材料制备与加工

• MAO-HTS复合工艺对TC4合金复合涂层耐磨耐蚀性的影响

  翟梓棫;张云龙;高志杨;王伟娥;李成海;湛兰;蔡金竹;刘星晨;

  在生物医学工程领域，钛合金凭借优异的生物相容性和耐蚀性，已成为植入式医疗器械的首选材料。但其耐磨性存在固有缺陷，且在复杂生理环境中存在局部腐蚀的威胁，其化学稳定性有待进一步提升。针对上述局限，本文提出一种分步复合表面改性策略，将微弧氧化(MAO)和水热合成(HTS)相结合，对TC4合金表面进行复合改性处理，并引入Ag~+掺杂协同提升复合涂层的摩擦学性能与电化学性能。通过系统表征微观结构演变与物相组成，并结合全面的摩擦磨损与电化学测试，对TC4合金及其改性表面结构的耐磨、耐蚀性能进行了综合评价。结果表明：HTS工艺可生成羟基磷灰石颗粒对MAO特有的“火山口状”孔洞进行封孔，复合涂层的结合强度较MAO涂层提高了56.8%，摩擦系数降低56%，耐蚀性提升22%。此外，Ag~+的掺杂进一步优化了摩擦接触状态，促进羟基磷灰石相的形成与沉积，有效封闭了残余微孔并改善了表面润滑性，这些因素共同赋予了涂层优异的摩擦腐蚀性能。然而需指出的是，Ag~+的引入对涂层结合强度的改善作用较为有限。

  2026年03期 v.16 425-434页 [查看摘要][在线阅读][下载 1253K]
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• 镁合金表面激光重熔NiCoCrFeMo涂层的耐腐蚀性能

  张玺;吴菲菲;何丽;孙贵浩;李兴超;解芳;

  通过火焰喷涂工艺在AZ91D镁合金表面制备了NiCoCrFeMo高熵合金涂层，并采用激光重熔技术对其进行了重熔处理，分析了激光重熔前后涂层的表面/截面微观结构、物相组成、显微硬度和表面电化学腐蚀性能。结果表明，激光重熔处理使涂层形成了以单相FCC固溶体为主、Mo元素在枝晶臂富集的微观结构，显著提升了涂层的致密度，截面涂层区平均显微硬度达404.5 HV_(0.1)。激光重熔涂层具有良好的疏水性，其自腐蚀电位相比于火焰喷涂涂层和镁基体分别正移了0.146 V和0.71 V，自腐蚀电流密度大幅度降低，且具有更大的容抗弧半径、阻抗模值和相位角，表现出更好的防腐蚀效能。

  2026年03期 v.16 435-443页 [查看摘要][在线阅读][下载 1531K]
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• 基于多物理场模拟的BCu93P钎料挤压工艺优化

  黄世盛;姬朝阳;罗良良;方瑞庭;余丁坤;吴泽;司丽娜;张淑婷;

  铜磷钎料因成本优势和优异的性能在制冷、电力等工业领域广泛应用，但其生产过程中的丝材纵向开裂问题会影响产品质量和生产效率，需要优化制备工艺。以BCu93P钎料为研究对象，采用有限元模拟与实验验证相结合的方法，探究了挤压温度和速度对材料变形行为的影响。结果表明：挤压模孔附近区域存在显著的速度差和应力集中，是缺陷产生的高风险区；提高挤压温度至420℃可降低最大应力至299.24 MPa，而过高挤压速度会导致温升过大和应力集中加剧。基于模拟结果提出了优化工艺，即挤压温度430℃，挤压速度2.5 mm·s~(-1)，经工业实验验证表明，相较原有工艺，开裂概率下降46%，组织均匀性和延展性均有明显改善。本研究为铜磷钎料挤压工艺的精准调控提供了数据支撑。

  2026年03期 v.16 444-453页 [查看摘要][在线阅读][下载 1276K]
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• 碳化钛可溶性阳极制备工艺

  车棨程;张文正;黄国梁;吴艳;刘岩;张力;

