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2023年  第30卷  第2期

草酸铵对石灰体系中受抑黄铁矿和毒砂的选择性活化机理研究

廖润鹏，文书明，丰奇成，邓久帅，赖浩

封面故事：黄铁矿和毒砂，因为二者拥有相似的晶体结构与表面物理化学性质，所以它们的浮选性质也相似，实现二者浮选分离一直是选矿界难题之一。在多金属硫化矿的浮选过程中，通常使用大量石灰将黄铁矿和毒砂抑制到尾矿中，然后在尾矿中再浮选回收黄铁矿。而要实现受抑黄铁矿和毒砂的浮选分离，首先需要进行活化。硫酸是目前应用最广泛的选硫活化剂，但其存在诸多弊端，所以研究开发新型绿色环保选硫活化剂，实现受抑黄铁矿和毒砂的高效分离显得尤为必要。

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特约综述
膏体充填体多场性能的实验研究与数值模拟：回顾与展望
王勇, 王珍岐, 吴爱祥, 王亮, 那庆, 曹晨, 杨钢锋
2023, 30(2): 193-208. doi: 10.1007/s12613-022-2537-x
中文摘要(1380) PDF(125) SpringerLink
摘要:
膏体充填技术是一种用于治理地下采空区和尾矿库的绿色采矿方法。膏体充填体在采场中的固化过程是热–水–力–化学多场性能共同作用的结果。目前，对膏体充填体多场性能的研究主要包括室内相似模拟实验、现场多场性能监测实验、多场性能耦合模型构建、多场性能数值模拟。由于难以在真实采场中研究膏体充填体的原位多场性能，目前针对膏体充填体的原位多场性能的研究大多采用数值模拟方法。通过对真实采场中的膏体充填体的不同条件(例如，养护环境、采场几何形状、排水条件以及有无充填挡墙和充填速率等因素)进行模拟，进一步研究膏体充填体的原位多场性能。本文总结了开展膏体充填体多场性能数值模拟所采用的数学模型，并列举了数值模拟在原位膏体充填体多场性能演化的工程应用实例。最后提出膏体充填体多场性能需要加强相关理论研究，形成基于膏体充填体的强度设计准则，开展膏体充填体多场性能的全域数值模拟，开发基于膏体充填体多场性能演化的安全预警技术，开发膏体充填体多场性能监测技术和监测设备的自动化和无线化，实现膏体充填体多场性能监测技术的应用和推广。
特约综述
从自然资源中提取锂的研究进展
刘玉博, 马保中, 吕英威, 王成彦, 陈永强
2023, 30(2): 209-224. doi: 10.1007/s12613-022-2544-y
中文摘要(4456) PDF(650) SpringerLink
摘要:
锂是国家重要的战略储备金属，是许多战略性新兴产业的关键原材料。随着全球电气化的普及和可控核聚变的发展，锂的消费量在近十年有了明显的增长，可以预见的是，其需求量将在未来很长一段时间内持续增长。虽然研究人员已开展了很多从废旧材料中回收锂的研究，但受限于目前市场上锂的总流通量，从自然资源中提取锂仍然是新兴产业快速发展的首选。本文综述了近年来从自然资源中提取锂的技术进展。以锂辉石、锂云母和盐湖卤水为主要锂资源，对现有的提取方法进行了总结，并比较了各种方法的优缺点。锂辉石的转型-熟化法是目前最重要的提锂工艺，然而大量能源和硫酸的消耗仍无法避免。少数企业选择锂云母作为工业生产提锂的原料，但未考虑高价值的铷和铯的综合利用。针对高镁锂比的盐湖卤水，大量研究仅局限于实验室规模，真正落地投产的很少。上述存在的问题急需解决，同时也应着力于开发新兴技术应用于从自然资源中提取锂。本文为未来自然资源提锂工艺的研究、开发、优化和工业应用提供了参考。
研究论文
磺化萘甲醛缩合物改性棒磨砂基胶结膏回填体的流变物理力学性能
张钦礼, 吴浩, 冯岩, 王道林, 苏怀斌, 李小双
2023, 30(2): 225-235. doi: 10.1007/s12613-021-2397-9
中文摘要(915) PDF(58) SpringerLink
摘要:
