添加真空蒸馏炭渣对炭阳极反应性的影响

利用真空蒸馏炭渣替代部分煅后焦制作炭阳极可实现炭渣高值资源化,在有效利用真空蒸馏炭渣的同时也有着改善阳极反应性的潜力.但真空蒸馏炭渣的添加量对含炭渣阳极反应性影响,及其对阳极原料的作用机制尚不明确.本文在1200℃,真空度0.5~5 Pa的条件下对炭渣真空蒸馏,添加不同含量的真空蒸馏炭渣,与石油焦及沥青复合成含炭渣阳极,对阳极进行反应性检测.采用同步热分析仪(TG-DSC)分析真空蒸馏炭渣对沥青热解过程的影响,采用热重分析仪(TG)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜能谱仪(SEM-EDS)探究真空蒸馏炭渣对石油焦、沥青焦反应性的作用机理.结果表明,随着真空蒸馏炭渣的添加量(质量分数)从3%增加到5%、7%、10%,炭渣对阳极空气反应性(600℃)起抑制作用,对阳极CO_(2)反应性(970℃)起先抑制后催化的作用.添加真空蒸馏炭渣可提高沥青的结焦率,以及沥青焦、石油焦的炭化程度,从而抑制阳极空气反应性(600℃);高温下炭渣中的微量元素对沥青焦气化反应的促进作用,是高含量炭渣催化阳极CO_(2)反应性(970℃)的主要原因.

复杂铜钴共伴生矿有价金属回收综述

铜和钴是重要的战略有色金属,因其优异的理化性质应用广泛.非洲刚果(金)等地区的复杂铜钴共伴生矿,铜钴比可达3∶1,是重要的铜钴矿产资源.由于全球对铜钴需求的不断增加,从复杂铜钴共伴生矿(后续综述表述为铜钴矿)中协同提取铜、钴等有价元素意义非凡.本文综述了包括氧化矿与硫化矿在内代表性复杂铜钴共伴生矿资源的矿物学特点,全面比较和讨论了氧化矿与硫化矿的焙烧、浸出等提取工艺的区别.最后对从复杂共伴生铜钴矿中提取铜、钴的前景与挑战进行了评估.综述表明氧化铜钴矿更适合采用湿法工艺处理,而硫化铜钴矿则更适合用焙烧–浸出相结合的强化浸出工艺处理.综述中对比了铜钴矿金属提取过程中的热力学特点与动力学限制因素.

碳化物基复合材料在电磁波吸收应用中的研究进展

电磁波吸收材料在过去几十年中取得了长足的进步,由于其对入射电磁波的重要衰减作用,在防辐射和反雷达探测中发挥着越来越重要的作用.随着纳米技术的蓬勃发展,高性能电磁波吸收材料的设计已不仅仅依赖于单一成分介质的固有特性,而是更加注重不同成分的协同效应,从而产生丰富的损耗机制.在各种候选材料中,碳化物通常具有化学稳定性、低密度、可调介电性能和多样化的形态/微结构等特点,因此,探索并设计碳化物基复合材料将是获得具有良好实际应用前景的新型电磁波吸收材料的可行途径.本文介绍了与介电复合材料相关的电磁损耗机制,然后重点介绍碳化物基复合材料作为高性能电磁波吸收材料的最新进展,包括共价型碳化物、间充型碳化物、MXene基碳化物以及一些不常见的碳化物基复合材料和多组分复合材料.详细讨论了有关成分优化、结构工程、性能增强和结构-功能关系的关键信息.此外,在比较了一些代表性复合材料的性能后,还提出了碳化物基复合材料发展面临的一些挑战和前景.

TNM钛铝合金高温抗氧化行为研究

TNM(Ti–43Al–4Nb–1Mo–0.1B)钛铝合金具有较低的密度、优异的高温力学性能和较好的高温变形能力,其长期服役温度可达750℃左右,是备受瞩目的新一代航空发动机低压涡轮叶片用材料.选取热暴露温度时间不同的两个热暴露条件对TNM合金在空气中进行氧化实验,采用扫描电子显微镜、能谱仪及X射线光电子能谱分析仪对试样的表面形貌、氧化物组成进行分析,系统研究了TNM合金在不同温度、不同时间热暴露条件下的氧化规律.结果表明,在700℃和760℃下,TNM合金抗氧化级别分别为完全抗氧化和抗氧化等级.700℃下,TNM合金在氧化初期先生成TiO_(2),随后Al_(2)O_(3)逐渐增加,直至覆盖整个样品,在氧化进行200 h时,表面生成的氧化物主要为Al_(2)O_(3),含有少量的MoO_(2)、MoO_(3),能保持较好的抗氧化性;760℃条件下,合金在氧化初期即形成不稳定的Al的氧化物与Ti的氧化物,表面生成的氧化物主要为TiO_(2)和少量的MoO_(2)、MoO_(3)与MoO_(x)的氧化物.

