材料工程

• 化学机械抛光中复合氧化铈磨料的研究进展

  曾强;佟志芳;华璞杰;

  本文综述了近年来复合纳米氧化铈（CeO_2）磨料在化学机械抛光（CMP）领域的最新研究进展，总结了CeO_2复合磨料在结构组成及化学掺杂等方面对抛光性能的影响，阐述了不同种类CeO_2复合抛光粉的作用机理，认为具有良好抛光性能的CeO_2抛光磨料通常是通过核-壳结构或金属元素掺杂的形式进行优化。在不同的抛光工艺和抛光要求下，这两种形式都可有效提升CeO_2磨料抛光的速率和平坦度。最后对复合CeO_2抛光磨料领域存在的主要技术问题进行了总结，提出了改进措施，并对其发展前景进行了展望，复合CeO_2抛光粉未来将逐渐向定制化、可控化、功能化方向发展。

  2025年02期 v.45;No.261 80+122-132页 [查看摘要][在线阅读][下载 1579K]
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• 分离层状结构Ni₂P/C锂离子电池负极材料合成及电化学性能研究

  夏思雨;刘嘉铭;李金辉;刘智勤;巫祯;高岩;常德政;欧阳剑;

  过渡金属磷化物因具有理论比容量高、工作电势低、电极极化低以及热稳定性优异等优点而成为目前锂离子电池负极材料研究的热点。本研究以六亚甲基四胺(HMT)和六水合硝酸镍(Ni(NO_3)_2·6H_2O)为原料,通过液相合成法制备了3种不同形貌的金属有机框架(MOF)Ni-HMT前驱体。利用低温固相磷化法将前驱体转化为Ni_2P/C负极材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)等检测手段对前驱体及Ni_2P/C复合材料的结构和形貌进行表征。考察了金属与有机配体的比例对Ni_2P/C复合负极材料电化学储锂性能的影响。结果表明,具有分离层状结构的Ni_2P/C-0.5材料的电化学性能显著优于其他材料,展现了其作为高性能锂离子电池负极材料的巨大应用潜力。

  2025年02期 v.45;No.261 133-139页 [查看摘要][在线阅读][下载 1377K]
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• 不锈钢连接体用Ce掺杂Cu-Fe尖晶石涂层研究

  刘雨婷;史冬阳;潘玥;

  Cu-Fe尖晶石涂层具有较高的电导率、热膨胀系数(CTE)与不锈钢基体匹配度高、生产成本较低等优势,广泛应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体材料。为了进一步提高不锈钢连接体的高温抗氧化性能,延长使用寿命,需要对涂层进行稀土改性。本研究采用溶胶凝胶法合成不同Ce掺杂量CuCe_xFe_(2-x)O_4(x=0,0.02,0.04)的尖晶石基粉体材料,考察了Ce掺杂量对其导电性能的影响。此外,利用浸渍提拉技术在SUS430不锈钢基体表面沉积了Cu-Fe-Ce尖晶石涂层,并对比分析了裸钢和涂层钢的高温氧化行为。结果表明,在CuFe_2O_4尖晶石中,适量的Ce取代Fe可降低材料的活化能,提高材料的导电性能,并且CuCe_(0.02)Fe_(1.98)O_4尖晶石涂层有效地抑制了Cr的外扩散和Cr_2O_3层的生长。因此,用Ce掺杂Cu-Fe尖晶石涂层提高了不锈钢连接体的高温抗氧化性和导电性,降低了氧化膜的面比电阻,对不锈钢连接体的高温防护具有重大意义。

  2025年02期 v.45;No.261 140-146页 [查看摘要][在线阅读][下载 1500K]
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• Nd（Ⅲ）离子在Ni基电极微区扫描电化学显微研究

  解成;彭军军;王旭;廖春发;

