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2020年, 第30卷, 第7期 刊出日期:2020-07-25
  

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    Materials Science and Engineering
  • 张嘉盈,左立杰,冯剑,叶兵,孔向阳,蒋海燕,丁文江
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1717-1730.
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    研究350 °C热暴露200 h对金属型铸造与高压铸造Al-Si-Cu-Ni-Mg合金组织和力学性能的影响。用扫描电镜和图片分析软件IPP表征合金中硅相的形貌。研究结果表明,高温热暴露促进共晶硅的球化和粗化。热暴露后,高压铸造合金的室温抗拉强度高于金属型铸造的,但350 °C时两种合金的高温抗拉强度均为67 MPa左右。由于共晶硅的粗化,热暴露后金属型铸造合金的抗蠕变性能均优于高压铸造合金。因此,拥有细小尺寸共晶硅的合金不适于在350 °C的条件下应用。
  • NeerajPANDEY,I.CHAKRABARTY,KalpanaBARKANE,N.S.MEHTA,M.R.MAJHI
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1731-1742.
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    通过传统的粉末冶金技术制备不同含量硼酸铝晶须(ABOw)(5%, 10%, 15%, 质量分数)增强的商业纯铝基复合材料,并对其显微组织特征和力学性能进行研究。采用粉末冶金方法有效混合铝粉和ABOw,将混合粉冷压后在600 °C下烧结。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、透射电子显微镜(TEM) 和X射线衍射(XRD)对烧结后的复合材料进行显微组织表征,测定复合材料的孔隙率随ABOw含量的变化,研究ABOw含量变化对复合材料的力学性能,包括硬度、抗弯强度和抗压强度的影响,及复合材料在恒定载荷下、不同滑动距离下的干滑动磨损行为。结果表明,当ABOw 含量为10%(质量分数)时,复合材料具有最大的抗弯强度和抗压强度,分别为172 MPa和324 MPa,并且硬度得到改善,约为HV 40.2。但是,随着ABOw 含量的进一步增加,性能降低。含10%ABOw复合材料的耐磨性能也得到显著提高。Al-10% ABOw复合材料优异的综合性能归因于其具有良好的界面结合性能、低的孔隙率和好的组织均匀性。
  • Venkatesh BIKKINA, Sadasiva Rao TALASILA, Kumar ADEPU
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1743-1755.
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    在6082铝板的凹槽中填充SiC颗粒(平均粒径为27.5 μm),用一种新型多步搅拌摩擦加工(FSP)法制备Al/SiC 梯度功能复合材料(FGM)。为了得到预先设定的梯度结构,使用3种工具进行FSP,每种工具的搅拌针长度不同,SiC颗粒的体积分数也不同。FSP在室温下进行,其工艺参数如下:1~3道次、旋转速度为900 r/min、前进速度为20 mm/min。利用扫描电子显微镜(SEM)和三维光学显微镜对梯度功能样品的显微组织进行表征,且测试其耐磨性和显微硬度等力学性能。结果表明,随着FSP道次的增加,SiC颗粒分散更加均匀,材料的显微硬度增加。与未加工的6082铝合金相比,经3道次加工后,其显微硬度提高51.54%。添加SiC颗粒后,Al/SiC梯度功能使复合材料的耐磨性提高。
  • Parisa PIRHAYATI, Hamed JAMSHIDI AVAL
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1756-1770.
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    研究银对摩擦堆焊AA2024铝合金涂层显微组织、力学性能和电导率的影响。银添加方式为先在 AA2024 铝合金耗材棒横截表面钻孔,再在孔内填充银粉,其添加量为5.3、10.6和16.0%(质量分数)。结果表明,固溶强化、析出相和含银金属间化合物的形成降低晶粒生长的驱动力,从而降低涂层中的晶粒尺寸。经人工时效热处理后,含0% Ag(质量分数)涂层的电导率提高了4.15%(IACS),而含16.0% Ag(质量分数)涂层的电导率降低2.15%(IACS)。当考虑线性关系时,在银含量Ag增加1%(质量分数)的条件下,涂层的强度和硬度分别增加1.8%和1.0%。Al6(Cu,Ag)Mg4析出相的形成比富Ag金属间化合物的形成对强化的影响更大。
  • 李耀,徐国富,彭小燕,刘时超,窦玉海,梁霄鹏
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1771-1779.