  碳化钛或碳化钛的氧化物可作为可溶性阳极熔盐电解金属钛，而可溶性阳极制备受多种因素影响，本文以碳化钛阳极为例，对其成型条件的影响因素进行探究，围绕条形碳化钛阳极的黏结剂选择、烧结温度、制备压强等因素开展条件实验，从而制备出性能良好的条形碳化钛阳极，为后续熔盐电解实验的开展提供基础。结果表明，黏结剂选择聚乙二醇、制备压力为40 MPa、烧结温度为1 000℃时，压制成型的条形阳极块性能良好，其抗折强度为4.219 MPa，抗热震性次数为15次，能够在后续实验中稳定且充分电解，持续为金属钛的生成提供原料，为可溶性阳极电解金属钛研究提供了技术支持。

  2026年03期 v.16 454-463页 [查看摘要][在线阅读][下载 1712K]
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• 激光增材制造Ti-Sn-N植入合金的组织与性能

  张钰;邱晓慧;陈平虎;尹森豪;喻航伟;莫家豪;曾昊业;邱长军;

  采用激光增材技术制备了Ti-x Sn(x=0、6、12、15)合金，并通过在保护气氛中加入0.03%（体积百分数，下同）氮气的方式制备了Ti-15Sn-N合金，研究了这些合金的力学性能以及显微组织；然后选择出力学性能最优的Ti-15Sn-N合金，测试了其摩擦学性能和耐腐蚀性能，并与CP-Ti和TC4相比较。结果表明，随着Sn含量的增加，合金的显微组织从板条状α相细化为针状α'相，抗拉强度由536 MPa提升至944 MPa，与TC4相当。摩擦因数由0.58降低至0.34，耐磨性能得到了增强。磨损率降低至26.8×10~(-5) mm~3·（N·m）~(-1)。耐腐蚀性能也得到了提升，腐蚀电流从1.76×10~(-6) A·cm~(-2)降低至7.99×10~(-8) A·cm~(-2)。其摩擦学性能和耐腐蚀性能均优于市面上常用的CP-Ti与TC4钛合金。

  2026年03期 v.16 464-472页 [查看摘要][在线阅读][下载 1824K]
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• 微硅粉基SiO₂气凝胶的制备及热稳定性研究

  李菲;乔健;

  工业固废微硅粉的大量堆积不仅导致了环境污染，还造成了资源的浪费，且当下关于微硅粉的回收利用普遍存在高附加值不足的问题。针对以上问题，系统探索了从SiO_2的低能耗高效提取到SiO_2气凝胶制备的完整技术路线。首先以微硅粉为原料，通过加入非离子表面活性剂（聚乙二醇）以及在500℃内的低温碱性熔炼实现对SiO_2的高效提取。随后以生成的水玻璃为硅源，以三甲基氯硅烷（TMCS）为疏水改性剂，通过冷冻干燥法制备SiO_2气凝胶。主要探究了非离子表面活性剂（聚乙二醇）对SiO_2转化率的影响，以及不同疏水改性剂浓度对SiO_2气凝胶结构及疏水性的影响。并对SiO_2气凝胶产品的热稳定性进行了研究。结果表明，聚乙二醇可以使SiO_2转化率获得整体性提升，最高可提升至97.8%。当TMCS的体积浓度达到15%时，改性样品表现出最好的的疏水状态及结构均匀性。此外，SiO_2气凝胶在400℃内可以保持结构及疏水性能的稳定性，当热处理温度达到500℃时，SiO_2气凝胶颗粒间形成致密堆积，并丧失疏水性。本研究为微硅粉及其他固废的高值化利用提供了完整可行的工艺路径，并为SiO_2气凝胶在实际应用中所需的热稳定性范围提供了关键依据。

  2026年03期 v.16 473-484页 [查看摘要][在线阅读][下载 1393K]
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• 碳化钛团簇生长过程中碳原子行为的分子动力学模拟

  吕亚男;陈栋;

  在高强度低合金钢的热处理过程中，含有合金元素如钒和钛等金属碳化物的析出能显著提高合金强度。本文采用分子动力学模拟研究了低合金高强度钢中碳化钛团簇生长过程中碳原子的原子行为。结果表明，碳化钛团簇通过结合基体中相邻间隙碳原子生长。在TiC_x(x=0.2～0.9)团簇中，碳原子的自扩散显著依赖于碳原子含量和系统温度。在低碳含量TiC_x中，碳原子的自扩散速度较快。系统温度升高时，通常扩散系数会升高，但碳原子在TiC_(0.8～0.9)中的扩散系数对温度变化的依赖性较低。随着碳含量的增加，TiC_x结构变得致密。对于TiC_(0.1～0.7)而言，吸附的碳原子主要占据TiC_x团簇的空位，其中TiC_(0.8～0.9)具有近似NaCl型结构。

