前沿综述专栏

• 稀土改性钢中夹杂物应用及机理研究

  杨希明;任磊;刘玉宝;

  夹杂物在钢铁冶炼过程中不可避免，主要包括氧化物、硫化物、氮化物和复合夹杂。这些夹杂物的物理性能与钢基体存在显著差异，会导致钢的显微组织和物理性能不连续，进而影响钢的性能和使用寿命。稀土元素作为改性剂，在改善夹杂物性质方面表现出色，主要通过微合金化作用、夹杂物改性作用和改善钢的凝固组织来优化钢的性能。本文主要探讨了稀土元素(RE)在钢铁冶炼中对夹杂物的改性作用及其对钢性能的影响，系统总结了稀土改性夹杂物的现象、规律、机理及其对钢性能的影响，通过分析不同稀土元素(如Ce、La、Y)对钢中夹杂物和组织的影响，探讨了稀土复合添加以及与热处理工艺配合改性夹杂物的效果，涵盖热力学计算、动力学分析对夹杂物改性机理研究等。热力学计算可预测稀土夹杂物的形成顺序和存在形式，优化反应条件，确定稀土元素的最佳添加量。动力学分析表明，稀土夹杂物在钢液温度和冷却过程中容易碰撞粘合长大，上浮去除，有助于降低钢液中的夹杂物含量。通过稀土元素改性夹杂物，可显著改善钢的性能，提高钢的生产效率，对推动钢铁工业的持续发展具有重要意义。

  2025年03期 v.39;No.224 1-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 3070K]
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综述

• 复合固态电解质-正极界面空间电荷层调控构建长循环固态电池

  贺禧;吴昊;尧猛;

  单一的无机和有机固态电解质的性能存在局限，这推动了用于固态锂电池(Solid-State Lithium Batteries SSLBs)的复合固态电解质(Composite Solid Electrolytes, CSEs)的发展。然而，在正极/复合固态电解质界面处(Interface of Cathode and CSE,I_(C-C))存在贫锂空间电荷层(Space Charge Layers, SCLs),使得锂离子的传输受限，这阻碍了离子电导率的提升，并影响了固态锂电池的电化学性能。在此，研究了一种由铁酸铋(BiFeO_3)复合的新型固态电解质，其存在削弱了I_(C-C)处的贫锂空间电荷层，激活了锂离子传输通道，使锂离子能够高效地穿过固态电池内部各界面进行扩散。此设计实现了1.24 mS·cm~(-1)的高离子电导率和0.81的高锂离子迁移数，与不含BiFeO_3的情况相比，提升了约2倍。因此，使用LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_2正极的全固态锂电池展现出优异的电化学性能，在0.5C的倍率下循环200次后仍能保持92.3%的容量。通过削弱贫锂空间电荷层来激活界面处的锂离子传输通道这一创新，为实现性能更优异的复合固态电解质和固态锂电池提供了一条新途径。

  2025年03期 v.39;No.224 21-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 1778K]
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• Ti/Cr对V₄₀(TiCrFe)₆₀四元合金微观结构及吸放氢性能的影响

  杜瑞;夏广辉;张昱晨;郭晓娟;周锐;陈云贵;吴朝玲;

