中国有色金属学报（英文版）

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S.GLODE？,J.KLEMENC,F.ZUPANI？,M.VESENJAK

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2577-2589.

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研究激光选区熔化(SLM) AlSi10Mg合金的疲劳性能和断裂行为。在脉动拉伸载荷(R=0，R为动态因数)下，将板状试样直接设计成疲劳试验所需形状。利用Weibull条件概率密度函数对疲劳-寿命(S-N)曲线进行建模，采用实值遗传算法(GA)和差分蚁群算法(DASA)估计所需的Weibull参数。疲劳试样的断口形貌表明，疲劳裂纹在SLM样品的表面缺陷周围萌生，并以不稳定的方式扩展。然而， SLM大缺陷的存在主要影响裂纹萌生周期，对裂纹扩展影响不大。所得实验结果能为进一步研究增材制造先进材料和结构(如胞元超材料)的疲劳行为提供基础。特别是在二维胞元结构中，胞元结构体的截面通常为矩形，与本研究中的试样形状相对应。

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快速冷冲对Al-Cu-Mg合金长片状S′相破断行为的影响

范才河,欧玲,胡泽艺,王舒,王俊红

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2590-2598.

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采用高角度环形暗场(HAADF)扫描透射电子显微镜(STEM)和选区电子衍射(SAED)技术，研究快速冷冲强变形对挤压态Al-Cu-Mg合金长片状纳米析出相破断行为的影响机理。实验结果表明：挤压态Al-Cu-Mg合金中长片状S′相与铝基体界面平整，在快速冷冲强变形过程中发生明显破断，其破断机制主要为扭曲、脆断、回溶和缩颈。长片状S′相的破断，增加了S′相与铝基体的接触面，提高了界面畸变能，从而导致S′相的自由能高于基体自由能，为溶质原子回溶至铝基体的扩散创造条件。脆性S′相在快速冷冲强变形过程中产生“回溶台阶”，进一步加速溶质原子的扩散，促进S′相的回溶，造成S′相缩颈而导致各部分的分离，从而使挤压态长片状S′相“碎化”成短而细的S′相。

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回归再时效7150铝合金的蠕变时效行为

王庆,湛利华,徐永谦,刘春辉,赵兴,徐凌志,杨有良,蔡一贤,

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2599-2612.

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通过蠕变时效实验、拉伸性能测试、电导率测试和透射电镜观察，系统研究回归再时效状态的7150铝合金的蠕变时效行为。蠕变时效实验结果表明，回归再时效状态7150铝合金的稳态蠕变主要是位错攀移机制(应力指数≈5.8)，其稳态蠕变行为对晶内和晶界的析出相变化不敏感，但总的蠕变变形随着再时效时间的延长而增大。另外，在140 °C蠕变时效16 h后，4种回归再时效样品的屈服强度和抗拉强度基本相同，但伸长率随着再时效时间的延长略有下降。而且回归再时效处理有利于提高7150铝合金的硬度和电导率。研究结果表明，蠕变时效前的回归再时效处理可以改善7150铝合金的晶内和晶界组织，提高合金的成形效率，改善合金的综合性能，包括力学性能和电导率。

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等通道球形转角膨胀挤压工业纯铝的剧烈塑性变形行为

王晓溪,张翔,井新宇,袁峻池,宋威

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2613-2624.

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提出一种耦合强塑性应变与高静水压力于一体的新型剧烈塑性变形工艺——等通道球形转角膨胀挤压(ECAEE-SC)。采用三维有限元数值模拟分析软件DEFORM-3D研究工业纯铝在ECAEE-SC变形过程中的塑性变形行为，分析材料流动、挤压载荷、等效应变和平均应力的分布规律，并与传统ECAE工艺进行比较。开展工业纯铝室温单道次ECAEE-SC变形验证实验，探讨材料显微组织和显微硬度的演变规律。结果表明，在ECAEE-SC变形过程中，材料内部处于理想的静水压力状态，挤压变形所需载荷较传统ECAE工艺时大幅增加。经单道次变形后，坯料内部累积塑性应变量达3.51且变形均匀性良好；工业纯铝晶粒得到显著细化，内部形成亚微米级等轴超细晶组织；材料显微硬度均匀分布，硬度值由初始铸态的HV 36.61提高到HV 70.20，增幅达91.75%。

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2219-C10S铝合金TIG焊接接头各区显微组织演变及其对力学性能的影响

张登魁,吴爱萍,赵玥,单际国,万占东,王国庆,宋建岭,张中平,刘宪力

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2625-2638.

