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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。
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    煤矸石磨粉与黄土采空区注浆材料流动性能对比实验

    刘浪杨军军王若帆孙伟吉...
    4249-4259页
    查看更多>>摘要：煤矸石处置问题严重制约煤炭行业可持续发展.使用煤矸石磨粉材料替代黄土进行采空区注浆,有助于大规模消纳煤矸石.首先,通过实验,研究了煤矸石磨粉与黄土的注浆流动性能;其次,调整脱硫石膏、粉煤灰、气化渣3种固废外加剂的掺量,优化煤矸石磨粉注浆材料流动性能;第三,分别分析添加木质素磺酸钠及奈系减水剂对煤矸石注浆材料流动性的影响规律;最后,以大柳塔煤矿为工程背景,确定了煤矸石注浆流动性最优的材料配比.研究结果表明:煤矸石磨粉粒径整体较小,其注浆流动性比一般黄土材料的流动性差;添加固废外加剂可提高煤矸石磨粉材料的流动性;以脱硫石膏作为固废外加剂的提升效果最明显,提升幅度达到19.28％.当煤矸石、粉煤灰和脱硫石膏的质量分数分别为60％、10％和30％,且木质素磺酸钠减水剂占总固体质量的0.5％时,所制备的质量分数为50％的煤矸石注浆材料具有最佳的流动性能.

    煤矸石注浆材料黄土固废外加剂流动性

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    高冰镍氨法浸出及制备电池级硫酸镍的技术研究

    何睿牛臻周季龙付心壮...
    4260-4273页
    查看更多>>摘要：针对高冰镍硫酸浸出制备电池级硫酸镍工艺对设备及操作条件要求高、净化除杂流程长等问题,对高冰镍氨法浸出及利用氨浸液制备电池级硫酸镍的技术路线进行研究.研究结果表明:在(NH4)2SO4-NH3-H2O体系下,控制镍与总氨物质的量比为1꞉6,反应温度为60℃,液固比为7.5꞉1,氧分压为2 MPa,反应时间为2 h,对某红土镍矿型高冰镍进行一段浸出,镍浸出率达99.14％,且得到镍质量浓度为90.018 g/L、其余杂质元素质量浓度均低于0.95 g/L的氨浸液;以LIX 54-100为萃取剂,控制体积用量、有机相与液相体积比及萃取时间对氨浸液进行四级萃取除杂,可将其中的杂质元素高效去除,而镍损失率低于2.3％;对第四级萃余液进行蒸氨补酸、过滤、滤液结晶、热解、溶解调pH结晶后制备的硫酸镍产品符合电池工业用精制硫酸镍(GB/T 26524—2023 I类)标准,该技术具有效率高、流程短及能耗低等特点.

    高冰镍氧压氨浸萃取除杂电池级硫酸镍

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    微波预热强化某难浸氧化铜矿浸出行为及机理

    李阳寇珏傅钰辉王培龙...
    4274-4282页
    查看更多>>摘要：非洲某难浸氧化铜矿中的铜主要赋存于云母层间结构中,当地湿法冶炼厂采用加温搅拌酸浸工艺处理,浸出时间长,浸出温度高,导致作业能耗高.为提高铜的浸出率,降低浸出温度、缩短浸出时间,开展了微波预热强化该氧化铜矿浸出研究.首先,研究了原矿的工艺矿物学特征;其次,研究了不同影响因素下该难浸氧化铜矿的浸出行为;最后,分析了微波预热强化该难浸氧化铜矿浸出的机理.研究结果表明:该矿石黑云母中赋存大量铜,绢云母中并不含铜;提高微波预热功率、增加微波预热时间,铜的浸出率会随之上升,但预热时间过长时铜的浸出率不再上升,且会导致能耗增加;提高硫酸用量和浸出温度、增加浸出时间均有利于铜的浸出,其参数可在微波预热处理的基础上进一步优化;在微波预热功率为350 W、微波预热时间为10 min、硫酸用量为75 kg/t、浸出温度为55℃、浸出时间为200 min的条件下,铜的浸出率最高可达到77.05％;与当地湿法冶炼厂采用的加温搅拌酸浸工艺相比,硫酸用量降低15 kg/t,铜的浸出率提高1.92％,同时可将浸出温度降低10℃、浸出时间缩短40 min,降低了浸出能耗.微波预热可使原矿中黑云母层间距变大,使黑云母的比表面积增加,有利于硫酸进入黑云母层间与更多的铜直接接触并发生反应,提高铜的浸出率.