  探索Nd(Ⅲ)离子在活性电极表面原位还原机制对优化熔盐电解制备Pr-Nd合金工艺过程具有重要的理论和现实意义。本研究采用扫描电化学显微技术(SECM)与计时电流分析相结合的方法,通过产生-收集模式原位分析Nd(Ⅲ)离子在不同电位条件下Ni阴极基体微区的电流响应及形核规律。结果表明,随着施加在Ni阴极基体表面电位在-0.6～-1.0 V (vs.Ag/AgCl)范围内负移,表面活性位点逐渐增多且分布更均匀,电流峰强度最高值由低于0.003μA逐渐增大至0.004μA。水溶液体系中激活的Nd(Ⅲ)离子在Ni阴极表面的二维形核区域不断增大,三维形核活性位点也不断增加且均匀分布。Nd(Ⅲ)离子在Ni基电极表面的主要形核方式为瞬时形核,Nd(Ⅲ)离子扩散系数约为8.57×10~(-9) m~2/s。

  2025年02期 v.45;No.261 147-152页 [查看摘要][在线阅读][下载 1450K]
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环境工程

• 杂多酸离子液体对烟气中二氧化硫的吸附性能

  周子贤;陈佳煌;张裕嘉;许兰翔;刘志楼;

  冶金行业是我国二氧化硫（SO_2）的主要排放源，降低SO_2排放量对冶金行业绿色发展至关重要。本研究以氨基功能化杂多酸离子液体为研究对象，探究在盐酸和乳酸体系下的四甲基胍离子液体（[TMG]Cl和[TMG]L）对SO_2的吸附效率，考察四甲基胍磷钼杂多酸（[TMG]_3PMo_(12)O_(40)）对脱硫性能的影响。结果表明，[TMG]L对SO_2的吸附量高于[TMG]Cl，且升高温度不利于SO_2的吸收。添加适量的杂多酸有利于提高[TMG]L的脱硫能力，最佳添加量为0.2 g/g，水和乙醇等溶剂会降低SO_2的吸收量。在常压、吸附温度为40℃、吸附时间为50 min、杂多酸添加量为0.2 g/g的条件下，[TMG]L离子液体对SO_2吸收量达到0.68 g/g。离子液体吸收SO_2达到饱和后，可向其中通入H_2S，利用液相克劳斯反应得到易过滤的标准菱形硫磺产物并实现离子液体的再生。制备的杂多酸离子液体经4次循环后对SO_2的吸收量保持在0.63 g/g以上。本研究为冶炼烟气中SO_2的脱除和高值化利用提供了技术支撑。

  2025年02期 v.45;No.261 80+161-167页 [查看摘要][在线阅读][下载 1446K]
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• 赤铁矿对低浓度稀土废水的吸附行为

  刘普杰;龚仕林;鲍明成;杨润;甘丽梅;黄莉;陈金发;

  在稀土矿的提取、冶炼、分离过程中会产生大量的低浓度稀土废水，如果不能对其进行妥善回收处理，不仅造成稀土资源的浪费，也将导致环境污染等问题。本研究以低浓度稀土废水为研究对象，通过吸附实验研究了赤铁矿对镧（La）离子和钇（Y）离子的吸附行为。结果表明，当pH=5、温度为25℃、稀土溶液浓度为2.0 mmol/L时，吸附30 min,La的吸附量为0.073 mmol/g，吸附效率达到93.38%；吸附240 min,Y的吸附量为0.041 mmol/g，吸附效率为50.13%。延长吸附时间、升高吸附温度、提高稀土溶液浓度和抗坏血酸浓度都能提高赤铁矿对稀土元素的吸附量。扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FT-IR）等检测结果表明，赤铁矿吸附稀土元素后形成了Fe-OH键，稀土离子与-OH络合吸附在赤铁矿表面。本研究对吸附法处理低浓度稀土废水具有重要的指导意义，对绿色高效回收处理低浓度稀土废水有重要的推动作用。

  2025年02期 v.45;No.261 153-160页 [查看摘要][在线阅读][下载 1514K]
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• 稀土废渣地质聚合物制备及其力学性能

  黄龙;张骞;胡佳乐;蓝桥发;来鹏飞;刘帅峰;张小林;

