2019年, 第29卷, 第4期　刊出日期：2019-04-25

  

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Materials Science and Engineering
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  航空航天用脉冲激光焊接5052-H32铝合金薄板的外观、显微组织和力学性能

  T.E.ABIOYE,H.ZUHAILAWATI,S.AIZAD,A.S.ANASYIDA

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 667-679.

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  制备0.6 mm厚的AA5052-H32铝合金薄板，研究符合航空航天工业AWS D17.1规范的脉冲激光焊接工艺的最佳参数，如激光脉冲电流、脉冲频率和脉冲持续时间。研究焊缝的显微组织和力学性能，确定参数与焊缝几何形状的关系。在高脉冲能量(25 J)、高平均峰值功率(4.2 kW)和低脉冲能量(17.6 J)、低平均峰值功率(2.8 kW)两种条件下可获得满足AWS D17.1要求的无凝固裂纹的优质焊缝。在较低热量输入下形成的焊缝具有更细小的 枝晶结构，且焊缝中Mg的蒸发和硬质相化合物(Al_0.5Fe₃Si_0.5)的形成减少。因此，与在较高热量输入下形成的焊件相比，在较低热量输入下形成的焊件的抗拉强度(168 MPa)提高1.15倍，但其接头处的硬度(111 HV_0.1)下降约29%。总之，为了获得满足AWS D17.1要求的0.6 mm厚AA5052-H32脉冲激光焊接接头，选择合适的参数至关重要。
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  爆炸焊接Al-Fe啮合界面的微观结构和力学性能

  杨明,马宏昊,沈兆武,陈代果,邓永兴

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 680-691.

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  为了提高Al-Fe爆炸焊接界面的力学性能，通过在基板上预制燕尾槽的方法获得啮合型结合界面，并系统研究啮合界面的微观结构和力学性能。微观结构观察表明，啮合界面实现了没有孔洞的冶金结合, 结合方式为直接结合和熔化区结合。拉伸样品断面表明，在界面附近钢侧为解理断裂而铝侧为延性断裂。拉剪测试结果表明，相比于普通的铝钢爆炸焊接界面，0°和90° 啮合界面的剪切强度分别提高11%和14%。随着离界面距离的增加，界面两侧金属显微硬度值逐渐下降。由于存在脆性Fe-Al化合物，在三点弯曲试验中界面出现裂缝。
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  铝/钢电弧辅助激光熔钎焊接残余应力及焊接变形

  李春玲,樊 丁,于晓全,黄健康

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 692-700.

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  采用热-弹-塑性有限元法对铝/钢异种金属钨极惰性气体保护(TIG)焊辅助激光对接熔钎焊接(A-LWB)过程进行数值模拟，考虑材料非线性、几何非线性和加工硬化的影响，与单激光焊接(SLWB)过程中温度场、残余应力和焊后变形进行对比。结果表明：数值计算得到的热循环、残余应力和焊接变形与测量结果吻合较好，验证有限元计算方法的有效性。与SLWB相比，A-LWB使得焊缝横向上的高温分布范围变宽，降低焊缝处产生的横向拉应力，缩小焊缝处纵向拉应力的分布范围，在一定程度上减小焊后变形。
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  析出相演变对2060-T8铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀行为的影响

  孟强,刘杨,康举,付瑞东,郭晓颜,李艺君

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 701-709.

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  采用搅拌摩擦焊对2060-T8铝合金板材进行焊接，研究析出相演变对接头显微组织和腐蚀行为的影响。在采用扫描电镜和透射电镜表征2060-T8铝合金搅拌摩擦焊接头上表面析出相演变行为的基础上，通过电化学试验和交变盐雾腐蚀试验研究接头各区域的腐蚀行为。研究表明，腐蚀行为与各区析出相的特性密切相关，由于θ′(Al₂Cu)相、T₁(Al₂CuLi)相和δ′(Al₃Li)相的回溶，以及晶界相和无沉淀析出带的出现，轴肩影响区是腐蚀最敏感的区域；因为不存在晶界析出相，相比轴肩影响区，热机械影响区的抗腐蚀性能略有提高；热影响区和母材的抗腐蚀性能最好。
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  复合铸造A390/SiC复合材料的显微组织、力学和摩擦学性能

  Javad MOHAMADIGANGARAJ, Salman NOUROUZI, Hamed JAMSHIDI AVAL

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 710-721.

