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块矿作为钢铁工业中重要的含铁原料之一，在优化高炉炉料结构和替代高成本球团矿方面具有显著价值。天然块矿因含水率和含粉率高，以及在热爆裂性、软化熔融特性、低温还原粉化性和还原性等方面与烧结矿、球团矿等熟料存在差异，对其高比例应用带来一定影响，需针对不同块矿特性开展工艺参数优化与经济效益的系统研究。本文详细阐述了块矿烘干技术的研究与应用进展，对比了块矿与烧结矿、球团矿在物理化学特性和冶金性能方面的差异，分析了块矿烘干脱除吸附水和结晶水的核心机理。在此基础上，综述了回转窑烘干、烧结环冷机余热烘干、球团竖炉改造烘干、球团余热烘干和储料仓烘干预处理技术与装备的特点。通过对现有研究与应用的梳理，总结了块矿烘干技术在改变入炉粉末和水分等指标、改善块矿热爆裂性和还原性等冶金性能、提升高炉生产效率和降低成本方面的积极作用，分析了当前块矿烘干技术面临的共性挑战有热工制度不统一、筛分时机存在分歧、综合经济性评价不完善等问题，对未来研究方向进行了展望，为块矿烘干技术的深入研究和工业化应用提供了参考。
高炉热风炉预热器是实现炼铁工序节能降耗与低碳生产的关键设备，但其在长期服役过程中面临严峻的腐蚀问题，直接影响系统的能效与安全运行。本文系统综述了预热器腐蚀的主要诱因，指出周期性非稳态工况(如燃烧-送风交替导致的热应力与温度波动)与复杂腐蚀介质(含硫、氯等酸性气体及粉尘颗粒)的协同作用是导致其失效的关键因素。重点阐述了点蚀与缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂、磨损腐蚀及低温露点腐蚀等典型腐蚀类型的形成机理与影响因素。在此基础上，结合工程实践，综述并展望了当前主流的防腐方法，包括采用抗腐蚀性能更优的板式预热器、耐蚀材料升级(不锈钢、双相钢等)、表面处理技术(搪瓷、渗铝、多功能涂层)以及结构与流场设计优化等策略。这些方法在提升设备耐蚀性、延长使用寿命方面各具特点，但也存在成本较高、涂层耐久性不足、结构设计依赖具体工况等局限。本文旨在系统梳理预热器腐蚀机制与防护技术的研究进展，为高炉热风炉预热器的长效安全运行、能效提升与维护决策提供理论参考与技术支撑。
随着金矿资源的不断开发，难处理金矿已成为黄金提取的重要来源。然而，由于其矿物特性复杂，在冶炼过程中产生大量含金尾渣，这些尾渣兼具资源价值与环境危害性的双重属性。因此，含金尾渣的综合回收利用已成为黄金冶炼行业可持续发展的关键。本文系统总结了含金尾渣的来源、特性及其综合回收利用研究进展。重点阐述了水泥窑协同处置、搭配熔炼、酸/碱法处理、磁化焙烧-磁选及氯化焙烧等典型方法的工艺流程、原理与技术指标，评估了各方法的适用场景。展望未来，含金尾渣综合回收利用的研究应聚焦于工艺优化、绿色高效浸出剂的开发、外场强化技术的应用等方面，使含金尾渣的资源化利用朝着清洁、高效的方向发展，为黄金冶炼行业的绿色转型提供有力支撑。
烧结原始料层的透气性直接影响烧结过程中的气固流动、热量传递和反应效率，是决定烧结矿质量和产能的关键指标。然而，传统的透气性检测手段存在显著的时滞性和低效性，难以满足现代钢铁工业对智能化控制和前馈调节的迫切需求。为实现对料层透气性的在线预测与机理解释，以7种粒级石英砂模拟烧结混合料，采用D-最优设计完成120组配比试验，测定各组透气性指数(PI)。为扩充样本量并提高数据覆盖度，引入生成式对抗网络(GAN)对部分原始样本进行数据增强，在保持物理约束和统计分布一致性的前提下实现训练集的扩展。