棒磨砂（RMS）是一种可以制备棒磨砂基胶结膏充填材料（RCPB）的粗砂骨料，主要用于金川镍矿地下矿区的胶结膏体充填（CPB）。众所周知，粗颗粒通过管道输送到地下采场会导致回填系统稳定性减弱。因此，磺化萘甲醛（SNF）缩合物常被用于RCPB性能的改善。本文研究了固含量 （SC）、灰砂比和 SNF 用量对流变和物理力学性能的协同影响，包括坍落度、屈服应力、泌水率、单轴抗压强度 （UCS），以及 RCPB 的机理分析。结果表明，SNF 对 RCPB 性能的影响与 SNF 用量、石灰砂比和 SC 有关。含有 0.1wt%–0.5wt% SNF 的新鲜 RCPB 的坍落度增加了 2.6%–26.2%，而屈服应力降低了 4.1%–50.3%，表明混合料的可加工性和粘结性更好。新鲜RCPB的泌水率随着SNF用量的增加先下降后上升，下降峰值为67.67%。此外，RCPB的UCS会随SNF用量的增加先升高后降低。在0.3wt%的最佳SNF添加比例下，RCPB养护7、14和28 d的UCS分别提高了31.5%、28.4%和29.5%。 结果表明SNF 有利于增强 RCPB 早期的UCS 。但是，后期的UCS以较慢的速度增加。研究结果可以指导具有实际应用性能的 RCPB 的设计和制备。
研究论文
3D打印菱形聚合物厚度对尾砂充填聚合物抗弯性能和微观结构影响机制
赵紫月, 曹帅, Erol Yilmaz
2023, 30(2): 236-249. doi: 10.1007/s12613-022-2557-6
中文摘要(939) PDF(97) SpringerLink
摘要:
下向进路式充填法是开采破碎矿体行之有效的方法之一。在此环节中，充填体人工假顶的稳定性对于保障人员和设备安全是至关重要的。本文基于3D打印技术，探索制备了一种掺加菱形复合结构的尾砂充填聚合物。采用三点弯曲和数字图像关联（DIC）技术等综合手段，探讨菱形复合结构不同层高和灰砂比影响下尾砂尾砂充填聚合物的抗弯特性。试验结果表明：层高为14 mm的3D打印菱形聚合物组合试样具有极强的挠曲特性，最大挠度值达30.1 mm；而层高为26 mm的3D打印菱形聚合物组合试样在挠曲特性方面略差，但其抗弯强度较高，为2.83 MPa。本文研究结论能为下向充填体采矿法人工假顶构筑提供一定的理论参考依据。
研究论文
添加CaCl2·6H2O/膨胀蛭石定形相变材料的尾砂基充填体热学与力学性能试验研究
张小艳, 曹天润, 刘浪, 卜宝芸, 柯亚萍, 杜强强
2023, 30(2): 250-259. doi: 10.1007/s12613-022-2503-7
中文摘要(575) PDF(37) SpringerLink
摘要:
采用常压浸渍法制备了CaCl2·6H2O/膨胀蛭石定形相变材料(CEV)，以金矿尾砂为充填材料骨料，制备添加CEV的充填体，对不同灰砂比和不同CEV添加比例下充填体的比热容、导热系数和单轴抗压强度(UCS)进行试验测试，分析了上述变量对充填体热学、力学性能的影响。结果表明：膨胀蛭石对CaCl2·6H2O的最大封装能力约为60%，CEV的熔化焓和凝固焓分别高达98.87 J/g和97.56 J/g。对于未添加CEV的充填体，比热容、导热系数和单轴抗压强度均随着灰砂比的降低而降低，对于添加CEV的充填体，比热容随CEV添加比例的增加显著提高，添加12% CEV后，其显热和潜热蓄热能力至少分别提高了10.74%和218.97%。然而CEV的添加会导致充填体孔隙增加，导热系数和单轴抗压强度均随CEV添加比例的增加而降低。当灰砂比为1:8，CEV添加比例分别为6%、9%、12%时，养护期为28天的充填体单轴抗压强度均小于1 MPa。综合考虑充填体蓄热能力和材料成本，推荐充填材料配比方案为灰砂比1:6、添加12% CEV，且添加CEV充填体的蓄热/释热温度区间推荐为20–40°C。本研究可为绿色矿山蓄热充填技术的应用提供理论依据。
研究论文
VSK分选在两种低品位铁矿粉分级中的应用评估