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详细分析2219-C10S铝合金TIG焊接接头各区显微组织演变及其对力学性能的影响。结果表明，在焊缝区，晶界形成α+θ共晶组织，晶内无析出相；在部分熔化区，晶界形成共生共晶或离异共晶，二次受热区晶内析出针状θ′相；在过时效区，θ?相发生粗化与溶解，大部分θ′相转化成θ相；在热影响区，θ′相发生粗化。强化相、晶粒尺寸、基体Cu含量和位错密度等因素可影响接头各区力学性能。此外，提出一种可用于描述材料力学性能与析出相体积分数、析出相平均直径、固溶元素浓度之间关系的模型。

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钢/铝激光搭接焊接头的抗拉强度、显微组织及断裂模式

刘桂谦,高向东,彭聪,刘秀航,黄怡洁,张艳喜,游德勇

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2639-2649.

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通过激光搭接焊实现5052铝合金与DP780双相钢异种金属的连接。对焊接过程的金属蒸气和飞溅进行高速摄像检测，并利用万能试验机对焊接接头进行力学性能测试，分析搭接剪切力随激光焊接参数的变化规律。分别采用光学显微镜和扫描电子显微镜对样品进行表征。通过显微组织观察发现在钢/铝界面形成3种不同的金属间化合物相，即带状Fe₂Al₅、FeAl₂和针状FeAl₃，探索在不同的激光热量输入下，搭接抗拉强度、激光参数和失效断裂模式之间的关系。结果表明，钢/铝接头在低热量输入和高热量输入出现两种不同的断裂模式，分别为沿焊缝热影响区和沿铝钢接合界面断面，并均为脆性断裂。此外，发现断裂界面都出现裂纹，且在断裂的微观形态中生成针状簇。

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Mg-6Zn-1Mn-4Sn-0.5Ca合金在挤压和时效过程中的组织演变和析出强化

陈霞,张丁非,赵阳,冯靖凯,蒋斌,潘复生,

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2650-2657.

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采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电镜、硬度试验和拉伸试验对Mg-6Zn-1Mn-4Sn-0.5Ca (ZMT614-0.5Ca)合金在挤压态和时效态的组织变化及力学性能进行研究。结果表明：铸态ZMT614-0.5Ca合金主要包含α-Mg、Mg-Zn和CaMgSn相。热挤压过程有效地细化晶粒且形成完全动态再结晶组织。挤压态合金的平均晶粒尺寸约为4.85 μm。固溶处理后，高熔点CaMgSn仍然存在，起着重要的钉扎作用和阻碍晶界移动。时效处理后，合金ZMT614-0.5Ca具有良好的综合力学性能，屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为338 MPa、383 MPa和7.5%。和挤压态相比，合金屈服强度提升约36%，其主要原因是时效过程β相的析出强化。

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变形参数对Mg-Zn-Ce合金显微组织和织构的影响

杜玉洲,刘东杰,葛延峰,蒋百灵,

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2658-2668.

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采用Gleeble-1500热模拟试验机在不同温度(250, 300, 350 °C)和应变速率(0.001, 0.01, 0.1 s^-1)下对Mg-6Zn-0.5Ce (质量分数，%)合金进行热压缩试验，采用光学显微镜和电子背散射衍射技术研究热压缩变形过程中合金的显微组织和织构演变。结果表明，由变形工艺决定的Zener-Hollomon 参数对Mg-6Zn-0.5Ce合金的动态再结晶和织构具有重要影响。随着 Zener-Hollomon 参数的增大，未再结晶区的体积分数增大且动态再结晶晶粒尺寸减小。再结晶区的织构强度弱于未再结晶区的织构强度，这使经较高Zener-Hollomon 参数变形的试样呈较高的织构强度。再结晶织构强度的增加与晶粒择优生长有关。

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添加铝箔对DP590双相钢/AZ31B镁合金激光熔化焊接头显微组织和温度场的影响

周鹤,刘金水,周惦武,陶韬,

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2669-2680.

