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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
收录年代

    湿法炼锌系统铜回收利用进展与展望

    成圳李存兄罗劲松王启亮...
    3217-3228页
    查看更多>>摘要：本文从锌精矿中伴生铜的赋存形态出发，阐述了铜在湿法炼锌焙烧、浸出、净化等核心工序中的分布规律与铜物相演变行为。研究结果表明:在沸腾焙烧过程中，铜从黄铜矿(CuFeS2)形态转变为CuO、Cu2O、CuS形态，铜对硫的亲和力较大，导致焙砂中残硫高，从而影响铜浸出效率;湿法炼锌流程中约30%、56%和14%的铜分别进入铜镉渣(Cu0)、酸性浸出液(Cu2+)和浸出渣(CuSO4、Cu3As2)中;目前主要采用溶剂萃取、铁粉置换、离子交换树脂和电解沉积等方法分离回收酸性浸出液中的铜，其中溶剂萃取法选择性强、效率高，但引入萃取剂有机物给湿法炼锌主工艺产生不利影响;铁粉置换法成本较低，但后续除铁过程将产生危废铁渣;离子交换法清洁高效，投资成本较高;电解沉积法可直接获得阴极铜产品，但对电积前液成分要求高，电能消耗大。溶液中铜定向分离和富集工艺选择取决于浸出液成分特点、回收率、运行成本及与锌主系统协同性等因素。未来随着资源紧缺、环保要求、经济效益等诸多方面影响，湿法炼锌过程中伴生铜资源的短流程、低成本、高效率回收将成为趋势。

    湿法炼锌伴生铜资源行为走向回收利用

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    基于烟花算法的加热炉燃烧系统延时滑模控制策略

    冯旭刚高坤安硕王正兵...
    3229-3242页
    查看更多>>摘要：针对轧钢加热炉炉膛燃烧工况复杂、各区段温度响应存在滞后性和参数耦合性等问题，提出一种基于改进烟花算法(improved fireworks algorithm，IFWA)优化的延时输出滑模控制(delayed output sliding mode control，DOSMC)加热炉耦合燃烧系统控制策略，以加热炉各区燃料量为控制量、各区炉膛温度为被控量，构建三区炉温耦合模型，利用伴随矩阵解耦方法对模型进行解耦，设计基于改进烟花算法优化的滑模控制器，构造延时输出观测器估计系统的延时输出并补偿。研究结果表明:与IFWA-DOSMC控制、DOSMC控制和PID控制相比，提出的解耦IFWA-DOSMC控制系统有效抑制了时滞和系统耦合对控制效果的影响并且抗干扰能力强，解耦IFWA-DOSMC控制系统无超调，调节时间最短为388。42 s，在系统受到外界干扰时，超调量为11。79%，调节时间为331。59 s;相比于工业现场原控制策略，提出的控制策略控制精度提高了49%，温度偏差范围在±11℃之内，符合现场实际要求。

    伴随矩阵解耦滑模控制改进烟花算法加热炉炉膛温度时域分析

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    钼硫硒复合物吸附剂的制备及从冶炼烟气中捕获单质汞的机理

    陈志康刘翼瑄阮泽晟徐志峰...
    3243-3256页
    查看更多>>摘要：为了实现冶炼烟气中气态单质汞的高效净化，本文采用硒硫阴离子复合策略制备了一系列钼硫硒复合物吸附剂(MoSxSey)材料。首先，采用SEM、TEM和EDS方法确定了MoSxSey的微观结构和元素成分;其次，采用XRD和Raman分析了MoSxSey的物相组成;第三，采用XPS技术确定了MoSxSey表面的元素价态;最后，研究了MoSxSey对Hg0 的吸附效率的影响，并评价其吸附性能。研究结果表明:制备的MoS0。5Se2。1吸附剂具备最佳的Hg0吸附性能，且在50～150℃的温度范围内保持了良好的Hg0吸附性能，最佳吸附效率和吸附速率可达97。86%和7。05 μg/(g·min);烟气中的O2和H2O会对MoS0。5Se2。1吸附剂产生抑制作用，但SO2可在一定程度上促进吸附剂对Hg0的吸附;当突破阈值为25%时，MoS0。5Se2。1对应的Hg0吸附容量高达47。1 mg/g，远高于其他常规吸附剂;在低温下(<100℃)，S2-n 和Se-S2-n 为主要的吸附位点，其与Hg0发生化学吸附，形成稳定的HgS和HgSe;而在高温下(>150℃)，仅Se-S2-n 是主要吸附位点，HgSe为主要的吸附产物;硒掺杂策略不仅可以增加吸附位点数量，而且可以提高吸附位点的热稳定性，从而实现了宽温度窗口下Hg0的高效脱除。

