2019年, 第29卷, 第9期　刊出日期：2019-09-25

  

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Materials Science and Engineering
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  铝锂合金厚板中析出相分布及其点蚀行为的厚向不均匀性

  赵 阔,刘建华,于 美,李松梅

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1793-1802.

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  采用扫描电镜、透射电镜和电化学测试技术研究厚度为95 mm 2297铝锂合金轧制厚板析出相分布及点蚀行为的厚向不均匀性。通过对析出相的分布及蚀坑尺寸进行统计分析获得定量信息及相应的关系。轧制厚板不同厚度层中的析出相分布密度和尺寸分数由大到小的顺序为1/4厚度层(QS)>表面层(SS)>1/2厚度层(MS)。经 300 min恒电位极化后，轧制厚板不同厚度层试样的点蚀数量和蚀坑总体积由大到小的顺序为QS>SS>MS，表明厚板含有析出相较多的1/4厚度层具有更高的点蚀敏感性。2297铝锂合金轧制厚板的点蚀行为厚向不均匀性与析出相分布紧密相关。
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  动态再结晶对Al-Mg-Si铝合金分流模挤出型材焊合区组织和力学性能的影响

  李世康,李落星,何洪,刘志文,张龙,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1803-1815.

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  通过实验与数值模拟相结合的方法，研究动态再结晶对6063铝合金多孔分流模挤出型材焊合区显微组织和力学性能的影响，并采用EBSD技术观察晶粒形貌。结果显示，在初始低速挤压时，随着挤压速度的增大，挤出型材温度升高和应变速率增大，挤出型材动态再结晶分数增大；而在高速挤压时，挤出型材温度随挤压速度的增大增幅较小，型材动态再结晶分数因应变速率的增大而减小。焊合区硬度和小角度晶界分数低于基体区的，较小的再结晶分数使得焊合区晶粒尺寸大于基体区的。减小晶粒尺寸和提高挤出温度有利于提高焊合区型材的硬度。
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  Al-Cu-Mg合金在快速冷冲及再结晶退火过程中的显微组织演变

  胡泽艺,范才河,郑东升,刘文良,陈喜红

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1816-1823.

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  采用透射电镜技术(TEM)系统研究喷射成形快速凝固细晶Al-Cu-Mg合金在快速冷冲及再结晶退火工艺过程中的显微组织演变。结果表明：细晶Al-Cu-Mg合金在快速冷冲及再结晶退火过程中的析出相主要为S相，还有少量较粗的Al₆Mn相；随着变形道次的增加，析出相的密度不断增大、尺寸显著减小，形变带和过渡带逐渐消失，晶粒组织不断细化并趋于均匀。快速冷冲引入的缺陷有助于Al-Cu-Mg合金脱溶和再结晶形核，促进S相和再结晶的形核与长大。较粗晶粒中的形变带及过渡带在形变和再结晶过程中转变为形变诱生晶界，从而细化晶粒、获得均匀纳米晶组织和促进S相弥散分布。
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  搅拌头倾斜角对搅拌摩擦焊AA2014-T6铝合金焊接接头强度和显微组织的影响

  C.RAJENDRAN,K.SRINIVASAN,V.BALASUBRAMANIAN,H.BALAJI,P.SELVARAJ

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1824-1835.

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  结合各种焊接参数，包括焊接速度、转速、轴肩和搅拌针直径、搅拌头倾斜角等，搅拌摩擦焊(FSW)已经广泛应用于制造铝合金接头。FSW 参数能够显著影响焊接强度，其中，搅拌头倾斜角是一种重要的过程参数。因此，本文作者研究搅拌头倾斜角对搅拌摩擦焊铝合金(AA2014-T6)搭接焊接强度的影响。搅拌头倾斜角的变化范围为0°~ 4°，等值增量为1°，其他参数保持一致。采用宏观和微观组织分析、显微硬度测量、扫描电镜、透射电镜和能谱分析等方法对搅拌摩擦搭接接头的搭接剪切强度进行测定。结果表明，当搅拌头倾斜角为1°~3°时，可获得无缺陷的焊接接头；当倾斜角为2°时，可获得具有最大剪切强度(14.42 kN)和显微硬度(HV 132)的接头。采用1°和3°倾斜角焊接的接头其剪切强度较差，这是搅拌摩擦焊过程中焊接区域内物料流动不平衡导致的。
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  阳极氧化膜的结构对5754铝合金胶接性能的影响

  李英东,赵丕植,冯莹娟,曹海龙

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1836-1841.