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    研究经T6时效热处理的模锻态Al-5.87Zn-2.07Mg-2.42Cu合金从室温升高到250 °C时的高温力学性能和显微组织。高温拉伸试验结果表明,随着拉伸温度从室温升高到250 °C,合金的抗拉强度从638降至304 MPa,伸长率从13.6%升至20.4%。通过透射电子显微镜和电子背散射衍射技术对合金的显微组织进行表征。研究发现,随着拉伸温度的升高,析出相发生粗化,位错密度逐渐降低,合金组织发生不同程度的动态回复。在250 °C进行拉伸时,合金内形成许多由小角度晶界组成的亚晶组织。
  • 佘欣未,蒋显全,王浦全,唐彬彬,陈康,刘玉洁,曹伟男
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1780-1789.
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    采用金相显微镜、扫描电镜和拉伸试验机研究厚度为105 mm 5083铝合金热轧板的显微组织与力学性能,解释厚板力学性能不均匀性中存在的三大特征问题。结果表明:轧板厚度方向力学性能具有不均匀性,从表面到中心强度呈倒“N”形变化,伸长率呈半“U”形变化。在靠近表面的一个特殊层(第2层)上发现若干个由长纤维状晶粒(LFG)和短纤维状晶粒带(SFGB)构成的相似结构单元,这种长纤维状晶粒和短纤维状晶粒带的交替层状分布有利于通过分散集中在两者之间晶界线(BL)上的塑性变形来提高塑性。但是,在热轧过程中两种不同变形能力的晶粒会引起附加应力的交替分布,致使强度降低。越靠近轧板中心,越容易发生回复而非再结晶,这可能是近中心区域(第4层和第5层)强度存在一个不可忽视的差值的原因。
  • 范仁杰,ShokouhATTARILAR,MahmoudSHAMSBORHAN,MahmoudEBRAHIMI,CerenG?DE,HaticeVarol?ZKAVAK
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1790-1802.
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    利用限制模压变形(CGP)法对AA6063铝合金进行塑性变形,改善其表面性能。结果发现,在第一道次后,合金的硬度值显著提高,硬度均匀性显著降低。而经后续的道次后,加工材料的硬度行为得到改善。此外,道次数增加后,在CGP第一道次中形成的细长晶粒逐渐转变为等轴晶粒。通过CGP工艺,样品的耐腐蚀性能提高,这是因为钝化膜的快速形成以及第二相和析出物形貌的变化阻碍它们的电化学反应,减少潜在的局部腐蚀位点。
  • 张万鹏,马鸣龙,袁家伟,石国梁,李永军,李兴刚,张奎,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1803-1815.
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    通过显微组织和热物性能表征、热处理及第一性原理计算,研究Mg-2Zn-xCu (x=0.5, 1.0, 1.5,摩尔分数,%) 合金的显微组织和热物性能。结果表明,添加Cu元素对合金显微组织和热物性能有影响。随着Cu含量增加,铸态合金中MgCuZn相含量增加,铸态合金电导率和热导率增大。固溶处理后,合金中共晶组织部分溶解,Zn原子回溶进入基体,导致合金的电导率和热导率均降低。时效处理前期,溶质原子从基体中沉淀析出,合金电导率增大,时效24 h后,Mg-2Zn-1.5Cu合金的热导率最高达到147.1 W/(m·K)。合金中形成的热稳定MgCuZn相对合金的电导率和热导率起促进作用。Zn元素在基体中含量越低,晶格畸变程度越低,导热性能则越好。另外,第一性原理计算结果也表明MgCuZn三元相具有很好的导电和导热性能。
  • 马丽娜,杨艳,周港,任凤娟,邓洪举,魏国兵,彭晓东,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1816-1825.
