2019年, 第29卷, 第10期　刊出日期：2019-10-25

  

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Materials Science and Engineering
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  不同铸造工艺制备A356-CNT纳米复合材料的摩擦学行为

  BenyaminABBASIPOUR,BehzadNIROUMAND,SayedMahmoudMONIRVAGHEFI,MohammadABEDI

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 1993-2004.

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  研究液态成形和半固态成形法制备的A356铝合金整体铸件和A356-CNT纳米复合铸造件的摩擦学行为。采用熔体搅拌、流变铸造、搅拌铸造、复合铸造等不同工艺制备样品。研究碳纳米管(CNTs)的加入、铸造工艺和施加载荷对磨损性能和磨损机理的影响。结果表明，添加碳纳米管显著降低了纳米复合材料的磨损量、磨损率和摩擦因数。铸造工艺由液态成形变为半固态成形，和初相含量的增加是提高合金尤其是纳米复合合金样品耐磨性能的两个主要因素。此外，研究还发现液态成形和半固态成形两种方法制备的整体铸件其主要磨损机理分别是粘着磨损和剥层磨损。然而，无论制备工艺如何，磨粒磨损是纳米复合材料的主要磨损机理。
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  搅拌摩擦加工制备石墨烯和碳纳米管增强Al6061-SiC复合材料的显微组织演变及表面性能

  Abhishek SHARMA, Vyas Mani SHARMA, Jinu PAUL

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2005-2026.

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  对比研究多壁碳纳米管(CNT)和石墨烯纳米片(GNP)对Al-SiC基复合材料表面性能的影响，用搅拌摩擦法分别制备Al-SiC-CNT和Al-SiC-GNP复合材料。显微组织表征表明，与CNTs相比，GNPs在铝基体中的分散更加均匀。此外，还观察到SiC和GNP颗粒对位错的阻碍以及基体与增强材料之间的无缺陷界面。纳米压痕结果表明，与Al6061合金相比，Al-SiC-GNP和Al-SiC-CNT复合材料的表面纳米硬度分别显著提高约207% 和27%，显微硬度分别提高了约36% 和17%。摩擦学分析表明，Al-SiC-GNP复合材料的比磨损率降低约56%，而Al-SiC-CNT复合材料的比磨损率提高约122%。Al-SiC-GNP 复合材料的高强度是由于在SiC存在下，GNPs会机械剥离成几层石墨烯(FLG)。此外，热失配、晶粒细化和Orowan循环等多种机制对复合材料的增强也有重要作用。而摩擦性能提升的主要原因是其表面挤出的GNP形成摩擦层，拉曼光谱和其他表征方法证实这一结果。
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  BP/7A04铝基复合材料的显微组织和力学性能

  范才河,欧玲,胡泽艺,阳建君,陈刚,严红革

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2027-2034.

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  采用金相显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析玄武岩颗粒增强7A04 铝基复合材料的显微组织和界面结构，对比研究7A04铝合金和BP/7A04铝基复合材料的力学性能。研究结果表明：玄武岩颗粒在铝基体中弥散分布，并与铝基体形成强力结合界面，玄武岩颗粒边缘的SiO₂不断被反应生成的Al₂O₃取代，形成一层几十纳米厚度的高温反应层，反应生成的Al₂O₃强化了玄武岩颗粒与铝基体的结合界面；弥散分布的玄武岩颗粒可促进基体中位错增殖、空位形成和析出相的析出，析出相主要以板状的η (MgZn₂)相和亮白色条状或椭球状的T (Al₂Mg₃Zn₃)相为主，结合界面、高位错密度及弥散分布的强化相显著提高复合材料的力学性能，BP/7A04铝基复合材料的屈服强度和极限拉伸强度分别达到665和699 MPa，与未添加玄武岩颗粒的7A04铝合金相比分别提高11.4%和10.9%。
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  焊后热处理对6061-T6铝合金焊接接头组织和力学性能的影响

  易杰,王冠,李世康,刘志文,龚艳丽

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2035-2046.