Deepak Nayak, Tonmoy Kundu, Nilima Dash, Shiva Kumar I. Angadi, S.K.Chaurasiya, G.E. Sreedhar, T.V.S. Subrahmanyam, Swagat S. Rath
2023, 30(2): 260-270. doi: 10.1007/s12613-022-2471-y
中文摘要(1066) PDF(80) SpringerLink
摘要:
低品位铁矿粉曾经主要被认为是废弃物。然而，随着对高级铁矿石需求的不断增加和铁品位的逐渐降低，目前铁矿石行业正把重点放在低品位铁矿粉的选矿上。此外，由于许多矿点缺水和各国政府新的节水政策，必须研究适当的干式选矿路线。本文评估了干式分级装置（VSK分离机）在提高两种低品位印度铁矿粉（样品1和样品2）铁含量方面的效果。矿物学研究（包括扫描电子显微镜和X射线衍射）表明，样品1是一个低品位的蓝色粉尘样品（51.2wt% Fe），样品2（53.3wt% Fe）中除赤铁矿和石英外，还含有针铁矿。采用Box–Benkhen统计设计进行了试验，结果表明，风机转速是VSK分离器中对产品质量影响最大的运行参数，其次是进料速率。在最佳操作因子水平下，样品1可得到含~55wt%铁的细粒产品，产率为~40%，而样品2可在产率为~85%的情况下升级为~56wt%铁。结果表明，VSK分选机可作为选矿回路中一种有效的中间单元操作，提高铁矿粉的含铁量。
研究论文
草酸铵对石灰体系中受抑黄铁矿和毒砂的选择性活化机理研究
廖润鹏, 文书明, 丰奇成, 邓久帅, 赖浩
2023, 30(2): 271-282. doi: 10.1007/s12613-022-2505-5
中文摘要(1491) PDF(98) SpringerLink
摘要:
在多金属硫化矿的浮选过程中，通常使用大量石灰将黄铁矿和毒砂抑制到尾矿中，而要实现受抑黄铁矿和毒砂的浮选分离，首先需要进行活化。硫酸是目前应用最广泛的选硫活化剂，但其存在诸多弊端，所以研究开发新型绿色环保选硫活化剂，实现受抑黄铁矿和毒砂的高效分离显得尤为必要。本文旨在开发利用草酸铵作为受抑黄铁矿和毒砂浮选分离的选择性活化剂。本文以受抑黄铁矿和毒砂纯矿物及广西华锡集团多金属硫化矿含硫含砷尾矿为研究对象，以草酸铵为活化剂，乙基黄药为捕收剂，较好实现了黄铁矿和毒砂的浮选分离。通过接触角试验研究了草酸铵对黄铁矿和毒砂表面疏水性的影响，受抑黄铁矿经草酸铵和乙基黄药处理后，其表面疏水性显著增加，接触角从66.62°增加到75.15°，然后增加到81.21°，而受抑毒砂经草酸铵和乙基黄药处理后其表面疏水性并无显著变化。紫外分光光度计检测结果表明，不同浓度的草酸铵处理后，乙基黄药在黄铁矿表面的吸附量显著增加。Zeta电位测量表明，经草酸铵活化后，黄铁矿表面的Zeta电位因添加乙基黄药而变的更负。X射线光电子能谱测试表明，经过草酸铵处理后，受抑黄铁矿表面的O 1s含量从44.03%下降到26.18%，S 2p含量从14.01%上升到27.26%，而受抑毒砂表面S 2p含量无显著变化，这证实了草酸铵对受抑黄铁矿的活化性能显著优于受抑毒砂。因此，草酸铵可作为石灰体系中受抑黄铁矿的选择性活化剂，实现黄铁矿和毒砂的高效浮选分离。
研究论文
胶质芽孢杆菌对含钒石煤的生物浸出及其吸附行为
董颖博, 崇诗佳, 林海
2023, 30(2): 283-292. doi: 10.1007/s12613-021-2344-9
中文摘要(1176) PDF(91) SpringerLink
摘要:
微生物浸出含钒石煤中金属钒具有绿色、经济等优势。本文以典型硅酸盐细菌—胶质芽孢杆菌作为浸钒菌种，采用浸出和吸附试验，系统研究了胶质芽孢杆菌对含钒石煤的浸出行为及其在矿物表面的吸附特性和相关机理。研究发现，胶质芽孢杆菌在30°C条件下浸出含钒石煤28 天后，金属钒的累积浸出率达到了60.2%，表现出较好的浸钒效果。在众多影响浸出效果的因素中，含钒石煤表面的生物吸附行为至关重要，当浸出体系的pH值为5.0时，菌体与含钒石煤之间的强静电引力可有效促进生物吸附作用，处于对数生长期的胶质芽孢杆菌更具有优良的生物吸附特性，当初始菌体浓度为3.5 × 108 CFU/mL时，吸附量达到3.6 × 107 CFU/g，吸附率为38.9%。机理研究发现，胶质芽孢杆菌在含钒石煤表面的生物吸附过程符合Freundlich等温吸附模型和准二级吸附动力学模型，该过程属于非均质的多层吸附，且主要受化学反应控制。菌体表面的–CH2、–CH3、–NH2等官能团参与了吸附过程，生物吸附作用改变了含钒石煤的表面性质，导致其等电点（IEP）向胶质芽孢杆菌的等电点靠近。