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  采用5754汽车用铝合金板材制备三种不同类型的阳极氧化膜(未封孔、热水封孔、封闭剂封孔)，研究阳极氧化膜的结构对铝合金板材胶接性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)和辉光放电光谱(GDOES)分别研究阳极氧化膜的显微形貌和成分，采用胶接实验研究不同阳极氧化处理下铝合金板材的胶接接头强度，并结合盐雾实验(SST)研究阳极氧化膜和胶接接头的耐腐蚀性能。结果表明，未封闭试样可以提供高初始胶接强度，但是在腐蚀环境下胶接强度下降；热水封闭的试样在腐蚀环境下胶接强度未出现明显下降，但是胶接强度整体偏低；采用封闭剂处理的试样，膜层结构为外部呈现多孔，内部纳米孔洞被部分封堵，初始胶接强度和耐久性匀很高。
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  固溶处理对挤压Mg-0.35Y-2.17Nd-0.36Zr生物医用合金高温变形行为的影响

  Sh. ALIYARI, S. M. FATEMI, S. M. MIRESMAEILI

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1842-1853.

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  通过在225~525 °C、应变速率0.0003~0.03 s^-1的条件下进行压缩试验，研究挤压Mg-0.35Y-2.17Nd- 0.36Zr (质量分数%)生物医用合金的高温变形行为。为了研究溶质元素的影响，变形前对材料进行固溶处理。固溶处理后，挤压态材料的低温屈服强度明显降低。当温度升高到450 ℃时，由于晶界滑移(GBS)的促进作用，固溶化合金的强度发生剧烈的变化。结果表明，滑移-孪生转变温度不一定与强度下降温度一致。在本构方程的基础上，结合与应变相关的材料常数，确定实验合金的变形参数和相应的活化能。对所建模型的可预测性进行验证，结果表明，实验数据与预测数据吻合较好。
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  镀镍SiC颗粒增强AZ61镁合金复合材料的显微组织和力学性能

  郭苏庆,王日初,彭超群,蔡志勇,董翠鸽

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1854-1863.

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  采用粉末冶金加热挤压工艺制备SiC_p/AZ61复合材料，为了改善复合材料的界面结合性能，在SiC_p表面化学镀覆镍-磷涂层。分析镍涂层对复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明，SiC颗粒表面镀镍后在复合材料中分布更均匀，镀镍复合材料缺陷较少。在烧结过程中镍涂层与镁基体反应形成Mg₂Ni界面化合层。与未镀覆复合材料相比，镀镍复合材料的致密度从97.9%增加到98.4%，并且随着SiC颗粒体积分数的增加，镀镍复合材料的硬度增加得更快。拉伸实验结果表明，当SiC颗粒的体积分数为9%时，镀镍复合材料具有较高的伸长率，拉伸强度从320 MPa增加到336 MPa，表明镍涂层能提高界面结合强度和性能。此外，分析SiC_p/AZ61复合材料的断口形貌。
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  AZ61/ZK60异种镁合金TIG与A-TIG接头的组织及力学性能

  覃波,尹付成,曾承宗,谢佳成,沈骏

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1864-1872.

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  采用钨极氩弧(TIG)焊与活性钨极氩弧(A-TIG)焊对异种镁合金AZ61/ZK60进行焊接。结果发现，焊接接头主要由细小的等轴树枝晶与Mg₁₇Al₁₂、MgZn₂颗粒组成。当焊接电流为80 A时，接头晶粒细化程度最大，晶粒尺寸为19 μm，抗拉强度达到207 MPa。使用A-TIG焊获得的异种镁合金接头抗拉强度和焊缝宽度与焊接前TiO₂活性剂涂敷量有关，焊缝两侧不同母材导致的热影响区组织差异并不影响焊缝成型。
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  Ti₂AlNb合金电子束焊接头再热裂纹的形成机理

  李艳军,吴爱萍,李权,赵玥,朱瑞灿,王国庆

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1873-1881.