  本文系统地研究了Ti/Cr比对于V_(40)(TiCrFe)_(60)合金的微观结构以及吸放氢性能的影响，发现随着Ti/Cr比的降低，合金的晶格常数降低，从Ti/Cr=1.0的3.05?降低到了Ti/Cr=0.7的3.023?,这导致了吸氢量从Ti/Cr=1.0的3.81wt%减小到了Ti/Cr=0.7的3.56wt%;而放氢平台从Ti/Cr=1.0的0.135 MPa增加到了Ti/Cr=0.7的1.73 MPa。且Ti/Cr的降低减缓了合金的吸氢动力学，达到饱和吸氢的时间从Ti/Cr=1.0的2.1 min增加到了Ti/Cr=0.7的3.9 min,延长了85.71%,但均能在5 min内达到饱和吸氢。其次，Ti/Cr比降低使得V_(40)(TiCrFe)_(60)合金的吸氢焓从Ti/Cr=1.0的-40.47增加到Ti/Cr=0.7的-26.64 kJ/mol,放氢焓从Ti/Cr=1.0的42.82降低到Ti/Cr=0.7的32.5 kJ/mol,这使得氢化物稳定性降低；放氢量从Ti/Cr=1.0的2.20wt%增加到了Ti/Cr=0.7的2.37wt%,提高合金放氢率的同时减少了残余氢量。最后，Ti/Cr比越小的V_(40)(TiCrFe)_(60)合金在循环过程中的容量衰减程度越小，循环保持率越。Ti/Cr=0.7的合金经过30次的循环之后具有2.22wt%的有效储氢量以及92.12%的容量保持率。这归因于Ti/Cr比越小的合金循环初期合金颗粒粉化之后的粒径越小，且在之后循环过程中粒径细化的程度越小。

  2025年03期 v.39;No.224 30-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 3949K]
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• 磨矿对矿物表面性质与浮选工艺的影响

  杨启帆;邰文吉;李闯;肖坤富;尤宇浩;

  在矿物加工过程中磨矿环节占据核心地位，其对矿物的表面特性和矿浆特性产生显著影响，从而进一步影响矿物的浮选行为。磨矿过程不仅有助于矿物的充分单体解离，还会对矿物的表面特性、表面粗糙度、比表面积和颗粒形貌等方面产生显著的影响，同时，磨矿过程也会对矿浆性质产生影响，如矿浆的pH值、矿浆中金属离子浓度、矿浆中溶解氧含量、矿浆中的电化学效应等，这些变化直接影响矿物与浮选药剂的相互作用及分选效果。研究表明，磨矿介质种类、介质形状、介质配比、助磨剂等因素会对磨矿产品粒度特性以及对浮选产生很大的影响，特别是磨矿方式(如干磨、湿磨或球磨等)对矿物表面物理化学特性的影响存在差异，进而影响矿物的浮选性能。本文综述了磨矿对矿浆性质和矿物表面性质的影响，探讨了不同磨矿方式及过程参数对矿物浮选行为的作用机制。

  2025年03期 v.39;No.224 43-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 838K]
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• 闪蒸罐在高盐废水处理中的应用研究

  倪兵;郝玉刚;宋玄进;刘瑶;徐建炎;

  余热利用在对改善节约能源、增加生产、提高产品质量和降低生产成本等方面起着越来越大的作用，对我国实现节能减排、环保发展战略具有重要的现实意义。针对余热回收及废水处理过程中核心设备能否高效稳定地运行问题，通过对闪蒸罐的性能分析与优化设计开展相关的基础研究和技术开发。基于闪蒸的理论基础，对闪蒸罐进行了设计计算，确定了闪蒸罐在处理高盐废水时，要考虑闪蒸罐进口前换热设备的结垢问题，选择强化换热管或阻垢剂抑制污垢形成。通过试验对闪蒸罐的闪蒸特性进行了研究。根据试验数据分析，闪蒸罐的进料方式选择水柱喷射时，闪蒸效率可达到90%;当t_1=80℃,u=2 m/s时，试验运行60 h后，换热系数降低了38%,预估冲渣水流量为3 000 t/h时，设计流量将减少6 t/h。

  2025年03期 v.39;No.224 54-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 946K]
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分析研究

• 底吹炉氧枪的数值模拟计算与快速预测

  刘鑫;苏彦敏;陈永强;王维;蔡笑怡;赵洪亮;

  底吹炉内的氧枪为浸没式氧枪，其出口气流状态对底吹炉熔炼过程起决定性作用，但氧枪出口信息无法直接检测。本文利用数值模拟研究方法，并将数值模拟与机器学习相结合，设计正交试验，采用矩阵分析法，对氧枪出口信息进行计算和预测。主要研究气流量、氧枪角度和底吹炉液位对氧枪出口速度、出口压力和出口温度的影响及影响权重。结果表明，气流量对氧枪出口状态的综合影响最大，而氧枪旋转角度影响最小，高流量、高液位和低氧枪倾角的情况下氧枪出口的气流状态最好。同时采用KNN算法建立快速预测模型，结果表明预测工况与实际计算工况的各项指标的回归系数R~2可达到0.998,预测精度较高，预测模型准确且可靠。

