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期刊信息/Journal information
中南大学学报（自然科学版）
中南大学
中南大学学报（自然科学版）

中南大学

黄伯云

月刊

1672-7207

zngdxb@csu.edu.cn

0731-88879765

410083

湖南省长沙市中南大学校内

中南大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Central South University（Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中南大学主办的一本以有色金属和稀有金属为主的综合性学术刊物，主要刊登地质采矿、矿物工程、有色冶金、材料科学与工程、机械工程、自动控制工程、计算机科学、应用数理化等方面的学术论文和科研成果，可供有关高等院校师生，研究院研究人员、厂矿企业及地质队工程技术人员在教学、科研和生产工作中参考。
正式出版
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    计算化学在黄铜矿浮选中应用的研究进展

    姚钰昀付博张晨阳王锦柯...
    4135-4150页
    查看更多>>摘要：铜作为战略关键金属，在国民经济与新兴产业发展中占据核心地位，黄铜矿是其重要来源。浮选技术作为黄铜矿分选的关键技术，其药剂的创新对推动选矿行业绿色可持续发展至关重要。当前，从矿物晶体化学、固体物理及配位化学等微观视角深入探究药剂与黄铜矿的相互作用机制，成为浮选分离基础研究的核心内容。随着高性能计算与AI技术的飞速发展，计算化学为矿物浮选行为研究提供了强大工具。本文聚焦于黄铜矿浮选体系，概述了新型捕收剂与抑制剂的应用进展，并阐述了计算化学在浮选药剂设计、矿物晶体及表界面结构解析、药剂界面作用机制探索中的最新成果。在黄铜矿计算模拟中，模型构建与方法参数设定至关重要，需特别关注矿物的磁性与强关联性，常采用反铁磁性与Hubbard U修正进行设置，参数需针对具体体系进行优化。此外，计算时需矿物表面的非理想性与荷电特性要求进行电荷补偿。当前研究多集中于静态结构模拟，缺乏动态界面效应考量。未来，应发展高精度计算方法，如针对强关联体系的方法并通过系统测试优化模型与参数，以更精准地模拟带电缺陷体系。同时，结合机器学习技术，构建高精度大体系界面力场模型，实现黄铜矿复杂表界面体系的高精度分子动力学模拟，为铜矿资源的高效、清洁、精细化利用提供坚实的理论与方法支撑。

    计算化学浮选界面黄铜矿

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    钙离子对白云母与石英选择性分离影响的量子化学研究

    刘艳徐芮孙伟黄景华...
    4151-4163页
    查看更多>>摘要：以白云母、石英矿物为代表，通过浮选试验及Zeta电位测试研究Ca2+在白云母、石英表面的吸附行为及对白云母、石英这2种矿物浮选分离行为的影响。采用密度泛函理论计算方法研究钙离子络合物在2种矿物表面不同位点的吸附亲和性，揭示钙离子络合物在这2种矿物表面的吸附机理。研究结果表明:白云母对Ca2+的吸附作用强于石英对Ca2+的吸附作用，加入4×10-5 mol/L Ca2+可以将白云母的回收率提升至91。38％，而将石英的回收率降低至1。21％;Ca2+以[Ca(H2O)4]2+络合物的形式通过与矿物表面的Os原子结合形成Ca—Os键和氢键，稳定吸附于白云母和石英表面;络合物中Ca原子对AlOSi位点中Os原子的吸附亲和性强于SiOH中Os原子的吸附亲和性，因而，[Ca(H2O)4]2+更倾向于吸附在白云母表面。

