砷反应进行热力学分析,发现H₂S可以实现对高浓度硫酸体系中亚砷酸和砷酸的硫化沉淀。根据理论分析结果进行黑酸硫化脱砷试验,考察了硫化剂用量、反应时间对硫化沉砷效果的影响。结果表明,在室温下,H₂S用量为理论量的0.87倍、反应时间30 min条件下,经硫化沉淀后的黑酸含砷量从6 777.52 mg/L降至10.68 mg/L,黑酸中砷、铜、锑去除率分别为99.84%、99.76%、99.33%,铁镍几乎不沉淀,脱砷渣中砷和硫质量分数分别为43.21%和44.68%,其中硫化砷形态的硫质量分数为42.33%,硫化砷S/As物质的量比为2.29,产物为As₂S₃和As₂S₅等的混合物。热力学分析与试验结果略有出入,但其对试验和实践仍具有一定的指导作用。

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Sc对Al-8.5Zn-2.3Mg-2.4Cu合金组织与性能的影响

成义锐, 孙小涵, 贺永东, 赵亿坤, 杜玉峰, 梁飞龙

矿冶工程. 2024, 44(5): 142-147. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.029

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研究了Sc对Al-8.5Zn-2.3Mg-2.4Cu合金组织与性能的影响。结果表明：Al-Zn-Mg-Cu铸态合金中添加Sc后,合金晶粒尺寸明显减小；Sc含量(质量分数)由0增加至0.4%时,合金晶粒尺寸由107.7 μm减小至49.96 μm,硬度由116.8HV增加至130.2HV。经大变形量热轧处理后进行470 ℃×1 h固溶处理发现,相较未添加Sc的合金,含Sc合金位错密度增大；添加0.4%Sc的合金再结晶率由92.4%降低至45.7%,合金的再结晶行为受到抑制。经120 ℃×24 h时效处理后,添加0.4%Sc的Al-Zn-Mg-Cu合金中观察到大量弥散分布的圆球状Al₃Sc粒子和短棒状η′(MgZn₂)粒子,通过绘制与α(Al)共格或半共格的Al₃Sc-MgZn₂晶体结构模型,可推测出Al₃Sc粒子为η′(MgZn₂)相提供异质形核位点,促进其形核,对合金时效析出强化有促进作用。

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高速激光熔覆FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层组织及耐磨性研究

王海威, 肖文波

矿冶工程. 2024, 44(5): 148-152. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.030

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采用高速激光熔覆技术在201不锈钢表面制备了FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层,研究了FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层显微组织、相分布、显微硬度及干滑动磨损性能。结果表明,FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层由单一的FCC固溶体组成,熔覆层未产生明显裂纹等缺陷,并与基体形成了良好的冶金结合。FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层的显微硬度(439±2.1)HV,约为201不锈钢基体显微硬度的2倍。涂层的强化机制主要为细晶强化和固溶强化。高速激光熔覆技术制备的FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层具有良好的耐磨性,平均摩擦因数为0.246,比磨损率2.59×10^-6 mm³/(N·m),磨损机理为黏着磨损和磨粒磨损,其耐磨性明显优于201不锈钢基体。采用高速激光熔覆技术制备的FeCoCrNiMn高熵合金熔覆层可显著提升机床部件的表面硬度、耐磨损性能和服役寿命。

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水溅冷却对铝合金搅拌摩擦焊接头组织、织构及力学性能的影响

罗章, 孙有平, 何江美, 吴光庆, 刘鑫雨

矿冶工程. 2024, 44(5): 153-158. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.031

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采用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等手段研究了水溅冷却辅助搅拌摩擦焊(WCaFSW)对铝合金焊接接头组织、织构和力学性能的影响。结果表明：与正常的搅拌摩擦焊(FSW)相比,WCaFSW能够显著降低焊核区的晶粒尺寸,促进焊核区各区域晶粒尺寸的均匀性,提高大角度晶界占比；FSW接头焊核区织构类型为A和B剪切织构,而WCaFSW接头焊核区织构类型为B/B和C剪切织构。WCaFSW接头抗拉强度高于FSW接头,但延伸率低于FSW接头。WCaFSW和FSW接头的断裂形式均为韧性断裂。

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冷轧汽车中锰钢的逆相变退火与组织性能研究

张丽凤, 王社则, 田博彤

矿冶工程. 2024, 44(5): 159-162. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.032