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  通过扫描电镜和透射电镜研究焊后热处理时间和温度对6061铝合金双脉冲MIG焊接接头显微组织的影响。采用硬度测试和拉伸实验研究热处理时间和温度对6061铝合金双脉冲MIG焊接接头力学性能的影响。结果显示，时效时间和温度对显微硬度的影响较大。增加时效温度有助于缩短峰值时效时间。未时效状态下，焊接接头内部存在许多位错和少量析出相组织。随着时效温度和时间的增加，接头处位错密度逐渐降低，同时，沉淀相逐渐析出并长大。当时效温度增加至200 °C时，焊接接头处析出较大的Q''''相，此时焊合接头的硬度达到最大。
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  Mg-7Gd-3Y-1Nd-1Zn-0.5Zr合金在240 °C等温时效过程中析出相的演化

  刘伟,杜志伟,李婷,张奎,韩小磊,彭永刚,张婧,袁家伟,刘淑凤,庞铮,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2047-2055.

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  采用TEM和HAADF-STEM技术，研究Mg-7Gd-3Y-1Nd-1Zn-0.5Zr合金在240 °C等温时效过程中析出相的形态与晶体学特征。经2 h欠时效，析出相为稀土原子柱呈六角环状结构的有序溶质团簇、之字形GP区和早期形成的β''''相。经18 h峰时效，析出相主要为β''''相和与其伴生的一种新型棒状相β''''_p。经100 h过时效，析出相为β''''相、β₁相、长程堆垛有序(LPSO)构建块γ′相和14H-LPSO。β''''相三维形貌呈凸透镜状，沿á0001？_α方向观察，其长宽比小于EW75合金中β''''相的长宽比。该合金优异的热稳定性归功于γ′和14H-LPSO阻碍β''''和β₁的生长、稀土原子低的扩散速率以及β''''和β₁相的物理特性。
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  Ca对铸态AZ61镁合金显微组织和压入蠕变行为的影响

  B. NAMI, S. M. MIRESMAEILI, F. JAMSHIDI, I. KHOUBROU

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2056-2065.

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  研究含1%和3%(质量分数)Ca的AZ61镁合金的显微组织和蠕变性能。用压痕法研究在423~491 K、200~500 MPa应力作用下的蠕变性能。AZ61合金的显微组织包含α(Mg)基体相和Mg₁₇Al₁₂金属间化合物相。结果表明，在AZ61合金中加入Ca可通过形成(Mg,Al)₂Ca相从而减少Mg₁₇Al₁₂相含量，当Ca 含量达到3%时，形成(Mg,Al)₂Ca相，Mg₁₇Al₁₂相消失。Ca的加入可以改善AZ61合金的蠕变性能，这是由于Mg₁₇Al₁₂相减少而形成的(Mg,Al)₂Ca相具有高的热稳定性。根据蠕变数据可以推断，管扩散-攀移控制的位错蠕变是主要的蠕变机制，Ca添加对此机制没有影响。预变形对AZ61+3%Ca合金蠕变性能的影响表明，合金的抗蠕变性能取决于 (Mg,Al)₂Ca相的连续性，该相的连续性越低，合金的抗蠕变性能就越差。
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  镁合金微弧氧化陶瓷层表面超疏水Mg-Al层状双金属氢氧化物涂层的耐蚀性

  王志虎,张菊梅,李妍,白力静,张国君

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2066-2077.