    冶炼烟气钼硫硒复合物吸附单质汞

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    环境中MTBE复合污染的好氧微生物降解研究进展

    胡京利华婷钰李珊珊延卫...
    3257-3269页
    查看更多>>摘要：甲基叔丁基醚(Methyl tert-butyl Ether，MTBE)在过去几十年里一直作为汽油添加剂被广泛使用。MTBE经常与其他汽油组分经由燃料泄露、机动车尾气排放等途径一起进入环境中，造成复杂的持久性复合污染。微生物好氧降解是一种成本低廉、环境友好且应用广泛的有效治理技术，但不同污染物之间存在如共代谢、抑制、交叉诱导等相互作用会影响目标污染物去除。本文总结了好氧微生物降解技术在MTBE与烷烃、芳香烃、重金属等污染物组成的二元复合污染中的应用案例，分析其降解效果和作用机理。研究结果表明:相较于单一菌株，混合菌群具有多样化的群落结构与较高的稳定性，不同菌株之间的协同作用有助于污染物的去除。微生物的生物量也是影响降解效果的重要因素，通过固定化技术可以维持或者提高生物量，从而进一步强化污染物降解。目前，MTBE仍是我国主要的汽油防爆剂且其造成的环境污染长期存在，因此，筛选降解效率更高的菌株，设计更高效的复合污染生物治理方案以及探寻微生物降解复合污染机理是未来研究的重点。

    甲基叔丁基醚好氧生物降解复合污染烃类重金属

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    时效时间对Al-Mg-Si-Cu铝合金表面阳极氧化膜微观结构及光泽度的影响

    陈翔姜科达陈明安
    3270-3281页
    查看更多>>摘要：采用硫酸阳极氧化对经过180℃下4 h、10 h、30 h时效处理的Al-Mg-Si-Cu合金表面进行阳极氧化处理，探究不同时效时间对Al-Mg-Si-Cu合金阳极氧化膜层微观结构及其光泽度的影响。研究结果表明:与基体材料相比，不同时效时间合金阳极氧化后的光泽度均出现明显降低，且光泽度随时效时间增加先变大后减小;随时效时间增加，合金晶界析出相分别呈现连续—离散—连续的分布状态，其在阳极氧化过程中优先氧化溶解，使阳极氧化膜呈现沿晶界分布的孔洞特征，连续分布的晶界析出相引起的孔洞更明显，同时造成孔洞及其周围区域粗糙度增加，这是不同时效时间合金阳极氧化后光泽度出现差异的主要原因;基体中粗大的AlFeMnSi相会出现阳极氧化膜层中微米级孔洞，从而降低阳极氧化样品的光泽度，但时效时间对其没有明显影响。

    Al-Mg-Si-Cu合金阳极氧化时效时间晶界析出相光泽度

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    基于修正流变应力的6013铝合金本构方程和热加工图

    伍英明姜科达刘胜胆叶凌英...
    3282-3293页
    查看更多>>摘要：基于6013铝合金热压缩原始真应力-应变曲线，在摩擦、温度双修正基础上建立应变修正后的Arrhenius本构方程，并对模型进行误差分析。根据动态材料模型理论和Prasad失稳判据，建立6013铝合金变形温度为530～575℃、应变速率为0。001～0。1 s-1条件下的热加工图。研究结果表明:经过摩擦和温度双修正后的应变修正Arrhenius本构方程预测精度更高，流变应力预测值和实验值之间的相关系数为0。997，平均绝对误差为0。3 MPa，平均相对误差仅为3。06%。在整个变形过程中没有失稳现象，功率耗散效率η在0。3以上，主要的软化机制为动态再结晶。随着功率耗散效率η从0。32增加到0。36，晶粒的形貌由扁平状转变为等轴状，晶粒平均等效圆尺寸逐渐减小。考虑细化合金的晶粒，变形温度为560～575℃、应变速率为0。03～0。1 s-1是较合适的工艺参数。

    金属材料6013铝合金Arrhenius本构方程热加工图

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    基于先导压力与主泵压力的挖掘机刷坡工况效率预测

    夏毅敏孙成杰王维陈艳军...
    3294-3305页
    查看更多>>摘要：针对挖掘机刷坡工况效率获取困难的问题，提出一种基于先导压力与主泵压力的挖掘机效率预测方法。该方法首先以挖掘机实际刷坡作业为研究对象，基于LabVIEW平台完成流量与压力、液压缸位移等原始数据的采集;对原始数据进行基于时间窗口的特征值提取、效率的获取等;然后，建立主成分分析-随机森林模型，包括采用主成分分析理论降低输入数据的维度，提高模型的运算速度与抗过拟合能力，采用随机森林算法建立挖掘机效率预测模型，实现挖掘机效率的精准预测;最后，将随机森林预测模型与支持向量机预测模型和BP神经网络预测模型进行对比，并探究样本数量与时间窗口对模型预测精度的影响、各主成分对挖掘机效率预测的重要程度等。研究结果表明:主成分分析可以有效地将输入数据的维度从18维降至6维，在选定的6个主成分中，挖掘机铲斗下降运动与挖掘机负载波动程度对挖掘机效率预测结果的影响较大;与支持向量机预测模型和BP神经网络预测模型相比，随机森林预测模型的精度更高;在样本数量为0～50 000个、时间窗口为0。05～0。25 s时，建立的基于主成分分析-随机森林算法的预测模型精度随样本数量与时间窗口宽度的增加有所提高，并在样本数量为40 000个、时间窗口宽度为0。1 s时取得最优性能，此时均方根误差为0。029 2。