研究论文
微波热点诱导钒页岩高效浸出提钒机理的新见解
李胜, 张一敏, 袁益忠, 胡鹏程
2023, 30(2): 293-302. doi: 10.1007/s12613-022-2459-7
中文摘要(728) PDF(45) SpringerLink
摘要:
微波加热可以快速均匀地提高温度并加快反应速度。本文采用微波加热强化酸浸过程，并通过微观形貌分析和COMSOL Multiphysics软件的数值模拟研究了微波辅助浸出的强化机理。研究了微波功率、浸出温度、CaF2用量、H2SO4浓度和浸出时间对钒浸出率的影响。在微波功率为550 W、浸出温度为95°C、CaF2用量为5wt%、H2SO4浓度为20vol%、浸出时间为2.5 h的条件下，钒浸出率为80.66%，相比于常规加热浸出，浸出率提升了6.18%；同等浸出率的水平下浸出时间可以缩短9.5 h。SEM和XRD分析表明，微波加热可以细化矿物颗粒尺寸，使得钒页岩颗粒的活性表面暴露于浸出液中，从而加速反应速率。同时，微波辅助浸出后云母矿物的层状结构被剥落，有利于钒的释放。数值模拟结果表明，钒页岩颗粒中的电场强度和温度随着介质中介电常数的增加而降低；钒页岩颗粒之间的电场和温度分布相对均匀，但电场强度在颗粒接触位置处激增，该处的温度也随之激增，从而形成高温热点。此外，随着钒页岩颗粒聚集的增加，电场强度和温度在不同程度地增加。验证实验和浸出实验的结果表明，微波辅助浸出过程中存在高温热点，高温热点破坏了矿物结构，细化了矿物的粒度，并剥离了云母的层状结构。随着含钒矿物暴露表面的增加，氢离子与活性位点之间的碰撞频率增加，反应速率增加，浸出时间缩短。
研究论文
高钙赤铁矿烧结的矿物特性、冶金性能及相结构演变
牛乐乐, 刘征建, 张建良, 兰大伟, 李思达, 李震, 王耀祖
2023, 30(2): 303-313. doi: 10.1007/s12613-022-2484-6
中文摘要(991) PDF(56) SpringerLink
摘要:
为了研究高钙赤铁矿的烧结特性，采用了化学分析、激光衍射、扫描电镜、X射线衍射和微型烧结等方法和手段分析了其矿物学特性，并设计烧结杯试验探究其与国产磁铁精粉的混合烧结行为，最后采用灰色关联数学模型计算和比较了不同高钙赤铁矿含量下的综合烧结性能。结果表明，高钙赤铁矿粒度较粗，所含Ca元素以方解石（CaCO3）的形式存在，具有较强的自熔特性且自熔产生的液相结晶形态较好。在烧结过程中添加20wt%的含量后，能够提高利用系数、减少固体燃料消耗、提高烧结矿还原性指数和改善高炉的透气性指数的幅度分别为0.45 t/(m2·h)、6.11 kg/t、6.17%和65.39 kPa·°C。与全磁铁精粉烧结过程相比，高钙赤铁矿烧结还可以提高烧结烟气的热值，有利于烟气回收热量并进行二次利用。随着高钙赤铁矿含量的增加，烧结混合料在成矿过程中的聚合方式由以液相粘结为主转变为局部液相粘结伴随着铁氧化物连晶的共同作用。根据灰色关系模型的计算，在0–20wt%的配比范围内，高钙赤铁矿含量增加对烧结经济技术指标与烧结矿冶金性能综合表现的提升是有利的。
研究论文
Fe2O3和CaO添加剂对煤粉燃烧性能的影响及相关动力学研究
高强健, 张国鹏, 郑海燕, 姜鑫, 沈峰满
2023, 30(2): 314-323. doi: 10.1007/s12613-022-2432-5
中文摘要(848) PDF(75) SpringerLink
摘要:
喷吹煤粉在高炉内的燃烧特性被认为是确定适宜喷煤量的关键参数。本文通过热重分析法考察了Fe2O3和CaO两种添加剂对煤粉燃烧特性的影响。结果表明：Fe2O3和CaO对煤粉燃烧都有促进作用。煤粉的着火指数（Ci），燃尽指数（Db）和综合燃烧指数（Sn）都得到不同程度的改善。当Fe2O3添加比例由0增至5.0wt%时，Sn由1.37×10−6增至2.16×10−6 %2·min−2·°C−3。同时，研究采用Coats-Redfern method来解析煤粉燃烧动力学过程。结果表明：配加添加剂后，煤粉燃烧活化能（E）逐渐降低。当Fe2O3添加比例由0增至5.0wt%时，E由56.54降至35.75 kJ⋅mol−1，这也再次证明了添加剂对煤粉的燃烧有促进作用。此外，高炉喷煤过程使用纯Fe2O3和CaO物质是不经济的。出于成本考虑，研究选取含有Fe2O3和CaO物质的除尘灰作为添加剂，开展了相关的研究，并获得了同样的效果。因此，含Fe2O3和CaO物质的除尘灰是煤粉助燃剂的潜在选择，该方法也为处置除尘灰类固废提供了一种可行的方向。
研究论文
稀土铈对铸态Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢热变形行为的影响
李毓硕, 董艳伍, 姜周华, 汤庆飞, 杜书扬, 侯志文
2023, 30(2): 324-334. doi: 10.1007/s12613-021-2355-6
中文摘要(782) PDF(85) SpringerLink
摘要:
通过热压缩试验研究了Mn18Cr18N和Mn18Cr18N+Ce高氮奥氏体不锈钢在1173–1473 K和0.01–1 s–1下的热变形行为。并通过含Ce夹杂物和Ce元素偏析两个方面分析了Ce元素对合金热变形行为的影响机理。结果表明，添加Ce元素后，大尺寸、有棱角、硬且脆的夹杂物（TiN–Al2O3、TiN和Al2O3）可被变质为细小弥散的含Ce夹杂物（Ce–Al–O–S和TiN–Ce–Al–O–S）。在凝固过程中，含Ce夹杂物可作为非均匀形核点细化铸态晶粒。在热变形过程中，含Ce夹杂物可以抑制位错运动和晶界迁移，诱导动态再结晶（DRX）形核，避免显微裂纹和孔隙的形成和扩展。此外，在凝固过程中，Ce原子在固液界面前沿富集，导致成分过冷并细化二次枝晶。类似地，在热变形过程中，Ce原子倾向于在DRX晶粒的边界处偏析并抑制晶粒的生长。在含Ce夹杂物和Ce元素偏析的协同作用下，虽然合金的热变形抗力和热变形活化能升高，但更容易发生DRX且DRX晶粒尺寸明显细化，还可以缓解热变形开裂问题。最后，测量了样品的显微硬度。结果表明，与铸态试样相比，热变形试样的显微硬度显著提高，并且随着DRX程度的增加，显微硬度不断降低。此外，Ce元素也可以通过影响铸态组织和热变形组织来影响合金的显微硬度。
研究论文
运用主成分分析和深度神经网络预测钢包炉合金元素收得率的研究
信自成, 张江山, 金玉, 郑瑾, 刘青
2023, 30(2): 335-344. doi: 10.1007/s12613-021-2409-9
中文摘要(1095) PDF(101) SpringerLink
摘要:
钢包炉（ladle furnace，LF）精炼的核心任务之一是进行钢水合金化过程，以保证钢包到达连铸平台后满足钢水成分要求。钢水合金化也是较为复杂的物理化学反应过程，其不仅对钢水温度有影响，而且对钢水质量、合金料消耗量均有影响。因此，实现LF精炼过程中合金元素收得率的精准预测具有重要意义。本研究首先采用主成分分析法（principal component analysis，PCA）对模型输入变量进行处理，用于简化实际生产数据结构；然后，融合SGDM算法和L2正则化方法，构建了深度神经网络（deep neural network，DNN）；最后，采用主成分分析和深度神经网络相结合的方法，建立了合金元素收得率预测模型。结果表明，Si元素收得率命中率在±1%, ±3%和 ±5%误差范围内分别为54.0%、93.8%和98.8%；Mn元素收得率命中率在±1%, ±2%和 ±3%误差范围内分别为77.0%、96.3%和99.5%。此外，PCA–DNN模型的预测精度优于参考炉次法、多元线性回归模型、改进BP神经网络模型和DNN模型，有助于实现钢水成分的“窄窗口”控制。本研究中合金元素收得率预测模型的建立，也可为LF智能精炼合金化控制模型的开发提供支撑。