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  为了阐明Ti₂AlNb合金焊缝中再热裂纹的特点及形成机理，对Ti₂AlNb电子束环焊接头进行一系列的焊后热处理，并采用OM、SEM、XRD和TEM对接头的宏观组织和显微组织进行分析。结果表明，当Ti₂AlNb电子束环焊接头加热到700 °C左右时，再热裂纹主要沿焊缝原始晶界产生。热处理过程中，当温度升高经过O相单相区时焊缝组织由焊态的B2相几乎完全转变为O相；当温度继续升高进入B2+O双相区后，沿着原始晶界优先发生O→B2+O相转变。在焊接残余应力和相变应力综合形成的高拉应力作用下，B2+O双相和O相基体的界面上开始产生再热裂纹。
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  非均质片层状结构Ti-Nb金属-金属复合材料的裂纹扩展行为

  成文娟,刘咏,赵大鹏,刘彬,谭彦妮,王晓钢,汤菡纯

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1882-1888.

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  为研究具有强界面结合的金属-金属复合材料中各组分的实时裂纹扩展行为，通过放电等离子烧结(SPS)以及后续的热轧、热处理后淬火得到Ti-18Nb(摩尔分数，%)金属-金属复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)和微区X射线衍射(MRXRD)、纳米压痕以及原位SEM实验进行显微组织与性能表征。结果表明，该材料由富Ti区、过渡区以及富Nb区构成，Nb在不同区域间存在明显的成分梯度，从而造成不同区域间相分布以及力学性能的差异。过渡区具有良好的界面结合能力，有利于实现不同区域之间的协调变形，局部微裂纹最先在富Ti区出现，过渡区与富Nb区具有良好的变形能力，对裂纹扩展有一定的阻碍作用，从而提高材料的断裂韧性。
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  高速列车SiC_3D/Al制动盘-石墨/SiC摩擦片摩擦副的制备？显微结构及摩擦磨损性能

  姜澜,姜艳丽,喻亮,杨洪亮,李子申,丁友东,付高峰,

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1889-1902.

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  采用缩比制动试验机研究石墨/SiC(G/SiC)复合材料与互穿相复合材料(IPC) SiC_3D/Al的摩擦磨损性能？ 根据缩比例转换原则，确定高速列车制动过程中试验条件的制动压力为1.25 MPa，初始制动速度(IBS)为 200~350 km/h。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)对摩擦偶材料进行表征。结果表明：匹配的摩擦副具有摩擦表面温度低、摩擦因数稳定、耐久性长等特点。摩擦环的磨损表面在摩擦过程中逐渐形成 连续润滑的机械混合层(MML)，机械混合层由多相物质组成，极大地控制复合材料的磨损率和摩擦因数(COF)。当初始制动速度为200~300 km/h时，SiC_3D/Al的磨损机理为典型的磨粒磨损；当初始制动速度增加到350 km/h时，可观察到氧化磨损和剥离分层现象。利用Solidwork Simulation软件对摩擦副的磨损行为进行预测，计算数据与实验数据吻合较好。摩擦副可满足高速列车紧急制动的要求。
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  制动油处理的碳纤维增强陶瓷基复合材料的往复滑动摩擦学

  Parshant KUMAR, Vijay Kumar SRIVASTAVA

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1903-1913.

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  研究制动油、层板取向和摩擦接触方式对碳/碳(C/C)和碳/碳-碳化硅 (C/C–SiC) 复合材料摩擦磨损行为的影响。研究往复滑动条件下材料的摩擦磨损行为，分别采用两种不同的接触方式进行摩擦试验，即销-盘式和球-盘式，同时考虑层板方向(垂直和平行方向)的影响。法向载荷范围为50-90 N，变化间隔为10 N。结果表明，与层板平行取向复合材料相比，垂直取向复合材料的摩擦因数和磨损量均较大，垂直取向C/C复合材料具有最大的摩擦因数。与销-盘式接触相比，球-盘式接触摩擦的样品其磨损量最大可降低78%，摩擦因数最大可降低49%。润滑油的存在减小磨屑被压实的倾向，从而使摩擦膜难以形成，因此影响摩擦行为。在往复滑动过程中，由有限区域运动而引起的接触面间的磨屑滞留可描述摩擦磨损行为。
Mining, Minerals Processing and Metallurgical Engineering
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  基于非爆开采和固废资源化利用的硬岩矿山绿色开发

  王少锋,孙立成,黄麟淇,李夕兵,石英,姚金蕊,杜绍伦

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1914-1928.