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    研究轧制变形量和轧后退火工艺对Mg-9Li-1Zn (LZ91) 合金显微组织和耐腐蚀性能的影响。采用冷轧变形工艺制备轧制压下量分别为50%和75%的LZ91镁合金板材,然后在200 °C下退火1 h。采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察合金的显微组织,用X射线衍射仪测定合金中的相组成。结果表明,LZ91镁合金由α-Mg、β-Li和Mg-Li-Zn三元化合物(MgLi2Zn和MgLiZn相)组成。退火过程中β-Li相发生动态再结晶,合金晶粒细化。腐蚀试验表明:轧制变形和轧后退火能显著改善LZ91合金的耐腐蚀性能,75%冷轧退火LZ91镁合金具有最好的耐蚀性。
  • 张帆,王海丰,赖存,张建宝,张雅婵,周青
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1826-1838.
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    采用电子背散射衍射技术分析过冷Ni-38%Si(质量分数)合金中的共晶取向关系,发现在过冷Ni-38%Si (质量分数)合金中总共存在7种共晶取向关系。当过冷度DT?31 K时,存在3种共晶取向关系,其初生NiSi相的取向相同,但相邻NiSi2晶粒之间的取向差约为50°或60°。多重共晶取向关系的产生归因于初生相生长方向的变化、初生相从NiSi相到NiSi2相的变化以及生长方式从耦合共晶生长到非耦合共晶生长的转变。第二共晶相外延生长于初生共晶相时可以遵循一种共晶取向关系或多种共晶取向关系,这是一种较为独特的现象。
  • 曾维敬,胡 坤,刘华山,彭海龙,蔡格梅,金展鹏
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1839-1848.
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    利用X射线粉末衍射数据结合Rietveld结构精修方法研究并确定两个新三元相Ti(Cu,Pt)2 和 Ti(Cu,Pt)3的晶体结构。使用电子探针(EPMA)检测样品的成分,同时结合纳米压痕技术和第一性原理计算对其弹性性能进行研究。研究发现,Ti(Cu,Pt)2的空间群为Amm2 (No. 38),与VAu2有着相同的结构类型。Ti(Cu,Pt)3的结构为四方晶系的AlPt3结构类型,属于P4/mmm空间群 (No. 123)。纳米压痕测量和第一性原理计算表明,Ti(Cu,Pt)2的弹性模量随Pt含量的增加先增大,然后减小;而Ti(Cu,Pt)3的弹性模量随Pt含量的增加几乎呈线性增加。
  • 陈 丹,姜伊辉,李玉发,刘 笛,何降坛,曹 飞,梁淑华
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1849-1856.
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    利用固-液和液-液反应喷射沉积法并结合冷轧和退火工艺制备原位TiB2/Cu复合材料,对比分析该复合材料的显微组织和性能。结果表明,TiB2/Cu复合材料的显微组织和性能主要受反应方式和轧制处理的影响。利用液-液反应法可使原位反应更充分地进行,而通过轧制和退火处理可使复合材料原始沉积坯的致密度和性能得到优化。利用液-液反应喷射沉积制备的轧制态TiB2/Cu复合材料的综合性能(401 MPa和83.5% IACS)优于利用 固-液反应喷射沉积制备的轧制态TiB2/Cu复合材料的综合性能(520 MPa和20.2% IACS)。
  • 姜雁斌,李永帅,雷宇,谢建新,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1857-1872.