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  为进一步提高镁合金微弧氧化多孔陶瓷层的耐蚀性，采用原位水热法及硬脂酸表面改性方法，在陶瓷层表面制备超疏水镁铝层状双金属氢氧化物(Mg-Al LDH)涂层。采用X射线衍射议、扫描电子显微镜及能谱仪研究涂层的结构、形貌及成分，研究水热处理时间对Mg-Al LDH膜形成的影响。结果表明，随着水热处理时间的延长，原位生长的Mg-Al LDH将MAO陶瓷层表面的微孔和微裂纹逐渐闭合。电化学测试结果表明，与MAO陶瓷层和LDH/MAO涂层相比，超疏水LDH/MAO复合涂层具有最低的腐蚀电流密度、最正的腐蚀电位以及最大的阻抗模量；浸泡实验结果证明，具有主动防护性能的超疏水LDH/MAO涂层可以显著提高MAO陶瓷层的长期耐腐蚀性能。
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  Ti6Al4V合金等温压缩时的扩散相变

  K.MUTOMBO,C.SIYASIYA,W.E.STUMPF

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2078-2089.

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  利用CompuTherm Pandat？软件及其自带的Ti 数据库完成对双相Ti合金的热力学计算。对Ti6Al4V (5级)合金进行等温压缩，合金的初始组织为由层片状的(α+β)和β相组成的层片团结构。采用X射线衍射分析、扫描电镜和透射电镜表征材料的显微组织演化和相转变。用吉布斯自由能-温度和相含量-温度关系图预Ti₃Al或α₂ (hcp)相的存在、稳定性和相变温度。等温压缩后，(α+β)相区的特征为α/β片层的重新定向和局部扭曲以及在α/β界面区的开裂。而在α→β相变区，β相和α/β相界发生变形，大量的α相转变为β相，板条状α相发生马氏体相变和球化。在β相区，α相完全转变为β单相。结果表明，变形Ti6Al4V合金中形成Ti₃Al或α₂(hcp)、β(bcc)和α(hcp)相以及密排六方α''''和斜方α''''''''相。变形温度对屈服应力水平、动态回复和动态球化均存在影响。
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  Ti-13Nb-13Zr合金复杂流动行为的人工智能模型及其相关应用

  石泽岩,权国政,安超,邱慧敏,王卫永,张智华

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2090-2098.

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  韧塑性合金的复杂非线性流变行为是成形数值模拟的关键因素。结合遗传算法(GA)和支持向量回归(SVR)，即GA-SVR，准确表征Ti-13Nb-13Zr锻态合金的高度非线性流变行为。GA-SVR模型对训练数据组进行学习，并由检验数据组进行验证。对GA-SVR模型的泛化能力进行评价，无论合金处于β相还是(α+β) 相，相关系数R值均>0.9999，平均绝对相对误差(AARE)则始终<0.18%。求解的GA-SVR模型可以精确描述该合金的高度非线性行为。该模型进而用来扩展合金的应力-应变数据，这些扩展后的数据被输入到有限元模型中以提升数值模拟的精度。
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  基于扩展有限元方法的齿牙疲劳断裂分析

  韦 宇,江 勇

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2099-2108.

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  齿轮传动系统主要失效形式是齿牙疲劳断裂。本文作者基于周期性边界条件建立二维双齿模型。采用扩展有限元法(XFEM)对服役过程齿牙的疲劳行为进行分析，重点研究初始裂纹和载荷因素对齿牙疲劳断裂的影响。结果表明，当最大主应力处萌生取向为0°的裂纹时，齿牙疲劳寿命最短，而靠近齿根的裂纹相对安全。同时，评价疲劳载荷情况必须综合考虑载荷比、载荷幅和平均载荷值。进一步针对材料选材开展模拟研究，为齿轮的设计提供指导。模拟结果表明，材料常数C和抗拉强度是影响齿牙疲劳寿命的最重要参数。
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  Al和Sc元素对FeCoNi多组元合金变形行为的影响

  周睿,李谋,邱敬文,欧阳思慧,潘迪,周承商,刘咏

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2109-2116.