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  基于深部高地应力、高地温、高井深等灾害因素的“变害为利”，提出深部固体资源开采技术变革思路，实现深部固体资源的绿色开采。首先，通过深部硬岩可截割性实验研究和回归分析，获得能够有效改善非爆机械化破岩的应力诱导调控方法。其次，通过非爆机械化和智能化开采，实现以坚硬磷矿石为代表的深部硬岩连续化精准开采，确保贵州开阳磷矿资源的高回收率(大于90%)、低废(贫化率5%)、高效(开采效率107.7 t/h)开采。最后，开发矿山循环经济新模式，构建矿山全固废充填系统，实现矿山固废资源化利用。连续实施后，2018年开阳磷矿的磷石膏、黄磷渣、废石利用量分别达到1853.6×10³ t/a、291.1×10³ t/a和1493.8×10³ t/a。
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  多金属硫化矿的多尺度冲击破碎特性

  周文涛,韩跃新,孙永升,杨金林,马少健

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1929-1938.

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  采用工艺矿物学测试仪(MLA)和落重试验研究锡石多金属硫化矿和铅锌多金属硫化矿石在冲击破碎过程中破碎能量、矿石硬度和矿石粒度对矿石破碎特性的影响规律。结果表明：除锡石外，两种矿石均含有用矿物磁黄铁矿、闪锌矿、脆硫锑铅矿、脉石矿物云母和石英。锡石与硫化矿物、石英等紧密连生形成集合体，相互混杂以交生或共生的浸染状细粒产出。锡石显著影响矿石破碎特性；矿石硬度与破碎参数A和b的乘积A×b值呈负相关，破碎细度受破碎能的影响，其大小与破碎参数A和b有关，其影响程度随A的增大而增大。当破碎能E_CS低于1 kW·h/t时，其影响程度随b的增大而增大；当破碎能E_CS高于1 kW·h/t时，其影响程度随b增大而减小。当破碎能较低时，相对于矿石粒度，破碎能对矿物破碎细度影响更大；当破碎能较高时，相对于破碎能，矿石粒度对矿物破碎细度影响更大。
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  油酸钠和苯乙烯膦酸在金红石和角闪石表面的吸附机制

  肖巍,任亚鑫,杨娟,曹攀,王军,覃文庆,邱冠周

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1939-1947.

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  采用油酸钠和水杨羟肟酸作为枣阳原生金红石矿粗选和扫选的捕收剂，苯乙烯膦酸和正辛醇作为精选的捕收剂的浮选药剂流程制度。浮选结果表明：苯乙烯膦酸的用量减少80%左右，并且金红石精矿品位和回收率明显提高。吸附量和接触角测试揭示在酸性条件下金红石表面不仅吸附了大量残余的油酸钠，同时还吸附了大量的苯乙烯膦酸，然而角闪石表面仅吸附了微量的苯乙烯膦酸。捕收剂在矿物表面的这种吸附行为使得金红石和角闪石表面的疏水性差异被扩大，它们的浮选分离也变得更容易。
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  锆英砂在氢氧化钠亚熔盐中的分解动力学

  孙宏骞,宋静,孙帅,曲景奎,吕伟,齐涛

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1948-1955.

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  对锆英砂在氢氧化钠亚熔盐中的分解动力学进行研究，考察反应温度、反应时间、NaOH含量、搅拌速度、碱矿比等因素对锆英砂分解率的影响。研究结果表明：锆英砂的分解率随反应温度、反应时间和NaOH含量的增加而增加。分解过程符合缩核模型，界面化学反应为控制步骤，表观活化能为77.98 kJ/mol，最佳实验条件下的转化率高于99%，分解产物为硅锆酸钠(Na₂ZrSiO₅)。
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  Cyanex 923支撑液膜中锗的迁移：数学建模

  HosseinKAMRANHAGHIGHI,MehdiIRANNAJAD,AnaMARIASASTRE

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1956-1966.