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    对采用固/液连铸复合成形工艺制备的外径8.5 mm黄铜包覆纯铜绞线复合坯进行拉拔加工,研究拉拔过程中复合材料横截面结构、组织和力学性能的变化规律与变形机制。结果表明:复合坯具有良好的表面质量和冶金结合的黄铜/纯铜界面,断后伸长率达到53.1%。拉拔过程中,纯铜绞线与黄铜包覆层的协同变形程度较高。随着总变形量的增大,纯铜绞线发生塑性变形流入各纯铜线之间构成的三角弧形间隙区,当总变形量增大至50%时,三角弧形间隙区被纯铜填满。随着总变形量增加至63%,纯铜绞线内部先后产生位错胞、条状微晶带等组织;黄铜包覆层内部先后形成平面位错网、相互交叉的形变孪晶和切变带,主要变形机制依次为位错平面滑移、形变孪生和剪切变形机制。复合材料的抗拉强度由铸态的240 MPa增大到总变形量63%的519 MPa,而断后伸长率由铸态的53.1%降低到3.2%。“固/液连铸复合成形→拉拔”短流程加工方法可适用于制备高速铁路贯通地线用黄铜包覆纯铜绞线复合材料。
  • 柯贵州,岳锐,黄华,康斌,曾晖,袁广银,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1873-1883.
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    系统研究纯锌和 Zn-xSr (x=0.1%, 0.4%, 0.8%, 质量分数)合金热挤压后的显微组织、力学性能及体外降解行为。研究发现:添加 0.1% Sr 后合金中析出SrZn13相,使挤压后合金的屈服强度、抗拉强度及伸长率由纯锌的(85.33±2.86) MPa、(106.00±1.41) MPa和(15.37±0.57)%分别提高到(107.67±2.05) MPa、(115.67±2.52) MPa和(20.80±2.19)%;继续增加Sr含量,由于析出粗大的SrZn13相,容易引用应力集中和裂纹产生,使合金的性能下降。此外,分布不均匀的SrZn13相与基体之间存在的微电偶腐蚀作用使得添加Sr后合金的体外降解速度加快,同时,降解变得不均匀。随着Sr含量的增加,降解速度逐渐加快,由纯锌的(11.45±2.02) mm/a逐渐增加至 Zn-0.8Sr的(32.59±3.40) mm/a。其中,挤压态Zn-0.1Sr 合金具有最佳的综合力学性能与降解性能。
  • 彭健,李紫勇,冀新波,孙衍乐,付立铭,单爱党,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1884-1894.
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    研究大变形冷轧1.3 at.%碳掺杂等摩尔比FeCoCrNiMn高熵合金在500 °C退火下的相分解动力学和相应的力学性能演变。该高熵合金为面心立方结构(FCC)的单相固溶体,随着退火时间的延长,合金中先析出M23C6+L10,随后析出B2,最后析出σ相。L10、B2和σ相的分解动力学遵循Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK)方程。冷轧后FCC结构高熵合金的屈服强度为1520 MPa;在500 °C下退火1 h后,合金中析出纳米尺寸的M23C6和L10相,合金的屈服强度可达1920 MPa;当退火时间延长至2 d时,合金中析出的M23C6和L10相体积分数增大且晶粒粗化,合金的强度和塑性均下降;退火4~32 d后,B2和σ相的析出使合金的硬度增加;退火32~64 d后,合金几乎全部由FCC相分解成M23C6、L10、B2和σ相,此时合金的硬度约为HV 760。该合金的分解动力学可用于指导含碳高熵合金的热处理。
  • 罗广圣,洪宇昊,周卫平,程振之,马驰骋,吴仲楷,黄欢欢
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1895-1903.
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    通过常规的固相烧结法成功制备Ni0.5Zn0.5Fe2-xCrxO4(0≤x≤0.5)铁氧体,并研究Cr离子掺杂对铁氧体结构、电学及磁学性能的影响。粉末X射线衍射结果表明,所有制备的样品没有杂相,均生成结晶良好的纯尖晶石结构。随着Cr离子掺杂量增加,样品的晶格常数和微晶尺寸逐渐减少。磁性测量结果表明,饱和磁化强度随Cr离子掺杂而大幅度减少,从未掺杂时的73.5 A·m2/kg减少到掺杂比分为0.5时的46.3 A·m2/kg。室温电阻率随着Cr离子的掺杂增加至少4个数量级,在掺杂比分为0.5的样品中达到1.1×108 Ω·cm。所有尖晶石样品的介电常数随着频率的增加单调减小,表现出正常的介电色散行为。介电常数随Cr离子掺杂量的变化趋势与电阻率随Cr离子掺杂量的变化趋势相反,掺杂导致Fe2+/Fe3+电偶极子数量减少,表明铁氧体中极化机制和导电机制存在着内在的关联。
  • 黎烈武,王丽平,张明瑜,黄启忠,何克坚,吴飞翔
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1904-1915.