  2026年03期 v.16 485-490页 [查看摘要][在线阅读][下载 1500K]
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• 煤油流量对超音速火焰喷涂WC-Hastelloy涂层组织与性能的影响

  陈韦;周继广;王晨;皮自强;王子瑞;郑兆然;陈星;高远;杜开平;

  通过超音速火焰喷涂（HVOF）技术，在15-5PH不锈钢（05Cr15Ni5Cu4Nb）基体表面制备WC-Hastelloy涂层，重点探究煤油流量这一工艺参数对涂层显微组织及综合性能的影响。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）与能谱仪（EDS）联合表征手段，系统分析涂层的物相构成、截面微观形貌、元素分布特征及孔隙率；采用显微维氏硬度计测定涂层显微硬度，并通过盐雾腐蚀箱开展耐中性盐雾腐蚀性能测试。结果表明，不同煤油流量条件下制备的WC-Hastelloy涂层，其物相均以WC相、缺碳相及Hastelloy相为主；显微组织呈现典型的“硬质相-黏结相”结构，即多边形WC相被Hastelloy黏结相紧密包裹；当煤油流量为7 GPH(1 GPH≈0.227 m~3·h~(-1))、氧气流量为2 100 SCFH(1 SCFH≈1.699 m~3·h~(-1))，送粉速率为5.5 r·min~(-1)，喷涂距离为380 mm时，涂层综合性能最优，其组织均匀，孔隙率低于1%，显微硬度约1 050 HV_(0.3)，中性盐雾腐蚀1 008 h后腐蚀程度较轻。

  2026年03期 v.16 491-498页 [查看摘要][在线阅读][下载 1495K]
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提取冶金与化学工程

• 熔盐电化学中惰性阳极研究进展

  葛建邦;方郑;刘玉宝;陈开斌;赵洪亮;王明涌;刘风琴;焦树强;

  熔盐电解被广泛应用于铝、镁及稀土等活泼金属的工业化提取/精炼过程，并逐步扩展到钛、钒等难熔金属提取及CO_2电化学利用等领域。然而，这些工艺常以炭为活性阳极，在电解中被消耗且产生大量碳氧气体。因此，开发惰性阳极是实现电化学冶金源头减碳的根本技术路径。本文详细阐述了铝电解、氯化物盐及碳酸盐三种典型体系中各类惰性阳极材料的电化学行为及耐腐蚀/失效机制，探讨了不同体系中惰性阳极耐腐蚀行为的共性与差异。惰性阳极主要有金属及合金、陶瓷及金属陶瓷。设计熔盐惰性阳极的关键在于其表面能够形成一层具有导电性、耐化学及电化学腐蚀的氧化物保护层，在保护基体阳极免受腐蚀的同时实现高效稳定的析氧。在熔盐惰性阳极发展中，合金阳极表现出较大的工业化应用潜力。

  2026年03期 v.16 499-515页 [查看摘要][在线阅读][下载 1349K]
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• 基于GFAG-DETR的锌电解阴极板剥锌残留锌识别

  刘惠中;张云琛;姜勇;胡军;刘福全;

  在锌电解熔铸的生产过程中，需要及时将带有残留锌的阴极板剔除，否则可能影响电解系统的循环作业。当前，残留锌的识别依靠人工肉眼，由于残留锌大小、形状、分布位置随机，识别难度大，难以保证识别的准确性和实时性。针对以上问题，本文提出一种基于改进RT-DETR算法的缺陷阴极板检测轻量化模型GFAG-DETR识别算法。采用基于GSConv改进的FasterNet(GFasterNet)轻量化主干网络增强模型残留锌多尺度特征的提取能力；使用GSConv和设计的AKGSCBlock构建了AGLight-Encoder颈部网络，提高模型的灵活性与适应性；设计了Focaler-MPDIoU损失函数替换原损失函数，以提高模型性能。结果表明，本文GFAG-DETR模型精确度P、召回率R、平均精度均值mAP_(0.5)以及FPS各项指标分别为96.2%、92.6%、98.0%和39，相较于原模型分别提高5.9%、3.1%、4.3%和34.5%；参数量和GFLOPs分别下降59.4%和72.6%，保证了高精度识别同时满足了工业设备部署和实时检测的要求。