基于此，构建了粒子群优化(PSO)与梯度提升决策树(GBDT)相结合的PSO-GBDT预测模型，并与其他模型进行性能对比。结果表明，PSO优化显著提升了模型精度与稳定性。进一步引入SHAP解释算法，对预测结果进行可解释性分析，识别出对PI影响最大的关键粒级区间，并定量揭示了微细颗粒与粗颗粒在气固通道构建中的协同作用机制。在此基础上，提出了“粒度识别-透气性预测-劣化诊断”的前馈控制概念框架，为构建烧结智能控制闭环提供了中间模型支撑。研究结果验证了该方法在小样本、高非线性问题中的适用性与推广价值。本研究目前处于试验验证阶段，工业现场应用将作为下一步工作重点。
高炉铁水的流动性直接关系到炉缸的安全运行及后续渣铁分离效率，而微量元素对复杂铁基熔体的流变特性具有显著调控作用。为揭示金属溶质Mn对含钛铁碳熔体流动性能及原子尺度结构演化的影响规律，本研究采用高温振动杯法精确测定Fe-4.5%C-0.1%Ti-xMn(x=0.1%~0.7%，质量分数)四元体系在1 573~1 773 K范围内的黏度变化，并结合扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)及分子动力学(MD)模拟深入解析熔体的微观结构特征。试验结果表明，Mn元素的添加显著改善了铁水的流动性，特别是在高温区(>1 523 K)，Mn元素降低黏度的效果更为显著。微观机理分析显示，Mn原子在熔体中主要以金属置换固溶原子的形式存在，与Fe原子具有相似的第一近邻配位关系，未形成显著的强化学键合或短程有序结构。MD模拟与微观形貌同步证实，Mn元素作为结构调节剂，其引入使熔体的自由体积占比显著提高约10%，同时诱导原子团簇发生结构演变且平均体积增大。自由体积的增加有效降低了原子迁移的能垒，抵消了团簇尺寸增大带来的阻力，从而在宏观上表现为黏度的系统性降低。本研究阐明了Mn通过调控自由体积主导熔体流动性的微观机制，为高炉冶炼中通过优化铁水中Mn含量改善含钛铁水流动性提供了理论依据和数据支撑。
渣壳是电渣重熔(ESR)中结晶器与熔池的绝缘热障及传热调控核心, 其成分和组织直接影响钢锭均匀性与表面质量。为揭示输入功率对渣壳结构与传热性能的作用机制, 本文基于H13钢ESR工业试验, 在同一炉次、同一结晶器与同一渣系条件下, 通过保持熔速恒定、分阶段调节输入功率, 使功率变化成为主要控制变量, 探讨输入功率对渣壳结构及传热性能的影响。研究采用扫描电子显微镜(SEM)与能谱分析(EDS)对渣壳进行截面形貌观察与元素分布表征, 结合图像分析方法实现渣壳孔隙率的定量统计, 并引入Maxwell-Eucken模型计算其等效导热能力, 构建无量纲相对热阻Rrel以综合表征渣壳厚度与孔隙率对其导热能力的影响。研究结果表明, 随着输入功率降低, 渣壳由致密玻璃态逐步演化为多孔层状结晶结构, 渣壳孔隙数量与连通趋势增强, 元素分布由均匀弥散向局部富集转变; 同时, 渣壳厚度与孔隙率显著增加, 其等效导热能力下降, 相对热阻Rrel持续升高。相关性分析显示, 在本研究工况范围内Rrel与表面缺陷面积率D呈明显正相关, 当Rrel由1.00提高至2.08时, D由约5%增加至约20%, 钢锭缺陷形貌由分散斑点逐渐发展为连续片状, 表明渣壳热阻的增大会显著加剧钢锭表面缺陷的形成与发展。Rrel可作为评价渣壳传热能力及表面缺陷风险的敏感指标之一, 为H13钢ESR过程输入功率窗口设计、渣壳结构优化与钢锭表面缺陷的工程调控提供定量依据与参考。