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对DP590双相钢和AZ31B镁合金进行钢上/镁下搭接和钢/镁层间添加铝箔的激光熔化焊试验，采用COMSOL有限元软件对钢/镁熔化焊温度场进行数值模拟。结果表明：添加铝箔可实现钢/镁有效连接，无明显气孔、裂纹和热影响区软化等缺陷，接头结合强度提高；添加铝箔可调控钢/镁层间热量传递，钢/镁熔池分上、下两部分，其相互接触但不发生混合，界面为铁和铝反应生成的AlFe、Al₂Fe和AlFe₃化合物组成的过渡层，促进上、下熔池冶金结合。因此，添加铝箔激光熔化焊是实现钢/镁异种金属连接的有效方法。

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α″相辅助形核获取超细α相高强度近β态钛合金

王振宇,刘立斌,吴迪,章立钢,王万林,周科朝

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2681-2696.

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采用多元扩散偶实验方法，设计具有超细α相的Ti-6Al-4V-xMo-yZr (0.5<x<12, 0.5<y<14，质量分数，%)合金。结果显示，Ti-6Al-4V-5Mo-7Zr合金利用α″相为异质形核点，可获得超细α相，通过调整热处理工艺使多态组织合金获得强度和塑性的良好匹配。双态组织中初生α相的变形机制为位错滑移和孪晶。合金的强化机制为次生α/β界面强化。(0001)_α/(110)_β界面具有平台-台阶结构， / 界面为平直界面，没有台阶。

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一种高γ''相含量GH4151高温合金铸锭的开裂机制

李鑫旭,贾崇林,张勇,吕少敏,姜周华

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2697-2708.

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研究GH4151铸态高温合金裂纹形成基本机理。通过对裂纹特征的分析，确定其开裂机理为冷却过程中形成的冷裂纹。冷裂纹的形成与严重的偏析、复杂的析出相和γ''''相分布的不均匀性密切相关。冷却过程中，由于不同析出相线性收缩系数的不同，在析出相周围会产生裂纹。提出一种控制残余应力、γ'''' 相大小和形态的退火工艺。退火处理发挥很大作用，通过降低温度梯度减小残余应力以及控制γ''''相的尺寸分布，从而减少析出相周围的应变集中。

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一种热挤压态粉末镍基高温合金在热压缩过程中的热加工特性

谭钢,李慧中,王岩,杨雷,乔世昌,黄钲钦,刘敏学

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2709-2723.

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为了研究新型粉末冶金镍基高温合金的热变形行为，在变形温度为1020~1110 °C、应变速率为0.001~1 s^-1条件下进行热压缩试验。结果表明，高温合金的流动应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小。通过双曲正弦型函数表达式建立精准的本构方程。此外，构造合金的热加工图以优化其热锻参数。在应变量为0.7的热加工图中分别确定动态再结晶稳定和失稳的3个区域。绝热剪切带、晶间裂纹以及晶间裂纹和楔形裂纹的结合被证明是造成失稳的原因。综合分析热加工图和显微组织，确定高温合金的最佳等温锻造条件为t=1075~1105 °C和 =10^-3~10^-2.8 s^-1。

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Cu75Pt25钎料钎焊GH99和Nb焊接接头的界面组织及力学性能

李文强,胡胜鹏,雷玉珍,雷煜,宋晓国,冯吉才

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2724-2736.