  2026年03期 v.16 516-526页 [查看摘要][在线阅读][下载 1258K]
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• 铁矾渣与铜选尾渣氯化协同挥发富集Pb、Zn、Au、Ag

  鲁兴武;闵小波;殷勤生;牛振华;祁万虎;张恩玉;程亮;李俞良;

  通过将铜选尾渣与铁矾渣协同处置，调控渣型，并添加氯化物添加剂，显著提高了Pb、Zn、Au、Ag等金属的挥发率，同时简述了挥发机理。这一方法不仅实现了上述金属的有效挥发回收并富集至烟尘中，且未产生二次污染物，为降低工业应用成本提供了技术支持。结果表明，氯化剂反应生成的Cl2与金属元素结合形成的低熔点金属氯化物能够加速挥发过程，显著提升了挥发效率。在控制熔炼温度为1 200℃、烟化温度为1 250℃，m(CaO/SiO_2)=1、m(FeO/SiO_2)=1.4，以及氯化剂加入量为3%的条件下，Pb、Zn、Au、Ag的挥发率分别达到了99.6%、98.6%、59.8%和92.7%。

  2026年03期 v.16 527-538页 [查看摘要][在线阅读][下载 1386K]
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• 低品位多金属金精矿造锍熔炼过程热力学分析

  廖元杭;蒋开喜;王俊娥;石瑀;罗仁昆;李涛;杨必文;

  针对某低品位铜金多金属精矿造锍熔炼过程渣锍分离困难的问题，使用FactSage热力学软件进行了相图、等温液相区、熔点和黏度计算，以期为熔炼试验提供指导。计算结果表明，以黄铁矿、石英、明矾石为主的低品位多金属金精矿，直接熔炼后将形成以FeO-SiO_2-Al_2O_3为主的渣型，并含有少量CaO；若选择熔炼温度不超过1 300℃，则应控制Al_2O_3含量小于10%,Fe/SiO_2质量比在0.8～1.1，渣中Fe_2O_3含量不超过5%；同时可少量添加CaO以降低炉渣熔点和黏度。锍相中铜含量超过3%时，可实现较好的渣-锍分相；同时应当控制熔炼条件使熔炼温度不超过1 350℃，避免渣-锍不分相的情况出现。

  2026年03期 v.16 539-547页 [查看摘要][在线阅读][下载 2337K]
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矿物加工与工艺矿物学

• 赤铁矿絮凝浮选体系中黏土矿物的机械夹带行为与表面罩盖影响研究

  牛福生;徐佳权;张晋霞;

  本文研究了高岭石和绿泥石这两种常见的黏土矿物对赤铁矿絮凝浮选中夹带及罩盖的影响机制。通过浮选试验、流变学检测、Zeta电位及泡沫结构分析结果表明，在不同pH下，两种黏土矿物均存在真浮选回收率和夹带率；当矿物含量从20%增至80%时，高岭石夹带率由0.54降至0.45，而绿泥石由0.41增至0.45;pH升高时，两者夹带率均增大，但绿泥石在碱性环境下变化较小；此外，高岭石和绿泥石会增大矿浆表观黏度，降低流动性，提高水回收率，导致泡沫夹带增多使得精矿品位下降，它们还会罩盖在赤铁矿表面，减少药剂吸附，降低精矿回收率，并影响泡沫稳定性。研究结果揭示出絮凝浮选赤铁矿的不利条件，为实现高效浮选分离赤铁矿提供一定指导意义。

  2026年03期 v.16 548-560页 [查看摘要][在线阅读][下载 1461K]
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• 某含铌复杂多金属矿铌、铁、磷工艺矿物学及分离试验研究

  姚兆辉;刘龙;周芳;秦锐;张汉泉;刘明霞;