重压下技术已成为各类坯型生产品种钢、优特钢的优选技术, 但应用过程中存在不同认知与实践差异, 核心原因是对重压下技术的效果界定及本质特征缺乏共识。从区别于其他连铸坯质量改善技术的角度出发, 明确重压下技术的本质特征是能够将变形渗透至铸坯芯部, 进而显著提高铸坯芯部致密度。在重压下效果定量评价方面, 得到3种致密度体测量方法; 在重压下技术本质特征定量评价方面, 引入轧钢自由宽展理论, 提出表面宽展与内部宽展概念并给出对应表达式, 构建形成了系统的评价新方法。应用该方法研究了不同断面、不同钢种、不同压下方式下铸坯的宽展趋势, 通过与轧钢领域结论对比, 验证了该方法的合理性。以内部宽展为判断标准, 当压下铸坯的内部宽展大于未压下铸坯的内部宽展时, 即达到重压下效果, 实现了重压下本质特征外化的定量评价。针对单辊15 mm重压下与3辊各压下5 mm、总压下量15 mm轻压下两种场景, 研究发现两者的宽展变化及压下裂纹趋势存在本质差异。实践结果表明, 压下裂纹发生趋势随单辊压下量的增大先加剧后减轻, 存在一个明显拐点, 可通过重压下技术本质特征解释这一规律。对于碳质量分数约为0.7%的高碳钢、硬线钢、帘线钢等, 且断面为(160~180)mm×(160~180)mm的方坯, 单辊压下量7 mm左右既是压下裂纹产生的拐点压下量, 也是达到重压下效果的临界压下量。轴承钢完全可以采用单辊重压下技术且避免压下裂纹, 同时明确单辊重压下更不易导致压下裂纹; 对于裂纹敏感钢种而言, 单辊重压下技术能够将变形传递至铸坯芯部, 更有利于轴承钢内部质量。相较于碳质量分数约为0.7%的高碳钢, GCr15钢种需要更大的单辊压下量, 才能获得理想的内部宽展, 实现更优的内部质量改善效果。
在全球核能领域对高铀密度燃料需求日益迫切的背景下, 燃料板轧制过程中芯体与盖板的性能差异易导致"狗骨"与"鱼尾"等厚度不均缺陷, 严重制约铀分布均匀性与服役安全性。本文建立了U3Si2-Al燃料板热轧成形有限元仿真模型, 系统研究芯体削角角度对单道次与多道次轧制过程中组元金属变形行为的影响, 阐明缺陷形成机理, 探明削角参数与芯体厚度不均之间的定量关系。结果表明, 无削角时, 盖板与芯体性能差异显著导致变形速度不均, 易形成空隙并诱发厚度不均缺陷; 在单道次轧制中, 增大削角角度有助于增大中心均匀区的长度, 但是头部增厚区与尾部增厚区的厚度峰值同样有增大趋势, 削角角度通过改变局部金属流动行为, 成为调控芯体厚度分布的关键参数; 采用多道次阶梯式压下道次分配方式可实现组元金属渐进变形, 修正前序道次产生的局部变形不均, 有利于降低超差区域占比。在总压下量相同条件下, 采用45°削角配合多道次阶梯式压下分配方式, 可使芯体厚度超差区域占比由单道次轧制的7.13% 降至4.94%。研究结果可为燃料板芯体削角设计与轧制工艺优化提供理论指导。
电池双极板作为质子交换膜燃料电池系统的关键组件, 其性能直接决定了电池的效率和可靠性。电池用钢需满足高强度、耐腐蚀、轻量化及成型性良好的综合要求, 而轧制工艺是实现钢材薄型化和表面质量优化的核心环节。然而, 在轧制过程中, 非金属夹杂物的存在往往引发表面缺陷, 如线鳞缺陷, 严重制约产品合格率。这类缺陷通常与夹杂物的类型、分布及演变行为密切相关, 尤其在多道次冷轧中, 夹杂物与钢基体的变形协调性差异会导致不同程度的破碎或延伸, 进而影响最终产品的表面完整性。钢铁材料在生产中不可避免会形成非金属夹杂物, 这些夹杂物根据成分和性质可分为脆性夹杂物(如Al2O3-SiO2-CaO系)、塑性夹杂物(如SiO2-CaO-MgO系)及复合型夹杂物。在轧制变形下, 夹杂物的演变行为受其物理性质(如硬度、弹性模量)和外部力学条件(如轧制压下量)的共同影响。脆性夹杂物在轧制的剪切应力作用下容易破碎, 进而导致表层金属起皮; 而塑性夹杂物则随基体延展拉长, 形成链状分布。