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采用Cu75Pt25钎料对GH99高温合金与Nb合金进行焊接，通过调节焊接参数获得良好的钎焊接头。钎焊接头的典型界面显微组织结构为Nb/Nb₇Ni₆+NbNi₃/Ni(s,s)+富Cr NbNi₃+(NbCr₂+NbNi₃)/GH99。分析钎焊温度和保温时间对GH99/Cu75Pt25/Nb接头界面显微组织的影响。结果表明，GH99合金中Ni原子向液态钎料的溶解和扩散对界面组织演化起着至关重要的作用。随着钎焊温度的升高，Nb-Ni反应层将取代原来生成的Nb₃Pt化合物层，且其厚度先增大，然后保持不变。1150 °C保温15 min时，所得钎焊接头的最大抗剪强度为152 MPa；接头均呈现脆性断裂模式，断裂位置由Nb₃Pt层向Nb-Ni化合物层转变。

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超高强Cu-3Ti-0.1Zr合金的显微组织演变和热变形行为

王旭,李周,肖柱,邱文婷

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2737-2748.

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采用Gleeble-3500热模拟器在不同温度(700~850 °C)和不同应变速率(0.001~1 s^-1)下，对超高强导电Cu-3Ti-0.1Zr合金的热压缩变形行为进行研究。结果表明，合金在热变形过程中发生加工硬化、动态回复以及动态再结晶。建立合金在真应变为0.8情况下的热压缩本构方程，并且得到在此情况下热变形激活能Q为319.56 kJ/mol。在不同应变下，流变应力的实验值和计算值之间的误差很小，说明建立的本构方程可以很好地描述Cu-3Ti-0.1Zr合金的热变形行为。以动态材料模型为基础建立合金的热加工图，从图中可知合金的理想热加工温度范围为775~850 °C, 应变速率范围为0.001~0.01 s^-1。

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等通道挤压及热处理制备细晶铀的显微组织及力学性能

邹东利,何立峰,肖大武,赵雅文,邱志聪,路超,刘帆

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2749-2756.

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采用等通道挤压及热处理相结合的技术制备细晶金属铀，采用激光共聚焦显微镜、电子背散射衍射、霍普金森压杆系统地研究细晶金属铀的显微组织及力学性能。结果表明，粗晶金属铀经3道次等通道挤压及后续热处理后晶粒尺寸由约1000 μm细化为6.5 μm，相应的动态屈服强度由135 MPa增加至390 MPa。对于等通道挤压铀样品，用经典Hall-Petch公式能描述晶粒尺寸与屈服强度之间的关系，同时获得等通道挤压技术制备细晶金属铀的Hall-Petch拟合关系。

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孔隙率对FeAl金属间化合物多孔材料拉伸力学性能的影响

苏淑兰,饶秋华,贺跃辉,谢维

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2757-2763.

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针对本课题组制备的FeAl金属间化合物多孔材料(孔隙率为41.1%、44.2% 和49.3%，孔径为15~30 μm)开展单轴拉伸实验和扫描电镜实验，研究其宏观力学性能和微观破坏机理。结果表明：不同孔隙率下FeAl多孔材料拉伸σ-ε曲线均可分为弹性、屈服、强化和破坏4个阶段，没有颈缩现象，其弹性模量、强度极限和伸长率均随孔隙率的增大而减小；其伸长率远低于5%，为宏观脆性断裂。微观上以沿晶断裂为主，其微观断裂机理取决于FeAl金属间化合物致密材料中的Al含量。此外，利用FORTRAN语言自编计算程序生成孔隙大小和分布具有随机性的随机孔隙模型。结合ANSYS有限元软件二次开发平台，对随机孔隙模型进行弹性分析，得到FeAl多孔材料的等效弹性模量，计算所得的弹性模量值与实验值较为接近，说明建立的随机孔隙模型分析多孔材料的弹性性能是可靠的。

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用于电化学超级电容器的性能优异的六角形Ag@CoS/rGO纳米复合电极材料的设计

Alagu Segar DEEPI, Arputharaj Samson NESARAJ

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2764-2774.