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  采用复合铸造法制备10 wt.% SiC增强的A390铝合金复合材料。研究复合铸造的温度、时间和搅拌速度对复合材料显微组织、力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明，当转速从450提高到550 r/min时，碳化硅颗粒的分布更加均匀。由于气体的吸收，材料的孔隙率突然增大，导致随着搅拌速度从550增加到650 r/min时，伸长率下降。此外，随着搅拌时间的增加，原始硅颗粒团聚体的数量减少，显微组织中碳化硅和硅颗粒分布更加均匀。虽然复合铸造试样的断裂模式是脆性断裂和韧性断裂的复合，但其主要断裂机理是韧性断裂。与低温磨损试验相比，在高温下材料摩擦表面形成的保护层可导致极低的磨损率。得到最佳的颗粒均匀性和力学性能的工艺参数为：610 °C、550 r/min和20 min。
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  Zn添加对铸造Mg-Gd-Y-Zr合金组织和力学性能的影响

  丁志兵,赵宇宏,鲁若鹏,原梅妮,王志军,李会军,侯华

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 722-734.

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  研究Zn添加对Mg-10Gd-3Y-0.6Zr(wt.%)合金在铸态、固溶态和峰时效态下显微组织和力学性能的影响。实验结果表明，不含Zn的铸态合金由α-Mg和Mg₂₄(Gd,Y)₅相组成，而含0.5 wt.% Zn的铸态合金由α-Mg、(Mg,Zn)₃(Gd,Y)和Mg₂₄(Gd,Y,Zn)₅相组成。随着Zn含量增加到1 wt.%，Mg₂₄(Gd,Y,Zn)₅相消失，一些针状堆垛层错沿晶界分布。此外，在含2 wt.% Zn的铸态合金中观察到18R型长周期结构相。固溶处理后，Mg₂₄(Gd,Y)₅和Mg₂₄(Gd,Y,Zn)₅共晶相完全溶解，(Mg,Zn)₃(Gd,Y)相、针状堆垛层错和18R型长周期结构相均转化为14H型长周期结构相。适当体积分数的14H型长周期结构相和细小的椭球状β′相共同赋予峰时效态下含0.5 wt.% Zn合金优良的综合力学性能，该合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为338 MPa、201 MPa和6.8%。
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  脉冲电流对AZ31B镁合金板材退火过程的影响

  刘凯,董湘怀,石文

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 735-740.

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  通过脉冲电流和热处理炉对AZ31B镁合金板材进行退火处理，并分析脉冲电流对合金显微组织及位错密度演化的影响。结果表明：脉冲电流能增强晶界的迁移，使孪生晶粒球化成等轴晶，从而切割原始粗大晶粒并细化显微组织。该过程能使原始显微组织更加均匀，并消除典型的层片状孪晶。此外，脉冲电流还能增强位错的湮灭。当材料在300 °C下脉冲电流辅助退火4 min后，其位错密度甚至低于在400 °C的热处理炉中退火3 h且未发生塑性变形的组织。不仅如此，脉冲电流对位错湮灭的促进作用随峰值电流密度的增强及脉冲频率的降低而增强。
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  镁合金挤压成形过程中的成形载荷分析

  ？nder AYER

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 741-753.

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  采用数值模拟方法研究挤压成形过程中工艺参数对AZ31镁合金挤压载荷的影响，选取挤压温度、挤出比、摩擦因数和冲压速度作为主要参数。采用有限元法(FEM)和人工神经网络(ANN)方法对试验结果进行分析，建立可预测成形载荷的数值模型。将实验结果和数值分析结果进行比较，结果表明，对于所有给定的挤压比和冲压速度，在较低的挤压温度下，摩擦因数对挤压载荷的影响最大。此外，当挤压比较高时，需要较高的加工温度以便获得较低的挤压载荷。结果还表明，在所有的挤压比和挤压温度下，提高挤压速度会导致成形载荷显著增加。
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  真空钎焊TiAl基合金用Ti-Zr-Cu-Ni-Co-Mo钎料的钎焊性能

  李力,李小强,胡可,何柏林,满华

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 754-763.

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  采用非晶和晶态Ti-25Zr-12.5Cu-12.5Ni-3.0Co-2.0Mo(质量分数，%)钎料对Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.15B(摩尔分数，%)合金进行真空钎焊连接，对两种钎料的熔化行为、润湿铺展性、填缝隙能力以及由钎焊TiAl基合金所得的钎焊接头进行详细的研究。结果表明：与晶态钎料相比，非晶钎料具有更窄的熔化温度区间、更低的液相线温度和熔化激活能；同时，非晶钎料在Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.15B合金表面上具有更优异的钎焊性。非晶和晶态两种钎料的钎焊接头均由两侧的界面反应层和中心钎焊层组成，非晶钎料钎焊接头的抗拉强度均高于相同钎焊工艺参数下的晶态钎料钎焊接头的抗拉强度，且在钎焊温度1273 K下获得的钎焊接头的抗拉强度达到最大值254 MPa。
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  Cu-Ag合金高温压缩本构模型的修正和失稳行为

  王梦寒,杨永超, 涂顺利,危 康

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 764-774.