低浓度稀土离子吸附材料研究进展

近年来,随着稀土产量与需求之间的供需矛盾日益加深,对稀土资源的高效绿色提取和分离提出了更高的要求.特别是从稀土矿选矿废水、精炼废水、海水和温泉等低浓度的稀土溶液中回收稀土资源已成为研究热点.相比于蒸发结晶、化学沉淀、溶剂萃取等传统提取技术,吸附法因具有操作简单、成本低廉、处理量大和适应性强等优势,成为低浓度稀土深度回收的潜在方法之一.本文汇总了近年来国内外有关于稀土离子吸附材料的研究进展,详细介绍了矿物基、碳基、金属−有机框架基和高分子基等吸附材料的设计与合成思路、微观形貌、吸附行为、材料性能和潜在的应用潜力.最后,对比指出了各种吸附材料的优势和不足,提出开发面向应用的高效绿色靶向吸附材料是未来稀土吸附材料的主要发展趋势,靶向吸附技术也将成为低浓度稀土溶液(废水)资源化的主要方法,以期为稀土资源的高效利用提供参考.

基于3D卷积神经网络的膏体屈服应力预测

膏体流变性能是膏体充填技术重要指标,是金属矿膏体充填工艺流程的重要工程参数.本文提出一种基于3D卷积神经网络的膏体屈服应力预测方法,通过制定图像采集标准并研发图像采集装置采集图像数据集.经Sobel算子实现膏体边缘检测、全图缩小等预处理,得到膏体图像数据集.采用十折交叉验证方法划分数据集,避免因单次随机划分造成的偶然误差.以膏体图像–屈服应力数据集为基础,利用3D卷积神经网络模型提取膏体纹理特征和时序信息等,又通过引入直方图均衡化算法的图像增强策略减少环境因素干扰,提高模型稳健性.利用预处理后的数据集在3D卷积神经网络模型上做训练和测试,得到模型损失值曲线图和混淆矩阵.将屈服应力模型预测结果进行分析,又引入卷积注意力机制嵌入到卷积神经网络实现模型优化,并对模型参数进行调整,模型预测平均准确率从93.26%提升至98.19%,论证了基于3D卷积神经网络的膏体屈服应力预测方法可行性.经图像增强处理的数据集应用到各模型中,模型预测平均准确率均提升3%以上.相比传统膏体流变测量方式,解决了传统膏体屈服应力测量操作复杂、外部因素扰动大、工程现场难以开展等问题.

基于金属有机骨架材料的电阻传感器在检测VOCs中的应用

化学电阻传感器由于其结构简单、分析快速等特点在众多气体传感方式中脱颖而出,因此成为了目前应用广泛的传感器类型.其中,用于检测挥发性有机化合物(VOCs)的电阻传感器中敏感材料对气体的选择性吸附和相应的检测至关重要,此外也需要一些额外措施保证检测的选择性.因此,传感材料的比表面积、孔尺寸、功能官能团以及辅助材料等决定了传感器的响应程度、选择和敏感程度.金属有机框架材料(MOF)是一类新型的有机-无机杂化材料,具有丰富多孔、高比表面积、结构多样性、化学稳定性良好等特点,除此以外一些MOF衍生物也具有比表面积大、导电性良好等特点,因此MOF及MOF衍生物已在气体传感器中得到广泛研究和应用.基于化学电阻传感器基本原理、MOF及MOF衍生物在电阻传感器检测挥发性有机化合物中起到的作用、原理、及其应用,对其发展前景和面临的挑战进行了展望.