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合成混合金属/金属硫化物(Ag@CoS)与还原氧化石墨烯(rGO)的纳米复合材料(Ag@CoS/rGO)，有可能用作超级电容器的电极。采用水热法成功地将Ag@CoS沉积在还原氧化石墨烯纳米片上，这意味着在还原氧化石墨烯骨架上生长出二维银和硫化钴基的六角形结构。对所合成的复合材料的结构、形貌和电化学行为进行研究。XRD结果表明，制备的纳米复合材料由于CoS和Ag的加入而呈六角结构。FTIR光谱中出现在470.33 cm^-1附近的谱带为Ag@CoS/rGO纳米复合材料中S—S键的吸收谱。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析材料清晰的六角结构，其晶粒尺寸从纳米级到微米级。该电极材料表现出良好的循环稳定性，当电流密度为0.5 A/g时，其比电容为1580 F/g。即使经过1000次循环，容量保持率也没有任何损失。由电化学行为研究结果可知，所制备的新型纳米复合材料非常适合用作电化学超级电容器的电极。

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矿柱回采诱发的深部房柱系统的瞬态及长期变形特性

李夕兵,邱加冬,赵宇喆,陈正红,李地元

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2775-2791.

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当采用房柱法开采深部矿石矿柱时，采空区可能面临着一系列的变形和沉降问题。为此，构建一个双中段的深部房柱模型并进行矿柱回采。分析矿柱回采瞬间的变形响应及矿柱回采后的长期沉降特性。在矿柱回采过程中，不同区域围岩受到不同动力扰动作用，这些动力扰动可以分为3类：(I) 爆破扰动与卸荷扰动共同作用、(II) 爆破扰动与卸荷扰动依序作用和(III)纯卸荷扰动作用。矿柱回采后，第一个回采矿柱上方的沉降最大，且它对周边区域的沉降起到牵引作用。模型的沉降过程可分为稳定位移及不稳定位移两个阶段。当房柱系统进入不稳定位移阶段时，将发生岩体剥落及级联式坍塌。

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新型1-(2-羟苯基)己-2-烯-1-酮肟浮选捕收剂对孔雀石的浮选性能及吸附机理

李方旭,周晓彤,林日孝,

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2792-2801.

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以2-羟基苯乙酮和丁醛为原料合成一种新型1-(2-羟苯基)己-2-烯-1-酮肟(HPHO)捕收剂。通过浮选试验、zeta电位、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析技术研究HPHO对孔雀石的浮选性能和吸附机理。结果表明，与苯甲羟肟酸(BA)、1-(2-羟苯基)乙-1-酮肟(HPEO)和异丁基黄药(SIBX)相比，HPHO对孔雀石具有更好的捕收性能且无需额外添加调整剂Na₂S和起泡剂甲基异丁基甲醇(MIBC)。Zeta电位结果发现，HPHO可能通过化学作用吸附在孔雀石表面。 FTIR和XPS结果表明，HPHO通过C=C、—OH和N—OH基团与孔雀石表面的铜物种键合形成Cu-肟配合物。

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从氯化镍溶液中电沉积α-Ni(OH)₂

张俊杰,张廷安,冯森

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2802-2811.

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采用电沉积方法从NiCl₂溶液中合成α-Ni(OH)₂。为了系统地研究实验条件的影响，选用一系列初始NiCl₂溶液pH值、电流密度、电沉积温度和电沉积时间。循环伏安结果表明，存在副反应: Ni²⁺+2e→Ni。从X射线衍射光谱分析、傅里叶红外光谱分析以及产物的颜色可知，当电解液初始pH为2~5.86、电流密度为10~25 mA/cm²、电沉积温度为25~35 °C以及电沉积时间为1.0~3.0 h时，电沉积产物为纯净的α-Ni(OH)₂。当沉积温度升高至45 °C时，获得的产物为α-Ni(OH)₂和金属Ni的混合物；当电流密度超过30 mA/cm²时，获得产物呈β-Ni(OH)₂的特征；当电流密度低至5 mA/cm²时，产物中有少量的金属Ni。电解液的pH随溶液的初始pH和电流密度的增加略微增加；产物的沉积质量随初始pH降低略微减小，随着电流密度的增加近乎线性增加。沉积质量-沉积时间曲线的斜率在起初的2.0 h内保持恒定，随后降低。

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真空条件下硅热还原CaO·MgO冶炼金属镁的动力学机理

车玉思,买耕鹏,李少龙,何季麟,宋建勋,易健宏

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2812-2822.