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  基于热物理实验研究Cu-6wt.%Ag合金在温度为973~1123 K、应变速率为0.01~10 s^-1条件下的热变形行为。研究发现，当真应变较小时，应力随应变的增加迅速增加直至达到最大值，随后在加工硬化、动态回复和再结晶的共同作用下应力变化缓慢并趋于稳定；常规Arrhenius本构模型中材料参数在不同变形条件下仅与应变相关，预测误差较大，无法准确表征材料的热流变行为。为了准确描述合金的热变形行为，本文作者建立考虑变形温度、应变速率和应变三者协同影响的修正本构模型。结果表明，修正模型的相关系数和平均相对误差分别为0.993和4.2%，能较准确地描述Cu-6wt.%Ag合金的热变形行为。
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  基于晶体塑性有限元法预测NiTi形状记忆合金的晶粒尺度塑性

  胡励,江树勇,时来鑫,张艳秋

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 775-784.

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  通过二维晶体塑性有限元模拟和相应取向数据分析，研究NiTi形状记忆合金400℃单向压缩变形过程中的晶粒尺度塑性。模拟得到的NiTi形状记忆合金变形试样的应力和应变分布表明，在晶粒尺度上存在各向异性的塑性变形。进一步利用统计存储位错密度和几何必需位错密度研究合金在单轴压缩过程中的显微组织演化。结果表明，统计存储位错用于承载塑性变形，因此其密度值随着塑性应变的增大而增大。几何必需位错在协调晶粒间变形方面起到重要作用，并且与相邻晶粒间的取向差存在关联，即在晶粒间取向差大的位置存在高的几何必需位错密度，而在晶粒间取向差小的位置出现低的几何必需位错密度。
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  快淬Al₇₀Pd₁₇Fe₁₃准晶脱合金化制备纳米多孔钯及其电催化活性

  刘歆翌,王英敏,羌建兵,王宝林,马殿国,张 伟,董 闯

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 785-790.

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  研究快淬Al₇₀Pd₁₇Fe₁₃准晶在稀NaCl溶液中通过电化学脱合金化制备钠米多孔钯的过程，采用循环伏安法探讨纳米多孔钯在1 mol/L KOH溶液中对甲醇的电催化活性。XRD和TEM分析表明，准晶晶粒在脱合金化初期发生纳米分解，当脱合金化完成后转变成纳米FCC-Pd。SEM观察表明，脱合金化样品中形成迷宫状的纳米多孔结构，孔径为5~20 nm，纳米钯孔壁的晶体学取向无序，尺寸均匀，厚度约为5 nm。EDS测试结果表明，纳米钯孔壁中残留约12 at.% Al。该纳米多孔钯在碱性环境中对甲醇显示明显的电催化活性。
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  Ba_0.85Ca_0.15Zr_0.1Ti_0.88Sn_0.02O₃-水泥复合材料的电热行为

  P. SURESH, P. MATHIYALAGAN, K. S. SRIKANTH

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 791-798.

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  寻找用于土木工程结构的多功能材料的努力引起全球研究人员的兴趣。在不同Ba_0.85Ca_0.15Zr_0.1- Ti_0.88Sn_0.02O₃(BCZT-Sn)与水泥配比条件下，制备适合于电热应用的水泥基BCZT-Sn复合材料。水泥基复合材料的磁滞回线表现出一定的饱和特征，纯BCZT-Sn样品的磁滞回线则由于其铁电性质而饱和。此外，首次探索这种复合材料在固态制冷技术中的应用，即其电热效应(ECE)。在0~29 kV/cm的电场作用下，纯BCZT-Sn、含10%水泥及15%水泥的复合材料的热力学温度变化分别为0.71、0.64和0.50 K，等温熵变分别为0.86、0.80和0.65 J/(kg？K)。水泥基复合材料的热力学温度变化与BCZT-Sn铁电陶瓷的相当。此外，具有不同陶瓷含量的复合材料的室温介电常数(e_r)数随着复合材料中BCZT-Sn含量的增加而增大。由于其优异的性能，这种水泥基BCZT-Sn复合材料有望用于固态制冷技术中。
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  静态阴极电弧蒸发制备的CrN涂层的结构和性能

  B.WARCHOLINSKI,A.GILEWICZ,A.S.KUPRIN,I.V.KOLODIY

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 799-810.