  含铌矿物的传统选别方法主要包括重选、磁选、浮选等单一工艺或其联合工艺。本文以某含铌复杂多金属矿为研究对象，通过工艺矿物学分析，揭示了其颗粒极细和嵌布紧密的矿物学特征，以此为基础开展铌、铁、磷分选试验研究。结果表明，单一弱磁选或强磁选工艺的分选效果较差，难以实现铁、铌和磷的高效分离。同时进一步探索了磁化焙烧-磁选工艺下铁、铌、磷矿物分选行为，系统考察了还原剂用量、焙烧温度、焙烧时间、磨矿细度和磁场强度等关键参数的影响，可获得54%铁品位的磁选精矿，实现84%～85%铁和74.35%～75%铌的初步富集，尾矿中磷的脱除率可达65%。研究结果可为含铌矿物的高效富集提供一定的理论借鉴。

  2026年03期 v.16 561-570页 [查看摘要][在线阅读][下载 1306K]
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地质采矿与安全工程

• 金属矿山充填体强度预测方法研究进展

  李雨欣;郭进平;郭利杰;王远;张超;王小林;夏文浩;

  绿色矿山建设推动充填采矿法在金属矿山广泛应用，其充填体强度精准预测是保障采场安全的核心。传统预测方法（经验类比、统计回归、力学模型、数值模拟）常受限于环境模拟偏差及非线性建模不足。本文系统综述强度预测技术演进，重点分析机器学习与深度学习在挖掘充填材料参数、环境因素与强度间复杂非线性关联、构建高精度数据驱动模型方面的创新。结果表明，智能模型显著提升了预测精度与效率，为突破传统瓶颈提供了新路径。然而，模型仍面临多物理场强耦合、尾砂属性变异性、可解释性及工程普适性等挑战。未来研究需突破物理知识驱动的智能算法、高保真原位感知、智能配比优化及一体化决策平台，以驱动充填采矿智能化发展。

  2026年03期 v.16 571-583页 [查看摘要][在线阅读][下载 1365K]
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• 智能化充填系统升级改造全流程实验研究及应用（英文）

  王雨忠;李公成;高明发;范宗宇;徐文龙;茅海荣;李得建;姚鏐洋;

  针对山东微山湖稀土矿充填系统智能化改造全流程实验进行了研究，包括尾矿浓密、料浆制备和管道输送。为智能膏体充填系统提出了一套完整、高效的升级解决方案。结果表明，选择F1絮凝剂配制成溶液浓度为0.1%的絮凝剂溶液。单耗设定为25 g·t~(-1)，尾砂浆质量浓度为15%时絮凝沉降效果最好，底流浓度可达62%。胶凝材料的选择实验表明，使用新型胶凝材料的效果优于传统的32.5R硅酸盐水泥。同时，对充填料浆进行流变实验，采用理论计算与数值模拟相结合的方法对充填输送压力进行了研究。研究结果对充填泵的调试和充填管路的选择具有指导意义。智能化充填系统改造后，砂仓底流浓度为64%～66%，料浆浓度为68%～72%，胶凝材料添加范围为1∶16～1∶4，充填能力为40～60 m~3·h~(-1)。充填系统智能化升级改造成效显著，为类似矿山的智能化充填改造提供了重要的参考价值。

  2026年03期 v.16 584-598页 [查看摘要][在线阅读][下载 1335K]
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• 三点弯曲作用下选矿废水拌合充填体声发射特性试验研究

  李海港;华旺;曾鹏;赵奎;刘光卓;龚囱;熊良锋;郭利杰;

  为了研究选矿废水作为拌合水对充填体抗折强度的影响，以纯净水和3种pH值的选矿废水为拌合水，制备尾砂胶结充填体试件，分析三点弯曲作用下充填体破坏过程的声发射（AE）特征，并采用扫描电镜（SEM）揭示其微观机理。结果表明：1)随着养护龄期的增加，充填体抗折强度逐渐增强。同一养护龄期下，选矿废水pH值越大，充填体抗折强度越低。2)AE事件率和每5s累计AE事件数总体均呈现“增-降-增”现象，且每5 s累计AE事件数后续出现的较大值，其数值大小变化规律与抗折强度大小变化规律一致；随着养护龄期的增加，达到峰值荷载时的累计AE事件数呈逐渐增长的趋势，随选矿废水pH值的增大而减少。3)AE振铃计数关联维数D值随着相对荷载增加先小范围内波动，然后突降再上升，且在急剧下降过程中出现极小值现象。极小值所对应的相对荷载水平，随着养护龄期的增加呈逐渐增大趋势。4)RA-AF裂纹演变中，随着养护龄期增加，试件由一开始的多种破坏模式向单一破坏模式过渡。拉伸裂纹的占比随选矿废水pH值的增大而减小。5)充填体内部水化产物数量随养护龄期的增加而逐渐增多，孔隙逐渐减少；选矿废水对充填体有一定的腐蚀作用，选矿废水pH值越大，充填体内部水化产物数量越少，孔隙越多。