废汽车催化剂铁捕集熔炼渣一步法制备微晶玻璃研究

低温铁捕集技术是回收废汽车催化剂中铂族金属最有前途的技术之一.铁捕集熔炼渣以硅铝酸盐为主,同时含有少量有毒重金属(如Cr、Ba、Ni、Mn等),其处置与资源化利用是当前行业的难题.本文致力于铁捕集熔炼渣的重金属固化和资源化利用,充分利用硅铝酸盐为网络形成体,以重金属和酸洗污泥中CaF2为形核剂,通过一步法制备微晶玻璃.差示扫描量热分析结果表明,随着酸洗污泥用量(质量分数)从7%增至28%,样品的玻璃化转变温度与析晶温度间隙由211℃降低到150℃,基础玻璃的析晶活化能从321.8 kJ·mol^(-1)降低到303.5 kJ·mol^(-1),Avrami指数由1.7增至3.7.表明酸洗污泥可以降低成核与析晶的温差,有利于实现一步法工艺.酸洗污泥添加量(质量分数)为21%时,在900℃下热处理1.2 h制备的微晶玻璃具有较佳性能,即密度3.04 g·cm^(-3),吸水率(质量分数)0.11%,维氏硬度和抗弯强度分别为742.72 HV和119.32 MPa.浸出毒性试验表明重金属Cr、Ba、Ni等均满足美国环保局提出的毒性浸出实验(TCLP)标准.玻璃结构分析表明酸洗污泥有利于增加基础玻璃中的非桥氧含量,降低玻璃网络聚合度,增强结晶趋势.

烧结烟气中含钾化合物对钒钨钛催化剂脱硝/二噁英性能的影响

采用钒钨钛催化剂可有效减排烧结烟气中NO和二噁英,而烟气中含有的钾盐会造成催化剂活性降低.在实验室采用湿式浸渍法对新鲜钒钨钛催化剂进行强制失活,研究了三种钾盐(K_(2)SO_(4)、K_(2)O和KCl)负载于催化剂表面对其脱硝和脱二噁英活性的影响,并采用水洗和酸洗手段考察了失活催化剂的再生性能.结果表明,不同形态钾盐会造成催化剂的脱硝和脱二噁英活性降低,催化剂对两种污染物的活性降低顺序遵循相同的规律,即KCl>K_(2)O>K_(2)SO_(4).催化剂的失活机理主要包括物理失活和化学失活.物理失活主要是指钾盐在催化剂表面沉积并堵塞其孔道;化学失活主要是指钾盐与催化剂表面的活性组分产生相互作用,钝化表面活性位点,降低表面酸性,减弱氧化和还原性能,进而降低催化剂的脱硝和脱二噁英活性.再生实验结果表明,水洗可以一定程度上恢复催化剂的脱硝活性,酸洗会导致催化剂表面活性物质流失,但水洗和酸洗均无法有效恢复催化剂的脱二噁英活性.最后,提出了不同形态钾盐对钒钨钛催化剂的中毒机理.

总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响

为了保证齿轮钢中非金属夹杂物的控制,并确定齿轮钢经济合理的总氧含量控制目标,开展了总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响研究.以三种不同总氧含量的Mn-Cr系齿轮钢为研究对象,利用Aspex扫描电镜、极值法、疲劳测试等不同方法研究了齿轮钢中非金属夹杂物数量、分布、尺寸等,获得了夹杂物与齿轮钢总氧含量的对应关系.在本文实验条件下,随着总氧含量的降低,钢中氧化物夹杂数量不断减小,其中5~10μm的小尺寸夹杂物减小最明显,而10μm以上的大尺寸夹杂物数量变化规律不明显.另外,极值法和疲劳试验结果表明,总氧含量高时(质量分数为0.0013%),钢中最大氧化物夹杂尺寸也较大,比总氧质量分数为0.0010%和0.0005%的实验钢的最大夹杂物尺寸高10μm以上,且当总氧含量比较低时(质量分数≤0.0010%),实验钢总氧质量分数变化(0.0010%、0.0005%)对钢中最大夹杂物尺寸影响不大.

SBA-15脱除超细颗粒的机制研究

利用扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪(SMPS),针对不同孔径的介孔材料SBA-15,探索对UFPs(2.5~25 nm)的去除效率及脱除机理,以期为介孔材料过滤脱除UFPs在钢铁工业颗粒物超低排放控制的应用提供理论基础.基于实验结果及表征分析得知:UFPs入孔效应使大孔径介孔过滤介质效率更佳;介孔材料孔径端部内外表面存在大量UFPs亲和位点,提高端部复杂程度有利于提升材料过滤性能;氮气的有无对UFPs去除结果基本没有影响;介孔的存在使UFPs扩散效应更强,颗粒入孔使扩散系数增加,故UFPs在介孔材料实际扩散结果与传统扩散模式理论值(m=-2/3)不同.