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  采用静态阴极电弧蒸发法，在基体面向等离子体源的正表面和其背面沉积CrN涂层。研究氮气压力对涂层的结构、相组成、力学性能和摩擦学性能的影响。分别用扫描电镜、接触轮廓仪和X射线衍射仪对涂层的形貌和结构进行表征，采用纳米压痕法对其力学性能进行研究，并采用球盘式摩擦计对涂层的摩擦磨损性能进行研究。结果表明，涂层沉积过程中氮气压力的增加将导致相变的发生，其顺序为Cr₂N → Cr₂N + CrN → CrN。与沉积在基体背面的涂层相比，沉积在基体正面的涂层的粗糙度更高，这主要是正面涂层中大颗粒的数量较多造成的。基体正面涂层的硬度和弹性模量也较高。研究还发现，涂层的附着力与磨损率呈反比关系。
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  铈掺杂ZnS纳米棒中相变对室温铁磁性的影响

  Nachimuthu SUGANTHI, Kuppusamy PUSHPANATHAN

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 811-820.

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  研究铈掺杂对化学共沉淀法合成的ZnS:Ce纳米棒的结构、光学性能、氧化性能、热性能和磁性能的影响。结果显示，铈掺杂后，ZnS晶体结构由立方结构转变为六方结构。磁性能检测结果表明，掺铈ZnS纳米棒具有室温铁磁性。X射线光电子能谱(XPS)结果证明其近表面区域存在Zn—S键和氧化态的铈。拉曼光谱结果表明，掺5 wt.% Ce的ZnS纳米棒为六方结构，且存在缺陷。利用透射电镜(TEM)研究铈取代诱导的形状演变。DRS光谱进一步证实了Ce³⁺离子的掺入。本研究揭示铈掺杂的ZnS纳米棒可能在自旋电子器件方面有应用前景。
Mining, Minerals Processing and Metallurgical Engineering
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  基于Box-Behnken设计优化铝土矿选矿回水处理工艺参数

  霍强,刘晰,陈黎军,吴永宏,武海艳,谢建平,刘新星,邱冠周,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 821-830.

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  随着铝土矿浮选回水循环时间的增加，铝土矿浮选指标逐渐降低，而浮选回水的外排会带来一定的环境风险。采用Fenton氧化、吸附、混凝等方法处理浮选回水，测定处理后浮选回水的浮选指标，并采用Box-Behnken设计(BBD)对主要试验参数进行优化。结果表明，聚合氯化铝铁对混凝处理后的浮选指标有明显的改善作用。BBD预测的最佳参数值为pH 7.55、聚合氯化铝铁用量1.09 g/L、温度25 °C。在预测的最佳工艺参数下，精矿氧化铝回收率82.83%、尾矿铝硅比为 1.30，结果与预测值的偏差均小于3%，这表明BBD适用于选矿回水处理中关键参数的优化预测。
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  回收CRT锥玻璃部分替代高密度磁铁矿砂在防辐射混凝土中应用的可行性

  刘华良,石建军,屈慧琼,丁德馨,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 831-839.

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  将回收的阴极射线管(CRT)锥玻璃作为辐射屏蔽混凝土中磁铁矿砂的替代材料，其质量替代率分别为0、20%、40%和60%。研究此防辐射混凝土的流动性、表观密度和力学性能，同时采用实验、理论计算和蒙特卡洛粒子(MCNP)模拟程序等方法研究混凝土γ射线的线性衰减系数(μ)，质量衰减系数(μ_m)、半值层厚度(h_HVL)和十分之一层厚度(h_TVL)等辐射屏蔽参数。实验结果表明，混凝土的流动性显著提高，而表观密度、抗压强度和静弹性模量均略微下降。在相同的γ射线光子能量条件下，μ_m、μ、h_HVL和h_TVL等参数的计算、模拟和实验结果吻合较好，这表明用MCNP代码模拟材料的γ射线辐射屏蔽参数是可行的。计算结果表明，用CRT锥玻璃部分代替磁铁矿砂制作的混凝土可以在广泛的γ射线光子能量范围内有效地提高μ_m值，与对照混凝土(M-1)相比，这种混凝土具有几乎相同的辐射屏蔽性能。对流动性能、力学性能和γ射线辐射屏蔽性能的综合比较发现，锥玻璃细骨料替代率为20%-40%的混凝土具有良好的性能。
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  粉状含铼低品位钼精矿焙烧过程中ReS₂和MoS₂的氧化行为

  范晓慧,邓 琼,甘 敏,陈许玲

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 840-848.