    氧化铜矿含铜黑云母加温搅拌酸浸微波预热浸出能耗

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    硫铁矿还原净化含铁渣酸浸液制备硫酸亚铁

    童丽嵘杨喜云吴玉楼朱静...
    4283-4294页
    查看更多>>摘要：蛇纹石中和渣中含有大量的铁和少量的Ni、Co、Cr、Al元素,为了回收其中的铁,需要脱除Ni、Co、Cr、Al杂质.为此,采用硫酸浸出蛇纹石中和渣得到酸浸液,并用红透山硫铁矿还原,再经天然磁黄铁矿一步脱除Ni、Co、Cr、Al,得到纯净的硫酸亚铁溶液,经蒸发结晶制备高纯硫酸亚铁,同时分析磁黄铁矿的除杂机理.研究结果表明:在温度为85℃、反应时间为260 min条件下,酸浸液中99.99％的Fe3+被硫铁矿还原;在温度为90℃、液固比为1.25,反应时间为8 h的条件下,还原液中Ni、Co、Cr、Al的脱除率分别达到99.99％、99.99％、99.56％、91.24％,将所得硫酸亚铁经净化液蒸发结晶得到七水合硫酸亚铁,各项指标均达到GB/T 664—2011中化学纯试剂标准;磁黄铁矿以离子交换脱除Ni、Co,以硫化沉淀脱除Cr,以水解吸附脱除Al.

    含铁渣酸浸液还原净化硫铁矿硫酸亚铁

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    磁黄铁矿及共伴生有价金属生物浸出研究进展

    付政刘学温建康高文成...
    4295-4307页
    查看更多>>摘要：为了更好地解决磁黄铁矿及共伴生有价金属高效绿色回收利用的问题,本文对磁黄铁矿及共伴生有价金属的生物浸出研究进展进行总结.首先,分析了磁黄铁矿的化学可浸性;其次,介绍了磁黄铁矿生物浸出过程及机理;最后,总结了菌种类型及选育驯化、接种量、pH、矿浆浓度和矿石的预处理等对生物浸出工艺的影响,分析了磁黄铁矿中镍和金等共伴生金属的回收工艺.研究结果表明:磁黄铁矿在酸性条件下的氧化主要在于表面富硫层的循环反应;磁黄铁矿的生物浸出主要有间接作用、间接接触作用和直接接触作用3种机理,浸出反应的本质为铁硫的氧化,原电池效应、细菌产生的胞外聚合物(EPS)、铁矾及硫钝化层对生物浸出也有着重要的影响;不同菌种对磁黄铁矿的浸出效果不同,适当提高细菌接种量、降低矿浆浓度、保持较低的pH、对选用菌种的驯化以及使用硫酸对脉石进行预处理,能够提高磁黄铁矿生物浸出的效果;磁黄铁矿的生物浸出对其伴生的镍、钴和金等有价金属具有良好的浸出效果,浸出率均可达80％以上.未来对磁黄铁矿生物浸出的研究重点在于调控钝化层、通过各种调控手段抑制或控制表面钝化层的生成、生物浸出液中铁含量的平衡调控及铁的资源化、高值化利用,并逐步将实验室研究成果应用于工业生产.

    磁黄铁矿生物浸出浸出机理共伴生有价金属资源利用

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    新生磁铁矿空气氧化非等温动力学研究

    曹一斐祝昕冉孙永升韩跃新...
    4308-4317页
    查看更多>>摘要：以昆钢包子铺褐铁矿还原焙烧得到的新生磁铁矿为研究对象,采用同步热分析仪在空气气氛下对新生磁铁矿进行热重分析,开展氧化反应非等温动力学研究.根据Satava-Sestak积分法、Flynn-Wall-Ozawa法和Kissinger法计算,确定新生磁铁矿氧化反应动力学最概然模型为D3扩散模型,积分形式为[1-(1-α)1/2]2,反应的表观活化能Eα=119.181 kJ/mol,指前因子A=2.22×1014 min-1.本研究可为难选铁矿石磁化焙烧空气冷却技术提供理论参考.

    难选铁矿石磁化焙烧空气冷却氧化反应非等温动力学

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    退役锂离子电池电解液与负极材料回收利用现状与进展

    杨亚凯张豪宋东祺万浩...
    4318-4331页
    查看更多>>摘要：现有退役锂离子电池的回收利用研究中对正极材料的回收研究较多,本文将重点综述电解液和负极材料回收与利用现状.首先,对退役锂离子电池预处理技术进行综述,其次,对电解液的收集与其中锂盐的转化回收方法进行详细介绍,然后,对负极材料(主要为石墨)湿法、火法及其联合工艺等回收再生石墨的研究现状进行阐述,同时对负极材料再生为石墨烯、吸附剂和催化剂等其他功能材料的研究进展进行评述,最后,对负极材料的回收再生利用面临的挑战及机遇进行总结和展望,以期为退役锂离子电池负极材料的回收利用提供参考.