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  研究Al和Sc元素的添加对FeCoNi多组元合金显微组织与力学性能的影响，并讨论强化机制。结果表明，在FeCoNi多组元合金中添加少量的Al元素，合金仍能保持FCC单相结构；随着Al元素含量的增加，多组元合金的屈服强度呈线性提高，其强化机制以固溶强化为主。另外，在(FeCoNi)_1-xAl_x多组元合金中引入Sc元素能够诱导合金内形成新相；添加微量的Sc元素能够有效提高低Al含量(FeCoNi)_1-xAl_x多组元合金的屈服强度，并能改善高Al含量(FeCoNi)_1-xAl_x多组元合金的压缩塑性。
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  热处理和球磨对Ni-Mn-Ga-Nb合金显微组织和相变的影响

  王俊淞,田兵,佟运祥,陈枫,李莉,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2117-2127.

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  为了揭示时效和球磨后Nb掺杂Ni-Mn-Ga合金的相变演化，采用SEM、EDS、XRD、DSC 和交流磁化率测试等技术研究时效和球磨双相Nb掺杂Ni-Mn-Ga合金的显微组织和相变。铸态合金主要由层状第二相组成，随着第二相含量增加，合金的马氏体相变逐渐减弱。1173 K淬火后第二相从层状转变为致密的棒状，且合金的马氏体相变增强。经673 和873 K时效后，含有较少第二相的3% Nb合金表现为一步相变，而含有较多第二相的6% Nb和9% Nb合金表现为两步马氏体相变和居里转变。球磨双相颗粒的马氏体相变和居里转变消失， 1073 K退火后基体的高有序结构得到恢复，从而导致双相颗粒的马氏体相变和居里转变恢复。
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  气流粉碎对超细WC粉体微观应变行为及团粒破碎行为的影响

  孙亚丽,刘清才,黄新,张发兴,杨剑,梅华

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2128-2140.

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  分别采用Williamson-Hall和单轴压缩法研究经气流粉碎和球磨处理后的超细WC粉体的微观应变及其应力-应变关系，并研究WC粉体中团粒破碎行为。以采用不同处理方法得到的WC粉体为原料制备WC-10%Co硬质合金，并对其性能进行分析。结果表明：相较于球磨处理得到WC粉体，经气流粉碎处理得到的WC粉体的微观应变显著降低；由于粉体中团粒的消除和晶格应变的减小，采用气流粉碎的WC粉体制备的硬质合金具备更加优良的综合性能，其抗弯强度达到4260 MPa。
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  高固相含量浆料浸渍结合PIP法制备C/C–ZrB₂–SiC复合材料及其性能

  冉丽萍,饶 菲,彭 可,尹 欢,易茂中

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2141-2150.

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  往C/C复合材料中加入超高温陶瓷，以满足其在高温有氧环境中的应用。采用高固相含量浆料浸渍结合前驱体浸渍裂解工艺制备C/C-ZrB₂-SiC复合材料，研究ZrB₂浆料的分散性和流变行为，以及C/C-ZrB₂-SiC复合材料的显微组织、力学性能和烧蚀性能。结果表明：硼化锆浆料在分散剂聚乙烯胺含量为0.40 wt.%、pH值为5的条件下具有良好的分散性和较低的黏度。陶瓷相均匀地分布在C/C复合材料的网胎层和针刺区； C/C-ZrB₂- SiC复合材料的抗弯强度为309.30 MPa，其在2500 °C氧乙炔火焰烧蚀条件下显示出优异的烧蚀性能，质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.40 mg/s和0.91 μm/s。此外，在烧蚀过程中，复合材料表面形成连续、致密的二氧化锆层，能有效地降低氧气向材料内部的扩散速率，对复合材料形成良好的保护。
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  锌二次电池负极用碳包覆纳米氧化锌材料的凝胶前驱体的碳化制备与性能

  彭 可,张志剑,赵泽军,杨 超,田忠良,赖延清

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2151-2159.