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  钼精矿氧化焙烧工艺在工业应用中具有显著的优势。然而，低品位钼精矿因其比标准钼精矿复杂得多而在应用过程中存在许多问题。通过热力学计算、焙烧实验、热重分析和物相分析等，研究粉状含铼低品位钼精矿的氧化行为。结果表明，MoS₂从450 °C氧化，当温度达到600 °C时，MoO₃与金属氧化物反应并形成钼酸盐。最终，由于不可溶的钼酸盐生成，约80%的MoO₃溶解氨水中。由于Re₂O₇、MoS₂和SO₂之间互相反应生成低价铼氧化物ReO₂和ReO₃，铼的挥发速度远落后于钼的氧化速度。当MoS₂氧化完全后，铼的挥发加强，最终铼挥发率接近70%。查明了低品位钼精矿在焙烧过程中钼、铼氧化效率低的主要原因，为后续强化钼、铼的提取奠定了基础。
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  等离子体诱变菌浸出及石煤的空白焙烧相结合提高石煤中钒浸出效果

  董颖博,刘悦,林海,刘陈静

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 849-858.

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  为了提高石煤中钒的浸出效率，采用空白焙烧及微生物浸出相结合的方法，以胶质芽孢杆菌为原始菌，采用等离子体技术对其进行诱变处理。结果表明，培养2天后，照射时间为50 s时所得诱变菌B. mucilaginosus BM-50代谢产生的总有机酸含量较原始菌株提高近1倍。含钒石煤浸出20天时，诱变菌B. mucilaginosus BM-50的钒浸出率达到18.2%，相比原始菌的钒浸出率(15.3%)有所提高。空白焙烧预处理可以进一步提高钒浸出效率，浸出20天时，诱变菌B. mucilaginosus BM-50的钒浸出率为68.3%，较未预处理的诱变菌浸出体系的钒浸出率大大提高。研究表明，采用等离子体诱变菌浸出与空白焙烧相结合的方法具有提高低品位石煤钒回收率的巨大潜力。
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  盐酸-磷酸分解钼酸钙的动力学

  张文娟,王成彦,马保中

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 859-867.

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  钼酸钙是钼的一次资源，也是钼湿法和火法冶金过程中重要的中间产物。采用盐酸-磷酸混酸浸出钼酸钙以提取钼，为了了解浸出过程的机理，通过对浸出过程5个主要影响因素的研究，进行浸出过程动力学分析。结果表明：钼酸钙在该体系中的分解速率不受搅拌速度的影响，而受盐酸浓度、温度和粒径的影响比较显著；随着盐酸浓度增加和反应温度上升，浸出速率增加；随着粒径增大，反应速率降低。钼酸钙在该体系中的反应受收缩核模型的化学反应控制，所得反应的表观活化能为70.879 kJ/mol，并建立描述反应过程的半经验动力学方程。
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  粉煤灰中莫来石及刚玉高碱溶液分解动力学

  刘春力,马淑花,丁健,罗扬,郑诗礼,张懿

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 868-875.

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  对粉煤灰中莫来石和刚玉在高碱溶液分解动力学进行研究。考察反应温度和反应时间对莫来石和刚玉分解率及氧化铝回收效率的影响。结果表明，升高反应温度及延长反应时间有利于莫来石、刚玉分解和氧化铝回收，且莫来石的分解温度低于刚玉的分解温度。当在220 °C条件下反应90 min后，1 L循环碱液可回收多于100 g氧化铝。莫来石和刚玉的分解过程符合收缩核模型，且反应速率受化学反应控制，二者的反应活化能分别为67.46和161.82 kJ/mol。
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  具有高浸出稳定性臭葱石的合成、原位包覆及表征

  柯平超,刘志宏

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(4): 876-892.

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  为了提高臭葱石的稳定性，本文作者提出一种合成并原位包覆臭葱石的方法。在Fe(II)-As(V)-H₂O体系、90 °C和pH 1.5的条件下持续通入氧气合成多面体状和山梅状臭葱石颗粒。当初始Fe(II)/As(V)摩尔比超过1:1 时，在合成过程中，一种含硫酸根的铁的氧化物或氢氧化物包覆层包覆在臭葱石颗粒表面。 为了检测这些合成样品的浸出稳定性，用TCLP毒性浸出方法对样品在pH 4.93进行60 h的浸出实验。此外，用多种不同pH 5.40~10.88浸出溶液对样品进行30~40 d的浸出实验。浸出结果表明，该包覆层能有效延缓臭葱石中砷的释放；TCLP 结果显示，其被包覆后砷的浸出浓度低至0.12 mg/L，长周期浸出实验显示砷的浸出浓度低于0.5 mg/L。