    退役锂离子电池电解液负极材料石墨回收与再生

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    退役锂离子电池超临界CO2剥离回收机制

    付元鹏董宪姝樊玉萍马晓敏...
    4332-4341页
    查看更多>>摘要：通过自主试制超临界CO2(SC CO2)流体装置,利用超临界流体良好的溶解能力和传质特性提高锂电材料黏结体系在溶剂中的溶解率,提高电极材料高效剥离和回收效率.基于表面基团属性、颗粒团聚形貌及粒度分布特性对电极材料剥离及有机黏结剂的运移机制进行研究.研究结果表明:以二甲亚砜(DMSO)为共溶剂,在SC CO2系统温度为70℃、压力为8 MPa及时间为20 min试验条件下,电极材料的最佳解离效率达到96.7％;由于黏结剂从电极材料表面溶解脱除,并在CO2流体协同运移作用下与电极材料分离,因此,正极材料的团聚程度降低,活性电极材料得以分离回收.本文所提出的废弃电极材料回收工艺具有高效、环保的特点,符合电子废弃物循环领域绿色可持续发展要求.

    锂离子电池正极材料黏结体系超临界CO2解离

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    玻璃微珠强化黑曲霉浸出低品位锂云母

    张欣怡丁聪聪周宇诚王霄鹏...
    4342-4354页
    查看更多>>摘要：以黑曲霉作为浸矿菌株,添加不同直径、浓度的玻璃微珠对低品位锂云母进行浸出,研究玻璃微珠强化真菌浸矿的机理.将浸出率最高的T1-40与浸出率最低的T5-60进行比较.研究结果表明:小粒径玻璃微珠能提高黑曲霉生物量,促进有机酸分泌,同时对矿石造成机械损伤,进而强化锂的浸出.含菌对照组30 d锂的浸出率为2.53％,而添加玻璃微珠后锂浸出率可达3.19％,使浸出率提高了26％.T1-40的草酸、柠檬酸和葡萄糖酸的质量分数分别增加了62％、11％和25％,而T5-60中柠檬酸质量分数减少了34％.玻璃微珠会对矿石表面进行物理撞击而形成机械损伤.XRD和XPS表明玻璃微珠会加重黑曲霉对矿物结构的破坏.在有机酸作用下金属离子键发生了断裂.本研究有助于理解宏观颗粒与黑曲霉的相互作用,以及玻璃微珠对低品位锂矿浸出的影响.

    黑曲霉玻璃微珠低品位锂云母强化生物浸出

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    含铅锌赤褐铁矿氧化脱硫后深度还原焙烧铅锌脱除过程研究

    罗立群杨隆川刘江贾婷...
    4355-4366页
    查看更多>>摘要：钢铁冶炼过程中铅锌硫均为有害杂质,深度还原焙烧-弱磁选是回收铁并脱除铅锌杂质的有效方法.对于新疆氧化焙烧脱硫后的含铅锌赤褐铁矿,其全铁(TFe)质量分数为48.33％,铅、锌、硫质量分数分别为1.06％、1.24％和0.25％.通过焙烧前后显微分析、热力学分析、EPMA-EDS分析等,考察还原过程中铁精矿质量、铅锌杂质脱除效果,探讨深度还原焙烧铅锌杂质脱除的机理.研究结果表明:较好焙烧条件是温度为1200℃、时间为60 min、C与O物质的量比为2.25、入料粒度(低于74μm)的质量分数约90％、磁场强度为82.80 kA/m;在此较好焙烧条件下,精矿铁品位为89.53％～90.18％、铁回收率为90.82％～91.84％,有害杂质硫质量分数降至0.030％～0.031％,铁精矿中铅、锌质量分数分别为0.16％和0.12％,铅、锌脱除率分别达到84.91％和90.32％;在该焙烧体系中,锌比铅脱除效果更好,且提高焙烧温度,还原气氛中CO分压变大,可以提高铁、铅、锌的还原反应效果;深度还原时铁矿物生成边缘圆滑的亮白色金属铁颗粒;在焙烧过程中,少量残留的硫、铅、锌杂质为PbS、ZnS和FeS2,氧化形成PbO、PbSO4、ZnO和Fe2O3,再还原成为含铅、锌的烟气逸出而脱除,部分PbS包裹在二氧化硅等脉石中难以脱除.

    赤褐铁矿深度还原焙烧热力学分析铅锌脱除还原机理

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