    钙离子白云母石英吸附密度泛函理论计算

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    黄原胶在氧化锌矿浮选中的作用机理及应用

    张政权覃文庆焦芬魏茜...
    4164-4174页
    查看更多>>摘要：针对高泥质氧化锌矿回收过程中，微细粒方解石导致氧化锌矿物难以高效浮选分离的问题，通过浮选试验、激光粒度分析、光学显微镜观测等手段，研究黄原胶对高泥质氧化锌矿浮选回收的影响与作用机理。结果表明:添加调整剂黄原胶可以有效消除微细粒方解石的不利影响，提高氧化锌精矿中的Zn品位，降低Ca含量，显著提高了氧化锌精矿的质量;硫化锌与氧化锌混合精矿中，Zn品位达到26。44％、Zn回收率达到81。09％;黄原胶对微细粒方解石具有选择性絮凝作用，经黄原胶作用后其颗粒粒度(D90)由9。48μm增大至279。74μm，有效降低了微细粒方解石机械夹带进入浮选泡沫的可能性，同时，黄原胶分子中大量的丙酮酸基团与羟基也提高了絮凝颗粒的亲水性，对微细粒菱锌矿的颗粒尺寸无明显影响。

    菱锌矿方解石黄原胶浮选选择性絮凝

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    疏水基碳链长度对胺类表面活性剂浮选性能的影响

    郭颖刘文刚刘文宝包凌云...
    4175-4183页
    查看更多>>摘要：首先，选取癸胺(DA)、十二胺(DDA)、十四胺(TDA)和十六胺(HDA)这4种不同疏水基碳链长度的表面活性剂作为研究对象;其次，以石英和赤铁矿作为目的矿物，利用单矿物浮选试验考察了疏水基碳链长度对药剂浮选性能的影响;最后，通过表面张力、接触角、泡沫性能测试分析了药剂临界胶束浓度、起泡能力、泡沫稳定性以及与矿物的吸附能力和疏水能力的变化。研究结果表明:随着疏水基碳链长度增加，药剂的捕收能力呈先增强后减弱的趋势，其中DDA和TDA对石英和赤铁矿的捕收能力更强;增长疏水基碳链降低了药剂的溶解性，从而导致其最佳浮选pH逐渐降低;随着疏水基碳链长度增加，药剂的临界胶束浓度和表面张力逐渐降低，但是降低幅度逐渐减小，因此，适当增加疏水基碳链长度有利于矿物颗粒与气泡发生黏附;与药剂作用后，矿物表面自由能降低，接触角均有不同程度增大，矿物表面疏水性增强，其中，DDA和TDA体系下矿物表面疏水性变化显著;增加疏水碳链长度和加入石英颗粒有助于提高药剂的起泡性能和泡沫稳定性;当疏水基碳链长度为12和14时，药剂具有适宜的溶解性、疏水性、起泡性和泡沫稳定性，有利于有用矿物的浮选分离。

    疏水基碳链长度胺类表面活性剂浮选性能泡沫稳定性

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    四川某高品位磁铁精矿工艺矿物学特征

    戴川何浩陈攀宋林...
    4184-4195页
    查看更多>>摘要：超纯铁精矿(TFe质量分数≥72。0％)广泛用于制备高性能铁基材料。本文以四川某高品位磁铁精矿为研究对象，采用化学分析、X荧光光谱分析(XRF)、激光粒度测试、光学显微镜、扫描电子显微镜-X射线能谱(SEM-EDS)和矿物解离分析仪(MLA)等分析测试手段，对该矿样的化学成分、矿物组成、矿物嵌布特征及其连生关系、矿物解离度、矿物类质同象取代等进行研究。研究结果表明:在磁铁精矿中，TFe品位为69。49％，Al2O3和SiO2质量分数分别为0。85％、1。95％;主要含铁矿物为磁铁矿，其质量分数达到94。69％;次要含铁矿物为赤褐铁矿、菱铁矿、钛铁矿以及磁黄铁矿;磁铁矿多呈半自形或不规则粒状产出，磁铁矿整体嵌布粒度较大，变化范围大多为0。02～0。30 mm，大部分呈单体产出，其单体解离度为97。17％;脉石矿物主要为石英、绿泥石、云母、磁黄铁矿，其整体嵌布粒度较大且解离度低，在后续选矿流程中必须进行磨矿作业使其与磁铁矿解离;磁黄铁矿性质与磁铁矿性质接近，分离难度较大，磁黄铁矿中的S元素对精矿品质产生不利影响;磁铁矿中存在Fe、Al类质同象，Al元素难以采用常规的物理分选脱除;磁铁矿中Fe质量分数为72。09％，理论上具有制备超纯铁精矿的条件。