  2025年03期 v.39;No.224 60-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1173K]
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• 整体成型阴极筑炉机器人设计研究

  伍祖槐;何飞;赵泽波;吴中鼎;张嘉;谭善伟;

  针对铝电解槽内衬传统筑炉工艺效率低、质量不稳定的问题，本文提出一种基于整体成型阴极的自动化筑炉机器人系统。通过分析200 kA铝电解槽筑炉工艺，发现人工施工因压缩比不足(<0.8 MPa)及温度分布不均导致内衬裂纹、分层，关键指标(表观密度、电阻率、耐压强度)低于行业标准。为此，设计集成了具备无轴螺旋布料、振动振打、四轴桁架行走及三维激光监测功能的筑炉机器人。该筑炉机器人具备自动行走、自动布料、自行振打、筑炉情况自动监测及电磁兼容等功能，单槽筑炉周期由人工6～7 d缩短至3 d,为电解铝行业实现高效、高精度筑炉提供了创新解决方案，助力降本增效与智能化升级。

  2025年03期 v.39;No.224 69-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1875K]
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• 锌精矿硫酸化焙烧工艺及冶金过程模拟研究

  王翀;董鹏;刘自亮;左小红;

  锌精矿资源日益匮乏，成分愈发复杂，加之硫酸化焙烧化学反应过程复杂，利用传统冶金计算方法开展模拟工作量大、效率低。本文介绍了硫化锌精矿硫酸化焙烧工艺、反应机理及酸化焙烧技术特点，利用METSIM对该工艺过程开展了详细模拟计算。着重描述了METSIM模型创建过程原则、步骤，硫酸化焙烧单元模块划分、过程控制。结果表明，15.7万t/a硫化锌精矿硫酸化焙烧可以产出73 804.80 t/a焙砂，62 768.22 t/a烟尘，SO_2含量为8.8%的烟气48 734.22 Nm~3/h; 90.62%的热收入来自于硫化物氧化分解，烟气、烟尘、焙砂、水分蒸发等物料带走了76.63%的热量。计算结果为硫酸化焙烧工艺设计及升级改造，设备大型化、超大型化提供了详实的理论依据。

  2025年03期 v.39;No.224 76-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 982K]
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开发应用

• 铜冶炼制酸系统中低温位余热回收装置的应用实践

  岳龙;张江拓;陈儒稼;

  铜冶炼制酸系统余热利用率低，低温位余热未有效回收，导致能源浪费与环境热污染。低温位余热回收工艺，可优化铜冶炼制酸系统的能源利用效率。其原理基于热交换原理的余热回收装置，通过蒸汽发生器、高温吸收塔等核心设备实现余热梯级利用，并采用脱盐水替代生产水提升硫酸品质。某公司装置投用后，蒸汽产量达40 t/h,年经济效益约2 600万元，循环水电耗降低560 kWh/h,酸中杂质含量显著减少。该装置可实现低温位余热高效回收，兼具经济与环境效益，为铜冶炼行业节能减排提供技术参考。

  2025年03期 v.39;No.224 84-90+105页 [查看摘要][在线阅读][下载 1034K]
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• 中和除铁铝工艺pH值控制原理分析

  张众;伊力亚斯·艾合买提江;赵晨晨;曹刚;孟熙祥;

  针对红土镍矿中镍钴品位低、杂质金属难以有效分离的问题，工业生产中通常采用浓硫酸湿法高温高压浸出工艺，使矿石中的金属氧化物与硫酸反应生成可溶性硫酸盐，实现镍、钴及杂质金属离子的转化。为提升产品纯度，需精准调控沉淀pH,使杂质离子与有价金属离子有效分离。本文基于不同金属沉淀物的溶解平衡常数，推导出符合实际工况的pH控制公式，建立了适用于生产的理论模型。研究成果为杂质高效去除与产品质量提升提供了理论依据，助力红土镍矿资源的高效开发与稳定运行。