现有研究多聚焦于夹杂物的检测以及精炼过程中夹杂物的热力学分析, 但对于超薄双极板轧材轧制中夹杂物的演变机理, 尤其是轧材厚度与夹杂物破碎比例量化关系尚缺乏系统分析。本研究以双极板用316L不锈钢为研究对象, 系统分析了不同轧制道次下夹杂物的演变行为。通过对轧制厚度为0.90、0.35、0.17、0.10 mm的轧材进行取样, 结合扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线光谱仪(EDS), 对夹杂物形貌与成分进行表征, 重点研究了脆性、韧性及复合型夹杂物在轧制过程中的破碎行为, 建立了夹杂物成分与其破碎比例、长宽比之间的量化关系。研究明确了关键类型夹杂物诱发表面缺陷的机理, 为双极板用钢的洁净度控制与轧制工艺优化提供了重要理论依据。
为了探究Mo+V复合合金化对低碳Cr-Ni-W系钢组织演变规律及强化机制的调控作用, 本文研究了Mo+V复合合金化对不同回火温度(550~640 ℃)处理的18Cr2Ni4W钢微观组织和力学性能的影响。结果表明, 在较高回火温度625 ℃时, 18Cr2Ni4W钢中析出了一定量富Cr元素的M7C3, 18Cr2Ni4W+MoV钢中则析出了大量纳米级片状MC型碳化物。相分析表明, 18Cr2Ni4W和18Cr2Ni4W+MoV钢中的Cr和W元素主要以固溶态形式存在, Mo元素约40% 则以合金碳化物M3C和MC的形式存在, V元素在625 ℃回火时约70%以MC形式存在, 即Mo+V元素耦合添加促进了MC相的析出。在相同回火温度下, 18Cr2Ni4W+MoV钢的强度要远大于18Cr2Ni4W钢, 在二次硬化峰温度600 ℃回火时2种试验钢的强度差异最大, 抗拉强度和屈服强度差异分别高达398 MPa和341 MPa。2种试验钢625 ℃回火后屈服强度理论计算值与试验结果较为吻合, 两者屈服强度的差异只来源于析出强化和位错强化, 其中析出强化的贡献约为234 MPa, 位错强化的贡献为108 MPa。在相同试验温度下, 18Cr2Ni4W+MoV钢的高温强度明显高于18Cr2Ni4W钢, 其中625 ℃回火样较550 ℃回火样的强度提高幅度更大, 在300 MPa以上。18Cr2Ni4W+MoV钢高温回火时大量析出弥散分布的纳米级MC型碳化物、Cr碳化物含量明显降低, 是其高温强度得到显著提高的主要原因。研究结果可为钢种成分和性能优化提供试验依据。
为研究7A62铝合金在等温压缩过程中的热变形行为, 采用Gleeble-3500热模拟试验机对该合金开展单道次热压缩试验, 试验应变速率设置为0.01、0.1、1、10 s-1, 变形温度设置为350、400、450、500 ℃。根据试验获得的7A62铝合金流动应力变化规律, 运用非线性回归和线性拟合法, 提出采用分段函数模型描述7A62铝合金弹塑性变形过程宽应变范围内的应力变化特征, 同时完成热压缩数值模拟与热加工图构建。结果表明, 7A62铝合金热塑性变形过程中发生动态回复与再结晶, 以回复为主的动态软化作用与加工硬化作用基本相当; 应变速率较低时, 流变应力达到峰值后基本保持稳定, 而应变速率较高时, 因热效应影响, 应力达到峰值后略有降低。基于分段函数构建的本构方程, 可全面反映弹性阶段、峰值应力及塑性阶段宽应变范围内的应力-应变关系, 预测的流动应力与实测值吻合良好, 平均相对误差约为7.23%, 预测精度较高。通过数值模拟方法研究了试样压缩过程的动态力学性能, 阐明了不同变形条件下该合金热效应与应力-应变梯度的变化规律。根据热加工图与热变形组织分析, 确定了7A62铝合金的最佳热加工工艺窗口为变形温度420~500 ℃、应变速率0.01~0.1 s-1; 在此区间内, 合金塑性变形的功率耗散效率因子η超过0.3, 组织表现为层间距均匀的板条状变形组织, 晶界处再结晶等轴晶粒较完整, 且晶界处几乎无缺陷。研究结果可为7A62铝合金热变形工艺的优化设计提供试验依据及理论指导。