基于金属有机框架材料设计合成锂离子电池电极材料的研究进展

金属有机框架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)是一种新颖的多孔晶体材料,具有比表面积大、孔隙率高、结构可设计性强等优点,但是,MOFs的低电导率以及在电解液中的稳定性等问题限制了其作为电极材料的应用.近年来,如何结合MOFs的优势进行锂离子电池电极材料的设计与合成受到了越来越多的关注.目前,通过自牺牲得到的多孔碳骨架和金属化合物等MOFs衍生复合电极材料,不仅解决了电导率低的问题,而且保留了MOFs的高比表面积和复杂多孔结构,为锂离子的插入/脱出、吸附/解吸等过程提供了丰富的活性位点;与此同时,从结构单元和化学组成方面增加了材料结构的复杂性,开放性的孔隙结构可以缓冲体积膨胀带来的机械应力,对外来离子存储和多离子传输具有重要的意义.本文综述了MOFs及其衍生物在锂离子电池电极材料的设计和研究中取得的最新进展,重点阐述了针对锂离子电池电极材料的要求进行MOFs形貌控制和修饰的方法,以及具有多孔、中空或特殊结构的MOFs衍生电极材料的制备关键影响因素及其结构特性对电化学性能的影响.最后,分析了MOFs衍生电极材料的研究挑战和发展方向.

微生物技术在稀土资源利用中的研究进展

主要介绍了稀土资源的重要作用及利用现状,对我国的稀土矿分布及特征进行概述,并提出稀土开采存在的问题及微生物采矿的优势.回顾利用微生物进行稀土矿开采的发展进程,总结其研究进展,介绍微生物采矿作用机理的研究,主要包括微生物浸出、吸附和积累稀土元素机理的相关研究,以及稀土矿采矿微生物的分离方法及种属分布等.以中国白云鄂博矿床和澳大利亚Mount Weld矿床中的矿石为例,说明微生物对矿石中稀土元素的提取作用.简述微生物对废弃物中稀土元素的回收作用,及微生物利用稀土元素技术将面临的挑战,并对其未来进行了展望.

介孔二氧化硅基复合相变材料研究进展

相变储能技术的发展对于促进新能源开发和提高能源利用效率具有非常重要的意义.相变材料由于具有高储能密度和小体积变化等优势引起了人们的广泛关注.然而,相变材料在固–液相转变过程中易发生液体泄漏而限制了其应用.因此,人们选择用多孔支撑材料来解决相变材料的泄露问题.介孔二氧化硅材料由于具有良好的物理化学稳定性、生物相容性、阻燃性能、低毒性、耐腐蚀性、尺寸可控、表面形貌可调和高比表面积等优点,其作为载体材料能综合提高相变复合物的各方面性能并拓宽相变储能材料的应用空间.对近年来国内外关于介孔二氧化硅载体的孔尺寸、孔结构和孔表面性质对相变材料结晶行为的影响等方面进行了综合分析,并对今后提高介孔二氧化硅相变材料储能效率的研究方法的前景做了展望.

卷积神经网络在矿区预测中的研究与应用

在研究富钴结壳高产区地形特征基础上,以富钴结壳站点地理坐标为中心,获得了一平方公里的海拔高度数值矩阵作为地形特征.使用卷积神经网络的分析方法对数值矩阵进行训练,学习坡度和平整度等区域特征,将富钴结壳站点地形和其他海底地形进行区分.依据训练后获得的模型,对富钴结壳高产区进行预测,取得了较好的预测效果,结合其他因素的影响,可以提高结壳靶区选取的精准度.

类松果状NiMoO_4/MnO_2复合材料的合成及超级电容性能

以Na_2MoO_4·2H_2O、Ni SO_4·6H_2O和MnO_2为原料,采用水热法成功制备了类松果状NiMoO_4/MnO_2复合材料.通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗对材料进行表征.结果表明,MnO_2的最佳质量分数为10%,所得NiMoO_4/MnO_2复合材料具有类松果状形貌,其颗粒直径为200～600 nm,且表面粗糙、多孔;在1 A·g^(-1)的电流密度下,MnO_2质量分数为0、5%、10%、15%、20%时,所得复合材料NM0、NM5、NM10、NM15和NM20的放电比电容分别为260、248、650、420和305 F·g^(-1).在电流密度为10 A·g^(-1)下,最佳样品NM10复合材料的首次放电比容量为102 F·g^(-1),经过100次循环后,其放电比电容稳定在147 F·g^(-1).该性能的提高,主要是由于MnO_2的引入弥补了NiMoO_4单一材料存在的不足,从而达到协同增效的作用.