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  针对碱性二次锌电池负极活性物质碳包覆后容量较低的不足，采用一步热处理凝胶前驱体制备锌负极用碳包覆纳米ZnO (nano-ZnO@C)材料，研究其微观结构与电化学性能。结果表明，所获ZnO及nano-ZnO@C具体多孔分层结构，其原始颗粒尺寸约100 nm。相比于商业氧化锌和所制备纯ZnO而言，nano-ZnO@C作为锌负极时具有更高的电化学活性、更低的内阻和更好的循环稳定性，放电比容量可达622 mA·h/g。其主要原因在于碳包覆纳米ZnO材料在维持负极活性物质高利用率的同时，能抑制锌枝晶的生长与电极的致密化。
Mining, Minerals Processing and Metallurgical Engineering
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  海底深部金矿采矿方法优化

  梁伟章,赵国彦,吴浩,陈英

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2160-2169.

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  对海底深部金矿开采方法的优化进行研究。首先，综合考虑技术可行性、安全状况、经济效益和管理复杂性4个方面，建立海底采矿方法优化的指标体系。其次，构建一个同时包含实数和三角模糊数的评价矩阵，对定性及定量信息进行综合表征。然后，提出一种模糊理论与TODIM方法相结合的混合模型。最后，以三山岛金矿为例，对该方法的可行性进行验证，并通过灵敏度分析证实该方法具有较好的鲁棒性。结果表明，所提出的混合TODIM方法能可靠有效地用于海底深部金矿采矿方法的选择，并可为其他类似海底矿山采矿方法优化提供参考。
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  利用生物质从黄铜矿和辉铜矿混合矿中可持续提取铜

  DavidLukumuBAMPOLE,PatriciaLUIS,Antoine.F.MULABA-BAFUBIANDI

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2170-2182.

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  本文阐述提铜工艺的可持续性。实际上，针对混合硫化矿(黄铜矿和辉铜矿)，尝试在33.3 ℃下使用中温混合菌群的提铜工艺和三价铁浸出过程。其中，生物浸出实验是在矿石粒径-75+53 μm范围内完成的。采用细菌作为催化剂，铜收率达65.50%。另一方面，在三价铁浸出过程中，矿石粒径为-53+38 μm，温度升高至70 ℃时，铜收率提高到78.52%。与高温浸出过程相比，中温生物浸出过程在铜的提取中显示出明显的优势。通过SEM-EDS、FTIR和XRD表征，结合各种热力学分析，可以认为间接机理是主要的浸出机理。对于黄铜矿-辉铜矿混合矿而言，浸出机理分为三种过渡产物机理，即多硫化物机理、硫代硫酸盐机理和元素硫机理。铜形态转变为Cu₂S-CuS-Cu₅FeS₄-Cu₂S，最后转变为CuSO₄。在发生亚铁氧化和硫酸铁生成反应的同时，细菌消耗掉硫化矿物，形成强酸，最后在低温下形成CuSO₄，这种铜生产方案要求室温下氧化还原电位高于550 mV，以便有效地提取铜。
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  温度诱导相变对黄铜矿生物浸出的影响

  常可欣,张雁生,张家明,李腾飞,王 军,覃文庆

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2183-2191.

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  研究黄铜矿的相变及其相态对细菌浸出的影响。在高纯氩气的保护下，将天然黄铜矿加热到不同的温度(203、382和552 °C)以完成相变。并将黄铜矿在相变前后进行生物浸出实验。结果表明，在203 °C和382 °C加热的黄铜矿仍处于α相区，而在552 °C下黄铜矿由α相转变为β相，3种不同温度相变后的黄铜矿的浸出率分别为32.9%、40.5%和60.95%。黄铜矿晶格增大、晶格能降低，这是浸出率显著提高的根本原因。电化学实验表明，随着退火温度的升高，极化电阻降低，腐蚀电流密度增加；黄铜矿的氧化率越高，浸出率就越高。
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  温度对复杂氧化铜矿中不同赋存状态铜矿物浸出行为的影响

  王改荣,刘媛媛,佟琳琳,金哲男,陈国宝,杨洪英,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2192-2201.