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  建立一个数学模型，用于监测草酸溶液中锗(IV)穿过含有4种三烷基氧化膦(Cyanex 923)的平板支撑液膜(FSSLM)的促进迁移过程。FSSLM建模是基于由液-液萃取(LLX)模型计算得出的萃取常数(K_ext)。LLX模型提供一种可靠的萃取常数计算方法(K_ex=2.057×10³ L/mol⁴)。根据萃取常数、Fick定律和扩散原理，利用Matlab软件对FSSLM模型进行求解。该模型预测的总传质系数(K_org)为3.84 cm/s。利用该总传质系数，得出Cyanex 923浓度为0.126、0.252、0.378、0.505、0.631和0.757 mol/L时的扩散系数(D_m)分别为8.50×10^-4、4.30×10^-4、1.87×10^-4、5.87×10^-5、2.57×10^-5和2.09×10^-5 cm²/s。结果表明，本研究得出的扩散速率大于大多数类似的FSSLM体系的扩散速率。这些FSSLM体系都含有Cyanex 923，用于迁移各种金属。模型值与实验数据吻合良好，表明该数学模型具有良好的可靠性。
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  氨性体系超声耦合锌电加强置换提镉工艺及阳极反应机理

  南天翔,杨建广,汪文超,李陵晨,杨建英

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1967-1974.

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  采用单因素实验法研究有超声耦合时氨性体系中锌电加强置换提镉的优化工艺条件。结果表明，在温度35 °C、阴阳两极极板面积比1:2、阳极电流密度15 A/m²、耦合超声频率为40 kHz、超声功率100 W条件下以锌板为阳极置换溶液中的镉6 h，镉的置换率为99.21%，且显著抑制“漂浮海绵镉”的产生。采用循环伏安法和线性扫描伏安法，对比研究氨性体系下有/无超声耦合时锌电加强置换提镉的阳极反应机理。循环伏安法表明超声波能促进置换反应的进行，加快置换反应速率，减小电加强置换反应所需电压，改变反应控制步骤；线性扫描伏安法表明，温度及超声功率的增加均能够促进电加强置换反应的进行，加快反应速率，降低置换自发反应所需电位。
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  不同渣系中固-液-气界面渣运动引起的SiO₂基耐火材料局部熔损机理

  袁章福,谢珊珊,于湘涛,张岩岗,王容岳

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1975-1982.

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  观察不同渣系在SiO₂基棱柱状耐火材料上的渣运动，并研究棱柱状耐火材料横截面形状的演变机理。存在两种类型的形状演变。对于其表面张力随SiO₂浓度增加而增大的PbO-SiO₂渣系，在轴向马兰戈尼剪切力和润湿性的作用下，渣膜沿着棱柱状耐火材料的4根棱边向上流；随后，在重力作用下，渣膜沿着棱柱的4个侧面流下；因为上升流和下降流中SiO₂溶解度不同，棱边的腐蚀速率大于侧面的腐蚀速率，棱柱横截面由正方形演变为圆形。对于其表面张力随SiO₂浓度增加而减少的Fe_tO-SiO₂渣系，在润湿性的作用下，渣膜向上流；之后，在马兰戈尼剪切力和重力的作用下，渣膜向下流；相比于4个棱边，由于4个侧面的表面张力和尺寸较大，渣主要在4个侧面上下运动；因此，棱柱横截面仍然保持为正方形。
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  采用机械化学制备FeS₂/Fe复合材料以稳定砷酸铁渣

  闵小波,彭天宇,李阳文君,柯勇,梁彦杰,何兴羽

  中国有色金属学报（英文版）. 2019, 29(9): 1983-1992.

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  以铁粉和黄铁矿为原料，采用机械球磨制备FeS₂/Fe复合材料，以稳定砷酸铁渣。考察制备工艺参数对复合材料稳定性能的影响，确定复合材料最佳制备条件为：黄铁矿/铁粉摩尔比5:5、球磨时间2 h、球料比15:1、不锈钢球磨介质。采用X射线衍射仪、扫描电镜、傅里叶红外光谱仪等对复合材料进行表征。结果显示，复合材料优异的性能主要归功于球磨过程中FeS₂/Fe混合物理化学性质的显著变化。对砷酸铁渣的稳定化工艺进行了优化。当砷酸铁渣与复合材料在质量比4:1的条件下球磨混合30 min时，砷酸铁渣中砷的浸出浓度可由639.15 mg/L降至4.74 mg/L，砷的稳定率达99.2%。