开口管桩贯入特性的大尺度模型试验

开口管桩由于其承载力高、质量可靠、施工方便等优点得到越来越广泛的应用.土塞的生成使得开口管桩沉桩阻力不同于闭口管桩,不仅包括桩外侧摩阻力、桩端阻力,桩内侧摩阻力亦是其重要组成部分.针对开口管桩沉桩受力特性,采用自主研发的大尺度模型试验装置,进行不同桩靴形式下开口管桩的贯入试验,并与闭口管桩进行对比分析.研究表明,开口管桩随沉桩深度的增加趋于闭塞,沉桩阻力随沉桩过程基本呈线性增加,桩内、外侧单位摩阻力均存在"侧阻退化"效应;桩体贯入时桩周地表隆起量随径向距离增加逐渐减小,隆起速率随沉桩深度增加逐渐变缓,桩周土影响范围约为5～7倍桩径;桩靴对开口管桩土塞生成、沉桩阻力和挤土效应均有重要影响,内30°桩靴土塞生成高度、桩内侧摩阻力及其所占总沉桩阻力比例最大,桩周土地表隆起量最小,外30°桩靴与内30°桩靴情况相反,直角桩靴居中;闭口管桩沉桩阻力、外侧摩阻力与挤土程度均大于开口管桩.

高耐蚀锌铝镁镀层研究现状

从锌铝镁镀层的熔池界面反应、镀层组织、表面和切边腐蚀机理、腐蚀产物类型变化等方面,对高耐蚀锌铝镁镀层的研究进展进行了详细分析.根据Al成分含量的不同,将商用及实验室锌铝镁镀层分为'低铝'、'中铝'和'高铝'锌铝镁三种类型:不同类型的锌铝镁镀层的金属间化合物层生长动力学存在差异,为了控制镀层厚度,应合理控制浸镀时间、温度与熔池成分;凝固组织也存在差异,'低铝'与'中铝'会析出Al或Zn初晶、Zn/MgZn2二元共晶组织、Zn/MgZn2/Al三元共晶组织,'高铝'会产生富Al枝晶、枝晶间富Zn相、Mg2Si相、MgZn2相,不产生共晶组织;发生表面腐蚀时,'低铝'与'中铝'中MgZn2相先电离,并生成碱性锌盐、双层氢氧化物等致密的腐蚀产物,抑制腐蚀;发生切边腐蚀时,锌铝镁会出现自修复现象,在切边钢基或镀层破损处形成碱性锌盐,保护基体.

煤与瓦斯突出多指标耦合预测模型研究及应用

针对煤与瓦斯突出预测准确率问题,在分析煤与瓦斯突出瓦斯地质因素的基础上,构建了包含瓦斯指标、煤体指标、地应力指标3个一级指标和瓦斯压力、构造煤厚度等12个二级指标的预测指标体系,通过综合运用网络分析法和多类别距离判别法对灰色关联模型中的输入端和输出端进行研究,建立了煤与瓦斯突出多指标耦合预测模型.该模型基于对煤与瓦斯突出瓦斯地质因素的综合分析,计算预测指标权重,划分煤与瓦斯突出可能性等级,建立了对突出可能性进行判别的2个判别式.以平煤八矿为例应用该模型对8组预测样本进行了煤与瓦斯突出可能性判断,预测结果与实际符合,为矿井煤与瓦斯突出防治提供了技术支撑,证明了煤与瓦斯突出多指标耦合预测模型的准确性和适用性.

炼钢温度下复吹转炉流场的数值模拟研究

以某钢厂的110 t复吹转炉为原型,建立三维全尺寸几何模型,通过数值模拟的方法研究了环境温度对多流股超音速氧气射流特性的影响,并对比分析了常温和炼钢温度下氧气射流对转炉熔池的冲击搅拌效果.研究结果表明:随着环境温度的升高,氧气射流的速度衰减减慢,射流流股半径增大,与此同时,射流本身的温度升高、密度降低,导致射流动压的增加幅度低于射流速度的增加幅度;而且,高温环境中射流的聚合现象被抑制.在多相流研究中发现,当环境温度由300 K提高至1723K时,氧气射流的冲击深度由0. 11035 m升高至0. 14807 m,冲击深度增大了34. 18%,熔池平均速度有一定提高,说明在多相流研究中环境温度的影响不容忽略.