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  采用XRD、光学显微镜、SEM-EDS等物相分析手段，研究温度对复杂氧化铜矿中不同赋存状态铜矿物浸出行为的影响。结果表明：常温下易浸氧化铜矿物完全被浸出，而结合态铜矿物丝毫未被浸出；微温(40 °C)下主要是类质同象铜的浸出；中温(60 °C)时吸附态铜的浸出速率明显加快；达80 °C时，类质同象铜完全浸出，但仍有11.2%的吸附态铜未被浸出。在整个浸出过程中，长石-石英-铜-铁胶体中的铜未被溶解。不同铜矿物的浸出速率大小如下：孔雀石、假孔雀石>硅孔雀石>含铜绿泥石>含铜白云母>含铜黑云母>含铜褐铁矿>长石-石英-铜-铁胶结体。
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  钙化焙烧-酸浸工艺提取低冰镍中有价金属

  耿淑华,李光石,赵 勇,程红伟,陆 一,鲁雄刚,许 茜

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2202-2212.

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  利用钙化焙烧－酸浸工艺，以CaO为焙烧添加剂从低冰镍中高效提取有价金属。研究焙烧温度、焙烧时间、添加剂CaO、H₂SO₄浓度和浸出液固比对有价金属提取率的影响。研究结果表明：在最佳条件下，Ni、Cu、Co和Fe的提取率分别为 94.2%、98.1%、92.2%和89.3%。在随后的针铁矿法除铁工艺中，99.6%的Fe从浸出液中以针铁矿的形式分离。阐明CaO的焙烧行为与机理，焙烧过程中CaO与Fe₂O₃优先反应，抑制有色金属铁氧体的形成，使得金属氧化物(CuO和Ni_xCu_1-xO)在高温焙烧过程中能保持稳定，最终通过稀硫酸溶液浸出实现有价金属的高效提取。
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  富铅锑含砷烟尘中砷的选择性脱除

  郭学益,张磊,田庆华,于大伟,石靖,易宇,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2213-2221.

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  开展碱性体系选择性脱除富铅锑含砷烟尘中砷的研究，分别考察NaOH浓度、温度、浸出时间、液固比、元素硫对砷、锑、铅溶解的影响。结果表明，砷浸出过程中，元素硫的存在可以有效抑制铅和锑浸出。原料中的Sb₂O₃、As₂O₃和Pb₅(AsO₄)₃OH转化为NaSb(OH)₆和PbS，存在于渣中，砷以砷(III)或砷(V)离子的形式溶于浸出液中。在最优条件下，砷的浸出效率可达99.84%；97.82%锑和99.97%铅留在渣中，浸出渣中砷的含量低于0.1%。提出一种氢氧化钠体系添加元素硫在选择性脱除含砷烟尘中砷后潜在回收铅、锑的新途径。
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  利用氯化胆碱基低共熔溶剂从氧化锌烟尘中选择性回收锌

  朱啸林,徐存英,唐杰,华一新,张启波,刘海,王祥,黄梦婷

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(10): 2222-2228.

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  低共熔溶剂(DESs)具有可调节的配位能力，是一种选择性回收金属的潜在浸出剂。本文作者采用氯化胆碱-尿素-乙二醇(ChCl-urea-EG)低共熔溶剂从氧化锌烟尘中选择性回收锌。当浆液浓度为50 g/L、浸出温度为80 °C、搅拌速度为600 r/min时，锌的浸出率达到85.2%。该浸出过程受扩散控制，其活化能为32.1 kJ/mol。将浸出液直接用于电沉积锌，可得到纯锌镀层，电流效率达到82.6%，且ChCl-urea-EG低共熔溶剂可循环使用。该方法在处理含锌烟尘方面具有广阔的应用前景。