  2026年03期 v.16 599-615页 [查看摘要][在线阅读][下载 7966K]
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• 边坡稳定性整形对硫铁矿渣堆重金属迁移的影响

  王杰;陈娜;郝喆;陈红丹;王晓明;张颖;

  为了分析边坡整形前后渣堆的稳定性变化及其对重金属迁移扩散的影响，揭示富含重金属元素的硫铁矿渣堆在自然风化与降雨淋滤作用下的环境风险演变规律，以某典型硫铁矿渣堆为对象，基于现场采样监测和GeoStudio软件平台，综合运用SLOPE/W、SEEP/W及CTRAN/W模块开展相关分析。结果表明：边坡整形显著提升了渣堆稳定性，安全系数提高约28%，显著降低了失稳风险；污染物迁移模型表明，Cu~(2+)在整形后的迁移速率降低12%～25%，扩散范围缩小20%～30%。研究证实，边坡稳定性整形通过控制水力路径与减少渣体扰动，成为控制硫铁矿渣堆重金属迁移的关键工程措施，为同类矿渣堆的生态修复与污染防控提供了科学依据。

  2026年03期 v.16 616-627页 [查看摘要][在线阅读][下载 1484K]
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环境科学与工程

• 钙化钾碱法溶出广西一水硬铝石型铝土矿及赤泥资源化研究

  王金颜;张廷安;李庆东;吕国志;顾芷卉;陈婷;

  为探索钾碱体系下对一水硬铝石型铝土矿的高效溶出路径，并同步实现赤泥资源化利用，通过采用KOH代替传统NaOH作为碱源，在不同反应条件（温度、钾碱浓度、铝硅分子比、钙硅比和溶出时间）下对铝土矿进行溶出实验，系统考察了各因素对氧化铝溶出效率与赤泥矿物相组成的影响。结果表明，在280℃、K_2O浓度为280 g·L~(-1)、铝硅比为3.1、钙硅比为0.6、反应时间为60 min条件下，氧化铝的溶出率达到最高值55.51%。XRD分析表明，溶出后赤泥中主要平衡矿相为KAlSiO_4相，体现出较强的钾元素固定能力和肥料化潜力。该研究为钾碱拜耳法优化提供了理论依据，同时为赤泥的资源化利用提供了新思路。

  2026年03期 v.16 628-636页 [查看摘要][在线阅读][下载 1193K]
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• 钙铝双金属化合物增强生物炭去除水中的铀

  张江峰;张益硕;辛燕;周仲魁;

  铀矿的开采不可避免的会产生含铀废水，含铀废水如未经任何处理而直接排放将严重威胁周围生态环境和人类健康。为达到去除铀和使一次性竹筷废弃物增值化的目的，本文采用简单的共沉淀法成功制备出钙铝双金属化合物改性竹筷生物炭（CA-BC）。利用SEM,XRD和XPS等手段对CA-BC进行表征，探究其理化性质及对铀的吸附机理。吸附性能试验得出，CA-BC对10 mg·L~(-1)的铀，在pH值为4.0、用量为0.2 g、温度为298.15 K、时间为10 min的条件下最优，铀的去除率可接近100%。吸附模型得出其符合Langmuir模型和准二级动力学模型，表明CA-BC对铀的吸附以化学作用和单分子层吸附为主，饱和吸附量可达334.82 mg·g~(-1)。吸附热力学表明吸附过程为吸热且自发。CA-BC在循环5次后对铀的去除率仍高达80%左右。CA-BC主要的吸附机理为离子交换和表面络合。

  2026年03期 v.16 637-648页 [查看摘要][在线阅读][下载 1701K]
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