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为提高汽车中锰钢的强塑积,对冷轧态中锰钢进行了不同温度(650~680 ℃)和不同时间(10~50 min)的逆相变退火处理,研究了退火温度和退火时间对中锰钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,原始冷轧态中锰钢板的组织由铁素体(F)+马氏体(M)组成,微观结构中可见弥散分布的尺寸20~45 nm的碳化物。退火温度从650 ℃升至680 ℃,中锰钢屈服强度、断后伸长率、强塑积和残余奥氏体体积分数均先增大后减小,而抗拉强度一直增大。退火时间从10 min增至50 min,中锰钢屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、强塑积和残余奥氏体体积分数均先增大后减小。冷轧中锰钢适宜的退火制度为：退火温度660 ℃、退火时间30 min,此时中锰钢组织为F+M+奥氏体(γ),奥氏体体积分数24.12%,超细晶铁素体平均晶粒尺寸0.29 μm,板条马氏体平均宽度0.27 μm,强塑积23.33 GPa·%。

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稀土金属制备用石墨阳极特性分析

贾宝玲, 徐仰涛, 朱珍旭, 孙伟, 高鹏, 李贝, 李宗成

矿冶工程. 2024, 44(5): 163-167. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.033

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为探究影响稀土金属制备用石墨阳极使用寿命的主要因素,采用数码显微镜、光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、同步热分析仪、四探针测试仪对不同使用寿命石墨阳极的宏观和微观形貌、晶体结构、石墨化度、热学性能、电阻率进行了比较和综合评估。结果表明,石墨阳极电阻率、内部裂纹及孔隙度是造成石墨阳极使用寿命差异的主要因素。研究结果可为稀土金属制备用石墨阳极的筛选提供参考,为企业降本增效提供技术支持。

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废旧锂离子电池负极衍生膨胀石墨负载双金属硫化物负极材料

邓成情, 陈慧, 刘文涛, 雷艾莹, 赖飞燕, 张晓辉

矿冶工程. 2024, 44(5): 168-173. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.034

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利用废旧锂离子电池负极石墨衍生的膨胀石墨为支撑导电基体,采用水热法负载锡/钴双金属硫化物,合成SnCoS₄@EG纳米复合材料。石墨衍生的膨胀石墨EG呈现交联多孔的三维网格,复合材料中SnCoS₄纳米晶体均匀分散于膨胀石墨中,这种复合结构提升了电极材料的导电性和金属硫化物的稳定性,增加了活性位点与电解液的接触面积,提高了Li⁺在电极/电解液界面的交换速率。SnCoS₄@EG电极在1.0 A/g电流密度下,经过500次循环后,可逆比容量为1195.90 mAh/g,表现出优异的长循环耐久性。

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水平连铸-连续挤压-拉拔Al-0.65Mg-0.58Si-0.17Fe合金微观组织与性能研究

张瀚, 成祥茂, 陈诚, 蓝淑财, 王锐, 范亚洲, 张永甲, 党朋

矿冶工程. 2024, 44(5): 174-178. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.035

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通过水平连铸-连续挤压-拉拔工艺制备了高强度高电导率Al-0.65Mg-0.58Si-0.17Fe合金线材,研究了加工工艺及热处理对合金微观组织、力学性能和电导率的影响。结果表明,水平连铸-连续挤压工艺提高了合金过饱和固溶度并显著细化了晶粒组织,拉拔过程引入的高密度位错改变了合金时效热处理过程中Mg₂Si相的析出行为, Al-0.65Mg-0.58Si-0.17Fe合金经水平连铸-连续挤压-拉拨,在155 ℃下时效3 h,其拉伸强度和延伸率分别为335 MPa和6.9%,电导率55.7%IACS。

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表面纳米化对低碳钢耐腐蚀性能的影响及机制

魏江鹏

矿冶工程. 2024, 44(5): 179-184. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-6099.2024.05.036

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采用表面机械研磨(SMAT)处理低碳钢材料,实现表面纳米化,探讨了表面纳米化对低碳钢耐腐蚀性的影响。结果表明,表面纳米化作用下,碳含量较低的低碳钢材料表面塑性变形较强烈,表面X射线衍射峰宽化较明显；对不同碳含量低碳钢进行表面纳米化处理,碳含量越低,处理后表面粗糙度越大、耐腐蚀性能越差。

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2024年, 第44卷, 第5期　
刊出日期：2024-10-25

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