研究论文
激光共聚焦显微镜原位观察Al2O3 夹杂物在CaO–Al2O3–SiO2渣中的溶解动力学
任昶宇, 黄财德, 张立峰, 任英
2023, 30(2): 345-353. doi: 10.1007/s12613-021-2347-6
中文摘要(904) PDF(105) SpringerLink
摘要:
采用高温共聚焦激光扫描显微镜研究了1773至1873 K时在CaO–Al2O3–SiO2渣中Al2O3夹杂物的溶解动力学。 结果表明，Al2O3溶解的控制步骤是其在渣中的扩散。随着渣中CaO/Al2O3比例的增加，Al2O3夹杂物的溶解曲线与传统边界层扩散模型难以吻合。 建立了考虑精炼渣粘度的修正扩散方程，研究了Al2O3在渣中的溶解机理。在1773 K至1873 K温度下，Al2O3在渣中的扩散系数为2.8 × 10−10至4.1 × 10−10 m2/s。随着温度的升高、CaO/Al2O3的增加、粒径的增大，Al2O3的溶出速率增大。提出了一个新的模型为$ {v}_{{\mathrm{A}\mathrm{l}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}}=0.16\times {R}_{0}^{1.58}\times x\times {\left(T-{T}_{\mathrm{m}\mathrm{p}}\right)}^{1.11} $，预测不同粒径的Al2O3夹杂物的溶解速率和总溶解时间。$ {v}_{{\mathrm{A}\mathrm{l}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}} $为Al2O3的体积溶解速率，μm3/s; R0 为夹杂物颗粒的初始粒径；x为CaO/Al2O3质量比值; T为温度，K；Tmp为精炼渣的熔点，K。
研究论文
亚快速凝固高强度微合金钢再加热和冷却过程中的奥氏体生长和贝氏体转变动力学研究
王万林, 王兰坤, 吕培生
2023, 30(2): 354-364. doi: 10.1007/s12613-022-2548-7
中文摘要(928) PDF(67) SpringerLink
摘要:
首先，采用薄带连铸热模拟技术制备了具有亚快速凝固特征的高强微合金钢样品。然后利用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)原位观察了样品在再加热和冷却过程中奥氏体晶粒等温长大过程和后续的贝氏体转变过程。结果表明，亚快速凝固微合金钢中的奥氏体长大过程与再加热温度关系紧密；在高温区(1000℃以上)和低温区(1000℃以下)，奥氏体晶粒生长活化能分别为538.0 kJ/mol和693.2 kJ/mol。并据此建立了基于亚快速凝固微合金钢的奥氏体等温长大动力学模型，经过验证，该模型能很好地预测奥氏体晶粒在保温过程的尺寸变化规律。研究还发现，在较低温度下保温时生成的细小且弥散的析出相能够有效地阻碍奥氏体晶粒生长。此外，还原位观察了不同保温温度下（保温时间1800s）的亚快速凝固微合金钢在冷却过程中的贝氏体相变行为。研究了不同形核位置和不同原奥晶粒尺寸对贝氏体板条生长的影响。结果表明，贝氏体板条的生长速率不仅与成核位置有关，而且与原奥尺寸密切相关。
研究论文
Sr和Zr共掺的Al-Si低温溶剂精炼体系下同步去除Si中P和B
陈晨, 李京伟, 左秋霞, 班伯源, 陈健
2023, 30(2): 365-377. doi: 10.1007/s12613-022-2504-6
中文摘要(596) PDF(42) SpringerLink
摘要:
目前大多数的合金法研究都是添加一种过渡族金属元素到熔炼体系中来达到有效去除Si中B、P的目的。但事实上，冶金硅中存在的非金属杂质元素通常是B、P共存。因此，同时高效的去除Si中B、P技术明显更适合于实际生产应用。为了同步高效去除初晶Si中的关键杂质元素P和B，我们首先采用Zr和Sr作为Al-Si凝固精炼过程中的B和P捕获剂元素。在Al-Si-Zr-Sr体系中，Al-Si合金中Zr和Sr的加入可以在熔体中析出ZrB2相和含P的Al2Si2Sr相。在Al-Si-Sr-Zr体系中，初晶Si中P和B的去除率分别在84.8% ~ 98.4%和90.7% ~ 96.7%范围内。其中Sr-32000+Zr-3000 (μg·kg-1)试样条件的去除效果最好，初晶Si中P和B的去除率分别达到了98.4%和96.1%。通过Al–Si–Zr–Sr体系和Al–Si–(Zr或Sr)体系的对比研究，Sr和Zr共掺对P和B的去除效果没有明显的下降趋势，说明含B/P杂质相的成核和生长是相互独立的。最后，我们建立了Sr/Zr析出相在熔体中形核和生长过程的演化模型，并揭示了杂质相与初晶Si之间的相互作用。
研究论文
改质钢渣中铁/磷富集相形核与长大行为研究
李军成, 李果轩, 邱锋, 王蓉, 梁金山, 钟艺, 管东, 李京伟, Seetharaman Sridhar, Zushu Li
2023, 30(2): 378-387. doi: 10.1007/s12613-022-2553-x
中文摘要(463) PDF(41) SpringerLink
摘要:
回收钢渣中的铁（Fe）和磷（P），不仅可以减轻钢渣堆积带来的环境负担，而且是钢铁工业发展循环经济、实现可持续发展的必由之路。本文旨在通过研究B2O3改质钢渣中富铁相（Fe3O4）和富磷相（Ca10P6O25）的结晶动力学规律确定Fe3O4与Ca10P6O25晶体可控生长的温度制度。本研究采用高温激光共聚焦扫描显微镜（CLSM）在线观测CaO–SiO2–FeO–P2O5–B2O3熔体的结晶行为，使用经典的结晶动力学理论计算Fe3O4与Ca10P6O25晶体的形核和长大速率。研究结果表明，CaO–SiO2–FeO–P2O5–B2O3熔体在冷却过程中初晶相Fe3O4析出温度范围为1300–1150°C，棒状的第二相Ca10P6O25在1150–1000°C温度区间内析出，且Fe3O4相的结晶能力大于Ca10P6O25相。综合考虑Fe3O4相与Ca10P6O25相的形核与长大速率，最终确定两相选择性结晶长大的最佳温度区间为(1055 ± 25)°C，即在1080–1030°C温度范围内对CaO–SiO2–FeO–P2O5–B2O3熔体进行缓慢冷却有利于Fe3O4与Ca10P6O25晶体的结晶长大，从而为后续从渣中选择性分离Fe3O4相与Ca10P6O25相创造了必要条件。
研究论文
基于三维分析的钢铁行业脱碳途径
卢鑫, 田伟健, 李辉, 李昕键, 全魁, 白皓
2023, 30(2): 388-400. doi: 10.1007/s12613-022-2475-7
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摘要:
脱碳是实现钢铁冶炼等碳基能源密集型行业碳达峰的关键手段。本研究提出了一种三维低碳分析方法，从资源利用（Y）、能源利用（Q）和能源清洁度（PGEF）三个维度，探讨钢铁企业的脱碳途径。本文对钢铁冶金长流程及其各工序、短流程电弧炉 (EAF)工艺、典型直接还原(DR)工艺及熔融还原(SR)工艺进行了三维低碳比较分析。研究表明，在研究钢铁行业脱碳路线时，考虑三维因素，特别是能源结构的影响对定量评价钢铁冶金新技术或新工艺的低碳效果具有重要意义。促进废钢回收（资源利用的优化）和碳基能源的替代（PGEF的优化）对实现钢铁行业低碳目标尤其重要。在工艺尺度方面，大力发展以废钢或者直接还原铁为原料的电弧炉短流程工艺是实现低碳目标的关键。该三维碳分析方法也可推广应用于其他诸如水泥生产和火力发电等能源密集型行业的低碳分析和评价。

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