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    为了提高锰氧化物负极材料的倍率和循环性能,采用沉淀法及热处理法,通过调控Mn2O3与Se粉的反应温度,制备MnO/Mn3O4/SeOx (x=0, 2)复合负极材料。MnO/Mn3O4/SeOx负极在3 A/g电流密度下经过560次充放电循环后放电比容量为1007 mA·h/g。循环伏安法定量分析结果表明,在2.0 mV/s的扫描速率下赝电容贡献率高达89.5%。研究结果表明,MnO与Mn3O4之间存在明显的协同效应。
  • Mining, Minerals Processing and Metallurgical Engineering
  • 刘智振,曹平,林杭,孟京京,汪亦显
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1916-1927.
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    将广义非线性Baker破坏准则与上限极限分析法相结合,研究地下硐室围岩稳定性。通过扩展地下硐室二维破坏模式,建立一种三维破坏模式;基于建立的三维破坏模式,给出围岩压力上限表达式。在分析尺度参数、曲率参数、位置参数和侧压系数对围岩压力的影响前,通过一系列实例验证该方法的有效性。根据研究结果,确定地下硐室的破坏范围。得到以下结论:(1)采用本文提出的方法预测的围岩压力比基于Mohr-Coulomb破坏准则预测的围岩压力更精确;(2)尺度参数、曲率参数、位置参数和侧压系数越大,围岩越稳定;(3)根据上限解可以预测三维模型的破坏范围。
  • PaulCHIRI??,M?d?linaI.DUINEA,LauraG.S?RBU,LucianM.B?RS?,MihaelaBAIBARAC,FlorinelSAVA,ElenaMATEI
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1928-1942.
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    研究4-(2-羟苯基)-2-(-4-吗啉基)-1,3-噻唑(Pr02)、1-(3,5-二溴-2-羟苯基)-1-(2-氧乙基)-N,N-二乙基二硫代氨基甲酸酯(Pr04)和1-(5-溴-2-羟基-3-甲苯基)-1-(2-氧乙基)-O-乙基黄原酸酯(Pr06)对黄铜矿(CuFeS2)在温度 25 °C、pH 2.5的空气平衡溶液中液相氧化反应的影响。采用动电位极化、电化学阻抗谱(EIS)、能谱扫描电镜(SEM/EDX)分析、液相间歇实验、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼散射以及量子化学计算等方法研究这些影 响,发现阳极电流密度按EtOH> Pr02> Pr04> Pr06的顺序降低。这些结果以及EIS测量结果表明,Pr02、Pr04和Pr06是黄铜矿液相氧化的有效阳极抑制剂。拉曼散射和FTIR光谱分析表明,矿物表面形成的元素硫、多硫化物和羟基氧化铁与黄铜矿的液相氧化抑制作用无关。量子化学计算表明,所测试的化合物在黄铜矿表面的吸附在能量上是有利的,从而可以解释所观察到的这些化合物的抑制作用。
  • 姚理为,闵小波,徐慧,柯勇,王云燕,林璋,梁彦杰,刘德刚,许秋婧,何逾洋
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1943-1955.