真空离心铸造技术是在真空环境中依靠离心力作用完成铸件的成形与凝固, 兼具了真空熔炼和离心铸造的双重优势, 但难以保证铸件的表面质量。本研究通过真空离心铸造技术制备了2139铝合金管坯, 同时在模具内表面涂覆高温涂料制备了有涂层管坯, 研究了铸态下宏观、微观组织形貌差异和不同工序下组织演变规律, 通过对不同时效制度合金进行显微硬度试验确定了峰值析出制度, 对时效态合金进行力学性能测试, 讨论了时效态力学性能差异原因。研究结果表明, 宏观形貌表现为无涂层时底部出现粘结面, 外侧表面粗糙; 有涂层时外侧表面出现较小的凹坑, 其整体表面质量优于无涂层合金。微观组织表现为无涂层时粗大第二相Al2Cu数量多, 有涂层时几乎没有粗大第二相。经过均匀化-轧制-固溶处理后, 有涂层样品中合金元素回溶现象明显。力学性能测试结果表明, 无涂层样品的抗拉强度与屈服强度分别为400.38 MPa和344.34 MPa, 伸长率为21.1%;有涂层样品的抗拉强度与屈服强度分别为441.71 MPa和363.31 MPa, 伸长率为13.9%。有涂层样品的强化相析出数量密度更多, 分布更均匀, 强化相尺寸更细小。有涂层样品的无析出区尺寸为151.35 nm, 相比之下, 无涂层样品的无析出区尺寸为178.16 nm。本研究结果为制备高质量铝合金板材提供了坚实的理论依据。
铝工业是国民经济的重要支柱产业, 同时也是典型的能源密集型产业和高CO2排放行业, 准确的碳排放核算是铝冶炼企业绿色低碳转型的基础。在国内外多重碳政策的叠加约束背景下, 基于铝冶炼行业生产排放特征, 对比分析了国际国内现行铝冶炼企业碳排放核算方法, 并以云南省铝冶炼企业为核算案例, 阐明了多应用场景下核算范围、方法及关键参数选取对结果的影响。研究表明, 现行铝冶炼企业碳排放核算规范呈现出优化趋势, 即核算方法逐渐简化, 参数选择更注重实操便利性及行业技术适配性, 但在不同政策情景下, 核算边界、方法与参数的选择会导致核算结果产生显著差异。企业层级的产品碳强度核算约可达设施层级的3倍; 采用基于实测数据的核算方法可显著降低核算结果, 阳极消耗碳强度较缺省法下降10.68%, 阳极效应碳强度降幅达44.87%, 省级电网排放因子的间接排放碳强度较全国平均因子降低约80%;基于政策情景的产品碳强度核算层面, 由于阳极损失率、CF4/C2F6排放因子等关键缺省值的取值较为保守, 导致缺省法核算结果相较于实测法存在14.98%~21.21%的正偏差。针对当前核算体系存在的核算边界设定不一、电网排放因子选用不明确、关键参数取值保守、前沿低碳技术的核算方法尚不完善等问题, 提出了构建差异化核算框架、推行数据实测优先、深化前沿领域碳核算方法研究等核算体系优化建议, 可为构建灵活适应多重场景需求的碳排放核算体系提供参考。