  在稀土提取分离过程中会产生部分低放射性稀土废渣,对周边环境安全构成严重威胁,需要对其进行安全化处理。通常采用固化填埋处理稀土废渣,将其转制成抗压强度高的地质聚合物,可进一步提升填埋体的稳定性和安全性。本研究以稀土低放射性废渣和粉煤灰为原材料,在复合碱激发剂的作用下制备地质聚合物,考察稀土废渣掺量、液固比、固化温度、SiO_2/Al_2O_3摩尔比、Na_2O/Al_2O_3摩尔比对地质聚合物抗压强度的影响,通过正交实验得出了各影响因素的优先次序,优化了地质聚合物基固化物的工艺条件,并采用毒性浸出实验检测地质聚合物基固化物的安全性。结果表明,当固化温度为75℃、液固比(mL/g)为0.33、SiO_2/Al_2O_3摩尔比为4.0、Na_2O/Al_2O_3摩尔比为0.9、稀土废渣掺量为5%(质量分数)时,稀土废渣地质聚合物的抗压强度最高,达到30.47 MPa;在7 d毒性浸出液中Th、U累积浸出浓度均低于0.1μg/L,低于工业外排废水的放射性元素含量标准。

  2025年02期 v.45;No.261 168-176页 [查看摘要][在线阅读][下载 1566K]
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冶金工程

• Y₂O₃对CaO-Al₂O₃基保护渣非等温结晶行为的影响

  申慧强;张海辉;杨之焯;

  在稀土钢连铸过程中，钢渣中的活泼合金元素（如Y、La和Ce等）易与传统连铸保护渣发生反应，导致保护渣成分发生显著变化，降低结晶器与铸坯之间存在的保护渣渣膜的传热性能和润滑性能。CaO-Al_2O_3基低反应保护渣可有效抑制渣钢反应，确保连铸过程中保护渣的理化性能稳定。本研究通过示差扫描量热实验（DSC）研究了Y_2O_3对CaO-Al_2O_3基保护渣析晶行为的影响。结果表明，随着Y_2O_3含量增加，保护渣结晶所需的活化能及结晶过程中的化学反应频率均显著提高。其中，第一相结晶活化能从395 k J/mol增至830 k J/mol，化学反应频率因子从4.7×10~(16) s~(-1)增至6.4×10~(29) s~(-1)；第二相结晶活化能从647 k J/mol增至1 102 k J/mol，化学反应频率从4.8×10~(20) s~(-1)增至1.5×10~(38) s~(-1)。加入Y_2O_3能够抑制保护渣的结晶析出，并促使保护渣的结晶方式从二维生长转变为三维生长。

  2025年02期 v.45;No.261 83-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 1734K]
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• 氧化镧在稀土氟化物熔盐体系中的溶解过程

  谭明阳;彭栩堃;陈淑梅;李强;廖春发;赖晨妍;郭宇萍;

  明晰熔盐中氧化镧的溶解过程有助于电解过程电解质的选择和进料速度的控制。本研究采用物相分析与热分析方法探究了La_2O_3在Li F-La F_3熔盐中的溶解机制，采用透明电解装置对La_2O_3在熔盐中的溶解过程进行了研究。结果表明，La_2O_3在熔融盐中的溶解包括物理溶解和化学溶解，溶解过程表现为吸热；在Li F-La F_3熔盐中，Li F与La F_3反应生成La F_2,La_2O_3溶解于Li F-La F_3熔盐中会生成Li La O_2和La OF。

  2025年02期 v.45;No.261 97-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 1385K]
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• 还原固硫熔炼法从模拟废铅膏中回收铅

  刘兰进;卢人航;蒋春生;张忠堂;

  废旧铅酸蓄电池拆解后得到的废铅膏中含有40%～60%的PbSO_4，是法律规定必须回收的一种废铅化合物。为克服现有火法工艺回收废铅膏烟尘大及熔炼温度高的缺点，提出了在熔炼过程中加入FeO、CaO等固硫剂进行还原固硫熔炼的方法。以PbSO_4代替废铅膏为研究对象，利用热力学软件FactSage研究废铅膏还原固硫熔炼过程中各反应发生的趋势及各条件下炉渣的性质，并进行了实验验证。热力学分析表明，控制温度条件，PbSO_4与C反应分解为PbO或金属Pb的过程可以自发进行，加入FeO、CaO等固硫剂将增大此反应进行的趋势。验证实验结果表明，在1250℃、CaO与SiO_2的质量比为0.5、Fe与SiO_2的质量比为1.0的条件下，熔炼2h，金属相中Pb含量为94.44%，渣中Pb含量为2.10%,Pb的直收率可达到83.73%，表明此还原固硫熔炼工艺具有可行性。