    效率预测挖掘机随机森林主成分分析

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    不同构型内固定螺钉对治疗股骨颈骨折影响的有限元分析

    高杨博胡泽华高伟韬张凯然...
    3306-3314页
    查看更多>>摘要：通过有限元分析方法，探讨在Pauwels Ⅱ型股骨颈骨折中应用传统实心螺钉及低刚度空心螺钉的生物力学差异，为低刚度空心螺钉的临床应用提供参考。基于1例老年男性股骨颈骨折志愿者的股骨二维CT影像数据，利用Mimics软件进行股骨三维模型重建，采用Geomagic软件对模型进行平滑降噪处理，随后采用Solidworks软件建立2种内固定螺钉的三维模型，与股骨骨折模型进行装配。最后，采用Abaqus软件按照单足站立状态下的实际生物力学状态设置载荷及边界条件，完成有限元模型的建立及分析。研究结果表明:采用空心螺钉和实心螺钉的内固定模型上各螺钉应力峰值的标准差分别为12。71 MPa和85。34 MPa，股骨远端应力峰值分别为78。72 MPa和79。64 MPa，股骨整体位移峰值分别为2。020 mm和2。086 mm，骨折面应力峰值分别为216。4 MPa和210。2 MPa;空心螺钉可使多螺钉间应力分配更加均匀，提高螺钉承载能力及疲劳寿命;空心螺钉组股骨具有更小的应力及位移，表明其具有更强的稳定性;采用空心螺钉组时，骨折面附近应力小幅度提高，对骨折愈合起到促进作用。

    股骨股骨颈骨折空心螺钉实心螺钉有限元分析生物力学

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    水合物开采喷射破碎工具自锁式压控机理

    蒋晓慧莫丽李秋萍唐洋...
    3315-3328页
    查看更多>>摘要：喷射破碎工具是天然气水合物开采中用于水合物矿体储层破碎造腔的关键工具。本文旨在解决现有类似工具存在的喷头开关状态不可控、井眼钻进与破碎扩径作业不可自动切换等问题。首先，设计了一种带自锁式压控滑芯的喷射破碎工具，可以通过控制滑芯入口钻井液流量来改变滑芯的位置，实现喷头的开启与关闭及滑芯的自锁与解锁;其次，采用数值模拟方法研究了结构尺寸对滑芯内部压降及轴向力的影响，得到了滑芯内部的最优结构参数。最后，加工了实验样机，实验验证工具的工作性能。研究结果表明:当滑芯入口直径为45 mm、入口角度为30°、出口与直管段直径为30 mm、入口流量为470 L/min时，效果最佳;在常规井眼钻进流量下，喷头不会开启;当入口流量为453 L/min时，喷头完全开启且滑芯实现自锁;当入口流量为253 L/min时，滑芯实现解锁且喷头逐渐关闭;工具自锁流量与设计流量(470 L/min)的最大相对误差为3。62%，在可被认同的误差范围内。因此，在所设计的钻井液流量下，自锁式压控滑芯喷射破碎工具的射流喷头可以正常开启与关闭，滑芯能完成自锁与解锁。

    天然气水合物喷射破碎工具自锁式数值模拟

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    基于CK-Hough联合算法的人体微多普勒频率估计

    陈雨馨彭意群柳润金丁一鹏...
    3329-3341页
    查看更多>>摘要：为了准确地从雷达回波信号中提取运动目标特定部位的微多普勒频率，本文提出一种新颖的CK-Hough算法，该算法有效地结合了聚类分析和K近邻-霍夫(KNN-Hough)算法。首先，通过短时傅里叶变换获取雷达回波信号的时频谱图;其次，利用自适应模糊C均值算法对时频图进行聚类分析，在这一过程中，本文采用数据预处理技术自适应调整聚类类别数c以适应多样化应用场景，从而获得人体各散射部位的频域范围，有效地抑制了分量间的相互干扰;第三，通过改进度量函数的K近邻算法增强相邻时刻聚类结果的相关性，拟合各部位的瞬时频率曲线;最后，采用霍夫变换动态调整度量函数中权值μ的取值，得到目标微多普勒频率的精确估计结果。研究结果表明:本文提出的CK-Hough提取了直/曲线行走场景下人类目标四肢的微多普勒频率;与传统的峰值搜索算法、线性预测维特比算法以及基于Bezier-Hough模型的频率拟合算法相比，本文提出的CK-Hough算法在直线行走实验场景下，总频率的估计误差率分别降低了40。40%、45。47%和26。16%;在曲线行走实验场景下，其估计误差率分别降低了58。35%、68。35%和41。65%。

    微多普勒频率提取时频分析自适应模糊C均值聚类K近邻霍夫变换

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