当前行业背景下, 废钢资源整体相对稀缺, 短流程电炉炼钢成本显著高于高炉-转炉长流程, 这一差距制约了电炉工艺的推广与发展。高效、低成本冶炼是电炉降本增效、提升市场竞争力的核心路径, 因此以废钢为原料的电炉短流程生产企业, 普遍面临冶炼工艺优化与生产成本降低的现实需求。本文围绕电炉高效供电、欠氧操作、少渣冶炼3大核心方向, 系统性分析高效低成本冶炼的基本原理, 并结合现场实际生产反馈, 验证了工艺优化方案的可行性。研究结果表明, 在泡沫渣埋弧操作的可控范围内, 通过提高电抗器电抗、提升变压器电压挡位, 可实现高功率长弧的高效稳定冶炼, 进而降低吨钢电耗并缩短冶炼周期。此外, 电炉碳氧喷吹过程中需合理控制氧碳喷吹比, 防止钢液过氧化, 实现全流程欠氧冶炼操作, 从而提高钢液终点C和Mn的含量。对比工业数据发现, 碳氧喷吹操作中所消耗氧气体积与含碳介质质量比(氧碳比, VO2/MC)控制在0.8~0.9 m3/kg, 可使钢液中C质量分数稳定维持在0.15%~0.20%、Mn质量分数同步稳定在0.15%~0.20%, 渣中FeO质量分数也由传统工艺的25%降低至15%以下。上述优化措施最终可实现电炉炼钢金属收得率提升2%~3%, 硅锰合金加入量降低1.5 kg/t。结合实际生产数据及理论分析, 电炉炉渣成分设计需充分考虑发泡指数和FeO活度, 碱度R(w((CaO))/w((SiO2)))为1.7~1.8、w((FeO))为12%~15%, 据此可将吨钢渣量控制在70 kg以下。
强化铁矿烧结过程CO减排是实现清洁生产与能源高效利用的关键。烧结过程碳粒燃烧主要受扩散控制，料层内CO氧化反应途径包括气相CO再燃和气-固相铁氧化物间接还原。在700~1 400 ℃的Fe-C-O平衡体系中，CO及CO2体积分数之和为12%时，Fe3O4稳定区间的CO质量浓度为3.11~57 861 mg/m3，与实际烟气CO质量浓度相符。在500 m2烧结机上开展系统的过程控制优化，通过返矿预润湿与蒸汽伴热技术将制粒球平均粒度从4.02 mm提升至4.84 mm，有效改善了料层透气性；加强设备密封维护使风箱系统漏风率从44.28%降低至40%以下；优化燃料粒度控制，将粒径小于0.5 mm的燃料质量分数控制在10%~20%；将烟气循环比例从27.42%调整至20.41%，烟罩内气流氧体积分数相应地从16.9%提高至17.9%；同时优化喷吹参数，将烟罩内蒸汽体积分数从12.41%调整至7.26%，协同促进碳粒完全燃烧并强化CO再燃反应。结果显示，改造后风箱烟气中CO与NOx呈现协同下降趋势，烧结烟气日均CO质量浓度(基准氧质量分数为16%)从6 377.55 mg/m3降低至4 166.74 mg/m3；吨烧结矿CO排放量由12.11 kg降低至8.67 kg，减排率达28.41 %，每吨矿料层内回收反应热约为34.77 MJ。该技术在降低烧结烟气CO排放的同时提升过程能源利用效率，为钢铁行业烧结工序减污降碳协同增效提供了可行的技术路径。
冶金行业在火法冶炼过程中产生大量高温熔渣, 蕴含巨大的余热回收潜力, 熔渣余热回收是冶金行业节能减排的重要途径。目前对底吹配置下气液正面碰撞的破碎机制及操作参数对粒化性能影响规律的研究尚不深入, 本研究采用底吹风淬粒化技术, 通过高速气流从熔渣流下方垂直向上喷射实现气液正面碰撞破碎, 在碰撞区域产生强烈气液两相相互作用, 具有冷却速率高、换热充分、结构简单等优点, 具有广阔的工业应用前景。以水为低温模拟介质, 在Reynolds数、Weber数和Froude数相似的条件下, 通过高速摄影(2 000 Hz)结合OpenCV图像识别方法, 研究了气体流量对粒化过程、液滴尺寸及其分布特征的影响规律。底吹风淬粒化过程存在液膜形成、液膜破碎和直接液滴形成3个过程, 由气液界面的惯性力与表面张力竞争主导, 临界转变流量为40 L/min。液滴平均直径随流量呈先增加后减小趋势, 液滴尺寸分布服从Rosin-Rammler分布, 拟合优度均大于0.95, 特征直径与平均直径变化一致, 分布指数n从2.85增加至3.71, 与方差降低趋势相互印证, 表明高流量有利于获得尺寸更均匀的液滴群。本研究揭示了底吹风淬粒化过程宏观演变规律、液滴宏观尺寸特征与统计分布参数之间的内在关联机制, 为底吹风淬粒化技术的工业应用提供了理论依据和设计准则, 对推动冶金行业节能减排和绿色发展具有重要意义。