  2025年02期 v.45;No.261 103-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 1674K]
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• 废旧NCM523正极材料火法冶金回收有价金属

  王仰志;廖金发;赵宝军;

  废旧锂离子电池中有价金属的回收再利用有助于节约自然矿产资源。火法冶金回收工艺因具有工艺简单、处理量大等优势而得到广泛应用。在冶炼过程中，锂（Li）常分散于渣和烟灰中，造成Li资源浪费。本研究将Fact Sage热力学分析与高温实验相结合，探索了NCM523正极材料中有价金属的回收工艺。在最佳实验条件下，采用10 g NCM523、6.9 g CaCl_2、2.5 g SiO_2和1.5 g C的配比，经过1 450℃保温60 min的冶炼过程，镍（Ni）和钴（Co）的回收率接近100%,Li的回收率为94%。渣、合金和烟灰样品的电感耦合等离子发射光谱（ICP）和X射线荧光光谱（XRF）分析结果表明，Ni和Co完全转化为合金相；Li以氯化锂（LiCl）形式进入气相，并在烟灰中富集，还有少量Li以氧化锂（Li_2O）和铝酸锂（LiAlO_2）形式残留在渣中。本研究还考察了造渣剂用量、还原剂用量及冶炼温度对Li、Ni和Co回收率的影响，并优化了冶炼渣型，以降低冶炼温度并减少渣量。本研究引入了LiCl作为气相介质，促进了Li元素的富集与回收，有效解决了传统熔炼工艺中Li在烟灰和渣中分散而难以实现统一回收的问题。

  2025年02期 v.45;No.261 112-121页 [查看摘要][在线阅读][下载 1350K]
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• 江西理工大学冶金工程学院简介

  <正>冶金工程学院是江西理工大学传统学科与新兴学科交相辉映且底蕴深厚的排头兵学院,设有冶金工程、新能源科学与工程及智能冶金3个专业,拥有本硕博一体化培养体系,是我国有色金属冶金、钢铁冶金等行业人才培养和科技创新的重要基地之一。冶金工程学科先后获批江西省高水平学科、一流学科、高峰优势学科、突击队学科,并入选教育部“高校学科领域优先发展清单”,第五轮学科评估全国第六(B等级),学科支撑的工程科学、材料科学均进入ESI全球排名前0.5%。

  2025年02期 v.45;No.261 78页 [查看摘要][在线阅读][下载 674K]
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• 《战略有色金属绿色低碳冶金》专辑推介

  佟志芳;梁勇;

  <正>战略有色金属提取在我国经济发展和国防安全中占有至关重要的地位。目前,我国金属冶金领域仍存在能耗高、成本高、数字化水平低等问题,在“碳达峰、碳中和”国家战略背景下,有色金属行业正迎来高质量和绿色化发展的挑战。同时,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2021—2035年)》中也明确地将“开发冶金等主要高耗能领域节能技术与装备”和“开发重污染行业清洁生产集成技术,强化废弃物减量化、资源化利用与安全处置”列为优先发展主题。因此,绿色低碳冶金已经成为有色金属资源提取领域科学研究的前沿主题。江西理工大学冶金工程学院与《江西冶金》期刊联合发表《战略有色金属绿色低碳冶金》专辑,旨在集中体现冶金工程学院在战略有色金属高效提取、增值利用和低碳环保等方面的最新研究成果,助力我国有色冶金行业高质量发展。本专辑共收录论文11篇,具体包括冶金工程、材料工程、环境工程3个专栏。

  2025年02期 v.45;No.261 177页 [查看摘要][在线阅读][下载 726K]
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