    磁铁矿超纯铁精矿工艺矿物学嵌布特征解离度

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    Sb2S3前驱体的结晶调控及储锂性能研究

    袁正巧陈星齐曾子豪孙伟...
    4196-4203页
    查看更多>>摘要：在Sb2S3制备过程中，通过调节不同的反应温度获得晶型和粒度各异的前驱体颗粒。研究结果表明:在60℃合成的Sb2S3前驱体颗粒粒径适中，循环后的容量最高;针对Sb2S3-60℃前驱体进行进一步烧结处理后，所合成的棒状结构表面光滑，缺陷较少，并且分布均匀;Sb2S3-60℃-H@C在0。1 A/g的电流密度下首圈放电容量达916 mA·h·g-1，50圈循环后的容量保持率仍然接近90％，且Sb2S3-60℃-H@C在5 A/g下的容量为496 mA·h·g-1，表明其具有很强的电化学可逆性。显然，在60℃合成的材料结构稳定，离子扩散能力强，能够有效减小体积膨胀和多硫化物的穿梭，从而获得优异的锂离子存储性能，因此，通过优化Sb2S3前驱体的合成条件，对其形貌、粒径以及其他内部特性进行调控是制备高性能锂离子电池阳极的关键环节。

    锂离子电池负极材料Sb2S3前驱体晶型调控电化学性能

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    活化煤矸石基改性沥青流变性能评价及微观机理

    文壮金娇刘帅饶如意...
    4204-4216页
    查看更多>>摘要：为推动废弃煤矸石高效、高值、建筑化利用，实现矿业与交通行业协同、无害化、资源化可持续发展，基于活化煤矸石基材料高比表面积与强吸附性的优点，本文首先采用高温煅烧、湿法碱溶和干法碱熔3种工艺对煤矸石粉进行处理，得到了3种活化煤矸石粉和4种改性沥青;其次，通过微观测试手段研究各煤矸石粉的内部微观结构;最后，评价了煤矸石基改性沥青的流变性能及其改性机理。研究结果表明:高温煅烧后煤矸石片层状结构出现破裂，呈现疏松颗粒状;湿法碱溶后煤矸石表面生成大量胶凝材料，比表面积增大15。7倍;干法碱熔后煤矸石形成孔隙丰富的骨架结构，比表面积增大25。0倍;相比于基质沥青，湿法碱溶、干法碱熔活化煤矸石改性沥青的车辙因子和不可恢复蠕变柔量等评价指标均得到不同程度提升，证明活化煤矸石基材料能显著改善沥青的高温流变性能;在-18℃下，高温煅烧活化煤矸石改性沥青的表现较好的低温性能;煤矸石基改性沥青自由能增大，表明材料之间具有良好的界面黏附性，且主要以物理吸附和分子作用力为主;活化煤矸石的多孔结构通过吸附轻质组分，在沥青基体中形成"结构沥青"，进而产生空间约束力来限制沥青大分子链移动，提高沥青高温稳定性。

    道路工程活化煤矸石改性沥青流变性能微观分析改性机理

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    菱镁矿尾矿中钙质量分数对硫氧镁水泥胶凝性能的影响