赤泥是氧化铝工业排放的大宗固废, 富含铁、铝等有价金属, 但其综合利用率低, 传统堆存方式造成严重的资源浪费与环境污染。当前研究多集中于高铁赤泥的资源化, 而对铁含量低、矿物共生关系更复杂的低品位赤泥的高效利用研究相对不足, 技术挑战更为突出。为实现此类低品位赤泥中铁资源的高效回收, 以铁品位(质量分数)仅为36.6%的典型低品位赤泥为研究对象, 系统开展了悬浮焙烧还原-磁选提铁工艺的研究。重点考察了焙烧温度、还原时间及还原气体总流量对磁选指标的影响, 并揭示了物相演变与元素赋存规律。结果表明, 针对该低品位原料, 在焙烧温度为650 ℃、还原时间为20 min、还原气体总流量为700 mL/min的最优条件下, 可获得铁品位为49.30%、铁回收率为80.38%的磁选精矿, 实现了有效的铁富集。本研究从矿物学层面阐明了制约此类低品位赤泥提铁效果的根本原因, 原料中铁、铝元素呈原生紧密共生状态, 在焙烧过程不但未能解离, 反而通过固相反应生成了铁铝尖晶石FeAl2O4。该物相在磁选中与磁铁矿同步进入精矿, 严重限制了铁品位的进一步提升。研究表明, 悬浮焙烧还原-磁选工艺可有效强化气固接触、提高低品位赤泥的铁回收率, 但受固有的晶体共生特性制约, 难以通过单一物理分选实现铁、铝高效分离。本文为低品位赤泥中铁的提取提供了具体的工艺借鉴, 并通过揭示还原-磁选路径在处理此类复杂共生型低品位资源时的内在矿物学局限性, 为未来开发针对性的选择性还原或复合分离方法提供了理论依据。
从含镓(Ga)固体废料中开发高效、绿色、短流程且经济可行的Ga回收工艺, 是全球主要经济体Ga资源循环领域面临的重大挑战。Al-Ga-Mg-Sn铝合金水解制氢固废为含5%~10%Ga(质量分数)的水合氧化铝(Al2O3·nH2O), 属高品位Ga资源, 但强酸或强碱直接浸出的低效率无法达到工业化需求。本文提出"酸碱协同"回收Ga元素, 有机酸酸洗富集、强碱浸出的两步工艺, 有效削弱直接强碱浸出中二次钝化对固体废料的包裹作用, 显著提升Ga的回收效率。通过系统研究酸洗过程的酸类型、浓度及二次反应NaOH浓度对Ga回收率的影响规律, 结合动力学分析揭示碱浸出过程的速率控制步骤与反应机理。结果表明, 有机酸(草酸、柠檬酸、苹果酸)的回收效果优于无机酸(盐酸), 其中柠檬酸表现最为优异。有机酸通过羧基与羟基的螯合作用形成络合物, 络合物粒径随酸浓度升高而减小, 纳米级颗粒(柠檬酸粒径为71.77 nm、苹果酸粒径为91.94 nm)是保障高回收率的关键; 碱浸过程符合未反应收缩核模型(决定系数R2>0.98), 反应速率由表面化学反应控制, 90 ℃时表观活化能为45.6 kJ/mol。当反应温度控制在90 ℃, 采用物质的量浓度为0.3 mol/L柠檬酸预处理与物质的量浓度为0.5 mol/L NaOH浸出的组合工艺时, 体系中Ga的回收率可达到76.44%。该研究实现Ga的原位单质聚集, 规避了传统工艺"离子浸出-二次转化"流程中繁琐的多步分离与富集操作, 达到经济可行的Ga短流程回收工艺, 有效降低工艺操作难度与废渣污染风险, 为含Ga固体废料中Ga回收的研究提供了试验验证与技术支持。
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