  2025年03期 v.39;No.224 91-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 918K]
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• 硫化氢合成工艺在铜冶炼行业污水处理中的实践与应用

  张江拓;岳龙;王博;

  本文围绕硫化氢合成工艺在铜冶炼污水处理中的应用展开研究，通过对比分析多种硫化氢合成路线，传统污水处理方法如硫化钠/硫氢化钠硫化法、中和法及组合工艺存在的引入钠离子、产生大量废渣、处理成本高、水质不稳定等问题。本研究指出，甲醇-硫磺合成工艺在成本、产率和产物纯度方面优势明显。以某公司项目为例，该工艺能使铜冶炼污水中铜、砷离子去除率达99%以上，铅、锌离子等去除率超95%,污水达标回用，减少污染且每年可为企业节约污水处理费用约200万元。同时，本研究探讨了该工艺在实际应用中所面临反应温度、压力控制及原料配比和纯度要求等相关的问题，并据此提出应对策略。研究表明，该工艺在铜冶炼污水处理中效果显著，其未来发展将着重于催化剂研发和工艺自动化、智能化方向。

  2025年03期 v.39;No.224 99-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 784K]
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• 反井钻机在某铜矿大型风井井筒掘进施工中应用

  陈建明;

  刚果(金)某世界级铜矿按井下采矿通风设计，需建设6条直径6 m、深度200～400 m的大型通风竖井。传统大直径井筒掘进施工普遍采用正掘爆破施工法，存在安全隐患多、施工效率低、工程造价高及施工周期长等问题。为此，本文在系统调研国内外矿山通风竖井井筒施工技术的基础上，借鉴国外采用大型反井钻机施工井筒的成功案例，并结合该铜矿现场地质条件，制定了以围桶式桩基为基础、采用大型反井钻机进行反掘施工竖井井筒的工程方案。通过现场工程实践，达到了预定工程目标，取得了良好的实践效果。该施工方案实现了安全风险控制、工程造价降低、施工周期缩短及工程质量提升的综合目标，具有良好的经济效益。研究成果可为国内类似矿山的风井井筒施工方法提供一定的参考和借鉴。

  2025年03期 v.39;No.224 106-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 868K]
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经验交流

• 老旧电解铅车间节能降本改造实践研究

  王培元;李伟伟;杨金中;赵志浩;蒋晨龙;

  铅电解精炼过程是目前铅火法冶炼的重要环节之一，本研究聚焦电解铅车间E的节能降本改造实践，通过升级电解槽、整流器、阳极立模机组等关键设备，使得车间E在技术和经济效益上取得显著成果。经过改造后，车间E不仅提高生产效率和安全性，也降低故障率和安全风险，还显著减少天然气和电能等能源消耗。5个月的运行数据显示，车间E的电解铅产量稳定且超过设计产能，平均达产率达到107.36%,天然气和电能的消耗均明显降低，每年为企业节省生产成本约389万元，其中天然气费用节省128万元、电费节省68万元、人员成本节省193万元。此外，改造还提升自动化程度，优化工作环境，进一步提升经济效益。车间E的改造不仅促进铅冶炼技术的进步，还为企业带来显著的经济效益，为电解铅生产行业的可持续发展提供有益的借鉴。

  2025年03期 v.39;No.224 111-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 1086K]
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• 脱硫引风机的腐蚀情况分析及技术改造

  孔波;

  针对某公司炼铜项目脱硫生产中实际运行烟气参数与设计参数偏离较大，导致动力波前端风机及管道发生严重结露与腐蚀的问题，本研究通过系统剖析脱硫工艺、设计数据、运行参数及风机材质等多方面因素，从腐蚀机理着手，结合理论、数据与实践分析，深入探究了问题根源并制定了针对性的技术改造方案。该方案的实施有效解决了设备结露腐蚀问题，显著提升了系统设备的开机率与生产效率，并降低了吨铜加工成本及SO_2脱除费用。

  2025年03期 v.39;No.224 117-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 791K]
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