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采用自行研制的热重分析仪(TGA)，在真空和高温条件下对硅热还原CaO·MgO进行研究。采用1.5、2.0、2.5和3.0 °C/min升温速率分别测定由煅烧白云石、硅铁和萤石制成球团在5 Pa真空和300~1400 °C条件下的热重损失。选择无模式函数法与模式函数法对还原过程的动力学机理进行模拟计算，综合分析热重曲线在反应起始段与结束段的形状特性、微分热重的半宽比和动力学参数，最终得出还原反应的最概然机理函数是一阶化学反应模式函数，其活化能与指前因子分别为233.42 kJ/mol和5.14 × 10¹⁰s^-1。该项研究工作为真空条件下硅热法炼镁提供了基础动力学数据。

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用于测定铜熔炼渣中含砷物相的选择性逐级提取方法及其评价

张惠斌,何雨政,胡菁菁,王亚楠,曹华珍,周俊,郑国渠

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2823-2835.

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开发一种优化的选择性逐级提取方法并用于评价铜熔炼渣中含砷物相组成。该方法将铜熔炼渣中的含砷物相归类为水溶性砷、可溶性砷酸盐、难溶性砷酸盐、含砷硫化物、毒砂和金属砷以及固化于玻璃相中的砷。采用电感耦合等离子体原子发射光谱、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和红外光谱等手段对各级提取液和渣进行表征。采用单一物相提取实验评价提取试剂的选择性和砷回收率。结果表明，炉渣中各组分砷的比例与文献报道具有较好的一致性，且总砷回收率保持在90%以上。这表明，此研究优化的选择性逐级提取方法能可靠地应用于铜冶炼含砷副产物中含砷物相的成分评价。

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硫酸铵加压热解-酸浸工艺提取含钛高炉渣中有价金属

边振忠,冯雅丽,李浩然

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2836-2847.

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提出一种硫酸铵（AS）加压热解-酸浸新工艺，从含钛高炉渣中(TBBF)分段回收有价金属。结果表明，当在铵矿比3:1、370 °C的条件下热解90 min时，钛、铝和镁的提取率分别为94.5%、91.9%和97.4%。酸浸液在沸腾状态下重结晶除杂可获得TiO₂含量为94.1%的钛产品。上述结晶母液分别调节pH=6和pH≥12.2，可获得合格的氧化铝和氧化镁产品。XRD和SEM-EDS分析表明，焙烧样品中主要物相为NH₄AlSO₄、CaSO₄ 和TiOSO₄。热力学分析显示，在最优条件下，原矿中钙钛矿、镁铝尖晶石和透辉石能与AS产生的中间产物自发反应。

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金红石晶体形状对其沉降的影响

韩吉庆,张家豪,陈晓,张晶,张力,涂赣峰

中国有色金属学报（英文版）. 2020, 30(10): 2848-2860.

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通过理论分析、FactSage模拟、XRD和SEM，研究金红石晶体形状对其在改性渣中沉降的影响。结果表明，在相同体积条件下，球状金红石晶体的沉降速度大于其他形状金红石晶体的沉降速度；通过向含钛高炉渣中添加钛渣可以实现金红石晶体由棒状向球状的转变；当钛渣的添加量增加至278 g时，改性渣上部和下部金红石晶体的体积分数分别为30%和71%，说明金红石沉降明显。由于金红石的沉降，节省了50%的重选任务，且显著增加了TiO₂的回收率。产品金红石中TiO₂含量高于93%，CaO和MgO的总含量低于0.4%，满足氯化法钛白对原料的要求。

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2020年, 第30卷, 第10期　刊出日期：2020-10-25

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