    王帅超刘文刚刘文宝李维超...
    4217-4225页
    查看更多>>摘要：为探究尾矿中杂质因子(钙)在硫氧镁水泥体系中的影响，以菱镁矿尾矿为原料制备硫氧镁水泥并将其作为研究对象。首先，以菱镁矿尾矿为基础，向其中掺加白云石，改变尾矿中的钙质量分数;然后，对硫氧镁水泥进行凝结时间测定和单轴抗压强度试验;最后，采用热重及差热、X射线衍射、扫描电镜等分析方法研究钙质量分数对硫氧镁水泥水化产物、力学性能、凝结时间以及微观形貌的影响。研究结果表明:硫氧镁水泥主要由未完全反应的氧化镁(MgO)和水化产物3Mg(OH)2·MgSO4·8H2O(318相)、氢氧化镁(Mg(OH)2)、二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)以及碳酸镁(MgCO3)组成;菱镁矿尾矿中钙质量分数增加，硫氧镁水泥水化产物中318相晶体逐渐减少，Mg(OH)2和CaSO4·2H2O晶体逐渐增加，致使硫氧镁水泥试块的力学强度逐渐降低;菱镁矿尾矿中钙质量分数增加将导致煅烧产物中活性MgO的质量分数及活性度降低，游离氧化钙的质量分数升高;钙质量分数增加使硫氧镁水泥的水化反应速率明显升高，凝结时间大幅缩短，同时导致硫氧镁水泥水化反应不能完全进行，水化产物生成量减少。

    菱镁矿尾矿硫氧镁水泥钙质量分数水化产物微观形貌

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    蒙脱土基催化材料改性沥青混合料路用性能及其催化性能评价

    金娇陈晖文张扮刘帅...
    4226-4235页
    查看更多>>摘要：以石墨相氮化碳(g-C3N4)作为降解汽车尾气的光催化剂，将蒙脱土有机化处理后与三聚氰胺结合制备光催化复合材料(CNM)，探讨g-C3N4和CNM的吸光特性和微观结构。制备g-C3N4和CNM改性沥青混合料，研究改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性，并探索g-C3N4和CNM改性剂及其改性沥青混合料对NO、CO和HC的光催化降解效果。研究结果表明:CNM在全波段范围内吸光度比g-C3N4的大，在波长为300～480 nm范围内吸光度显著提升;g-C3N4和CNM改性沥青混合料高温稳定性和水稳定性得到提升，且低温抗裂性满足规范要求;g-C3N4和CNM改性剂及其改性沥青混合料对NO的降解效果优于CO和HC对NO的降解效果，且CNM的降解效率高于g-C3N4的降解效率。

    蒙脱土石墨相氮化碳沥青混合料汽车尾气光催化降解

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    钼尾矿粉对砂浆强度和微结构影响的试验研究

    韩志园杨鹰孟维琦范佳志...
    4236-4248页
    查看更多>>摘要：以钼尾矿粉(molybdenum tailings powder，MTs)作为掺合料，采用标养和蒸养2种养护制度，制备砂浆和净浆，研究MTs掺量和养护方式对砂浆力学强度的影响，并通过压汞(MIP)、热重(TG)和扫描电镜(SEM)等方法探讨不同养护条件下MTs对净浆孔结构、微观形貌特征以及水化产物种类和含量的影响。研究结果表明:随龄期增长，标养和蒸养砂浆的抗折和抗压强度均逐渐增大，但蒸养组砂浆的早期强度均比对应标养组的高。当MTs掺量不超过15％时，蒸养MTs砂浆1 d的强度不低于相应标养净浆28 d强度的70％，且标养和蒸养MTs砂浆28 d强度均不低于相应纯水泥浆体强度的90％。在标养和蒸养条件下，在净浆中掺入适量MTs后，均显著降低了有害孔的比例，增加了少害孔的比例，优化了浆体的孔结构。与基准组相比，尤其当MTs掺量为15％(质量分数)时，在蒸养条件下，净浆中孔径为[20，50)nm的少害孔增加了64。7％，孔径为200 nm以上的多害孔降低了26。7％，最可几孔径减小了11。6％。掺入MTs后，没有新的水化产物种类生成，且由于MTs的火山灰效应，促进了浆体中水泥的二次水化反应，生成了更多水化产物填充孔隙，从而使浆体微结构变得致密。掺入适量的MTs后，砂浆的力学强度并未显著降低，生成的水化产物减小了水泥基材料的孔径，增加了密实性。采用MTs作为掺合料制备低碳型水泥基材料，可以减少水泥基材料中的水泥用量，降低建筑行业的碳排放，便于钼尾矿在水泥基材料中的推广应用，实现了钼尾矿的资源化利用。

    钼尾矿粉养护方式水泥基材料力学性能微结构

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