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    以铜冶炼和铅锌冶炼产生的硫化砷渣为研究对象,采用XRD、Raman、SEM-EDD、TG-DTA、XPS和化学物相分析等检测手段研究其理化特性。采用毒性浸出程序(TCLP)、毒性浸出测试国家标准(CSLT)、三步连续浸提程序(BCR)和批次浸出实验(BLE)分析硫化砷渣的环境稳定性。不同冶炼厂的硫化砷渣理化和环境特性具有明显的差异。物相组成和显微分析表明,ASS-I主要由超细的絮状颗粒组成,这种颗粒为粘附有无定型硫的无定型硫化砷。AAS-II主要组成为无定型硫化砷。两种来源的硫化砷渣中砷均为正三价,但是硫的价态组成则有所不同。同时,两种来源的硫化砷渣均具有热不稳定性。TCLP和CSLT结果表明,浸出液中砷和铅的浸出浓度超过了标准限值。超过5%和90%的砷以酸可溶态和可氧化态赋存,这解释了硫化砷渣砷浸出毒性高、环境活性强的原因。本研究为铜和铅锌冶炼企业的硫化砷渣的处置提供了全面的信息参考。
  • 刘风琴,谢明壮,刘伟,赵洪亮,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1956-1963.
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    铝电解废槽衬(SPL)因其含有大量可溶性氟化物和少量剧毒氰化物而被列为危险固体废弃物。对运行了2396天的350 kA铝电解槽中氟化物和氰化物的分布状况进行检测分析,研究废槽衬中毒害物质的足迹和腐蚀机理。研究结果表明,氟化物主要集中在阴极炭块和阴极下方的干式防渗料层中,这与氟化物在此区域的渗透状态密切相关。氰化物浓度在电解槽中部位置较低,而侧壁高浓度的氰化物与进入电解槽内该区域的空气量呈正相关。
  • 曹攀,张霜华,郑雅杰,河汉兵,赖慎志,王行军,谭兵
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1964-1979.
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    采用对比方法研究难冶金精矿焙砂和烟尘氰化浸金的差异。结果表明,直接氰化时焙砂和烟尘中金的浸出率分别为85.31%和54.30%。砷、碳含量及其存在形式是导致两者金浸出率差异的主要原因。对于NaOH预处理后氰化浸金,焙砂和烟尘中金的最大浸出率分别为87.70%和58.60%。有害元素的脱除、碱浸预处理过程中金的损失及铁氧化物的阻碍共同决定碱浸预处理后焙砂和烟尘中金的浸出率。经H2SO4预处理后,焙砂和烟尘中金的最大浸出率分别达到94.96%和80.40%。碳质物的影响是焙砂和烟尘中金浸出率差异的主要原因。基于这些差异,提出两种适宜工艺,焙砂和烟尘中金的浸出率分别达到94.91%和91.90%。
  • 李小斌,周兆宇,王一霖,周秋生,齐天贵,刘桂华,彭志宏,
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1980-1990.
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    研究3种高铁三水铝石型铝土矿的矿物学特征以及不同拜耳法溶出条件对铁矿物富集与分离的影响。结果表明,添加合适的有机物还原剂,例如甘油,可以促进伴生的一水硬铝石,一水软铝石和铝针铁矿的溶出,同时还可以促进针铁矿向赤铁矿转化。利用拜尔法还原溶出处理高铝硅比三水铝石型铝土矿(A/S=25.41)可直接产出合格铁精矿(TFe>56%),实现赤泥的零排放。对于中低A/S的矿石(7.82和3.35),通过重选获得的铁精矿中相应全铁含量分别为52.05%和50.16%,铁回收率分别为65.13%和79.13%,赤泥排放量减少约50%以上。
  • 朱学红,张梓滔,张宏伟,汪秋芬
    中国有色金属学报(英文版). 2020, 30(7): 1991-2000.
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    运用非线性Granger因果关系检验和DCC-GARCH模型,对人民币国际化和有色金属价格变动之间的关联性进行实证研究。结果表明:人民币国际化与有色金属价格变动之间的关联是复杂的非线性机制;在2009年7月开展人民币结算试点之前,人民币国际化与有色金属价格变动之间互不影响;然而,在人民币结算试点开展后,人民币国际化与铜价的互动表现为双向性;对铝而言,存在由铝价变动到人民币国际化的单向非线性因果关系。此外,受经济金融危机等极端事件的影响,人民币国际化与有色金属价格变动并不总是表现出正向关联,有时也呈现负相关性。