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1. 盐酸在黄铜矿表面吸附机制的第一性原理计算

李小亮, 田国才

过程工程学报 2021, 21 (7): 836-846. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220175

摘要（507）

HTML （2）

PDF （1478KB）（152）

采用第一性原理对盐酸在黄铜矿表面不同位点的吸附及反应机理进行研究。结果表明，黄铜矿(001)-S表面重构后形成了二硫化物S₂^2-。盐酸以解离形式在黄铜矿的(001)硫终止面(001)-S上吸附，浸出过程中H⁺在黄铜矿(001)-S表面上S位点的吸附都会破坏黄铜矿表面所形成的S₂^2-。Cl^-的吸附对黄铜矿(001)-S表面结构也会造成一定的破坏，吸附过程中H⁺和Cl^-与黄铜矿表面发生化学反应生成了FeCl₂和H₂S，这些都有利于黄铜矿的浸出。

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2. 高品位铜精矿短流程一步炼铜基础研究

周世伟郭祥张克仑张霸李博魏永刚

过程工程学报 2021, 21 (12): 1473-1480. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220421

摘要（389）

PDF （1423KB）（45）

一步炼铜技术具有流程短、环保效益好、投资成本低等优势，符合当前短流程冶炼技术的发展方向。本工作以高品位铜精矿为原料，利用理论计算结合实验的方法研究了短流程一步炼铜过程熔体物相、粗铜直收率、渣含铜等变化规律。理论计算表明，当铁硅比0.6时，通过添加CaO可避免熔体中尖晶石相的析出，1300℃熔渣中化学溶解铜含量约8.6wt%。实验过程探讨了喷吹氧量和熔体静置时间与粗铜质量及熔渣特性的关系。在1300℃时，以0.4 L/min的流量向80 g熔体中喷吹70 min 50vol%的富氧空气，随后静置沉降2 h获得粗铜，铜直收率为82.12%。熔渣通过SEM-EDS分析发现，渣中存在大量尖晶石相，损失的铜主要以机械夹带形式存在，表明尖晶石相阻碍了金属铜颗粒沉降。

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3. 铁矿烧结烟气半干法脱硫灰除杂及水热非均相低温快速氧化

魏汝飞朱玉龙周笛王毅璠龙红明

过程工程学报 2021, 21 (8): 951-958. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220223

摘要（372）

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PDF （1803KB）（270）

铁矿烧结半干法烟气脱硫灰因含有大量性质不稳定的亚硫酸钙，无法得到有效利用，脱硫灰的氧化改性是实现其大规模或高值化利用的重要手段。脱硫灰中的碳酸钙是限制其氧化改性的主要因素，碳酸钙与亚硫酸钙两者相互包覆，降低了亚硫酸钙氧化反应的比表面积，限制其氧化速度。利用L(+)-抗坏血酸和冰醋酸两种弱酸作为对碳酸钙的脱除剂，其中浓度为0.4 g/g的冰醋酸可将脱硫中亚硫酸钙含量最高提升至81.17%，最大增幅达69.71%。采用亚临界水热非均相氧化法对不同因素对脱硫灰中亚硫酸钙氧化率的影响进行了研究。结果表明除杂后亚硫酸钙的氧化速率明显增加。在温度140℃、时间30 min、初始压力2 MPa、初始固液比1:30、转速300 r/min条件下，亚硫酸钙氧化率达98.72%，实现了脱硫灰低温快速氧化，产物初步具备制备大长径比硫酸钙晶须生长基础条件。

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4. 硅类物质在铁水脱磷过程中的影响特征

孙国斌向晓东

过程工程学报 2021, 21 (8): 944-950. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220183

摘要（354）

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PDF （663KB）（110）

为探索硅类物质对铁水脱磷的影响，分别利用硅铁和SiO2配制不同硅/SiO2含量的铁水和脱磷剂，研究其对脱磷率的影响。同时，为了解渣?铁体系中不同硅类物质作为初始条件时的铁水脱磷特征，选取了脱硅反应所涉及的三种硅类物质(硅铁、SiO2和CaSiO3)作为铁水或脱磷剂添加物进行铁水脱磷取样实验，并对各实验中磷的总传质系数进行计算。结果表明，在温度为1400℃、铁水含磷0.3wt%的条件下，当铁水初始硅含量在0.4wt%时，能够获得超过90%的脱磷率。而脱磷剂中初始SiO2含量对脱磷率的影响并不明显。此外，在硅、SiO2和CaSiO3物质的量相同的条件下，使用含CaSiO3脱磷剂的铁水脱磷实验能够获得更高的磷的总传质系数。

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5. 稀释水掺混用薄板式静态混合器结构设计与优化

逯建秋陈家庆刘文津罗权丁国栋王小平

过程工程学报 2021, 21 (10): 1196-1206. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220322

摘要（340）

PDF （2902KB）（170）

稀释水掺混是油田或炼油厂原油电脱盐系统的关键环节，直接影响电脱盐的效率和运行能耗。为进一步简化设备结构、助力系统降本增效，提出将薄板式静态混合器应用于稀释水掺混环节。在对薄板式静态混合器进行初步结构设计的基础上，对油水混合情况进行计算流体动力学(CFD)三维数值模拟，以离析强度的平方根(IOS0.5)、管路压降(Δp)等作为评价指标，考察了注水管长度、注水管?弯曲薄板间距、弯曲薄板导向位置、弯曲薄板厚度四个结构参数对油水两相混合程度及运行能耗的影响。以混合管路内径D为基准参照，借助响应曲面法(RSM)对关键结构参数进行优化，并对最优结构参数组合下的混合性能进行预测。优化所得最优结构参数组合为注水管长度为1/3D、注水管-弯曲薄板间距为4/25D、弯曲薄板导向位置为1/8π、弯曲薄板厚度为1/25D，结构优化后的IOS0.5相比优化前降低了43.06%。定性分析薄板式混合器内的水相速度云图和流线图可知，当注水比为2%时，油水两相在注水管下游3D处即可达到均匀混合状态，可见薄板式静态混合器能够在小注水比下快速实现油水均匀混合。

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6. V含量对Ti-V复合微合金钢组织和力学性能的影响

陈子豪, 张可, 付锡彬, 李昭东, 张熹, 章小峰, 孙新军, 钱健清

过程工程学报 2021, 21 (7): 827-835. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221107

摘要（311）

HTML （2）

PDF （1505KB）（117）

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)及物理化学相分析法等技术研究了V含量对Ti-V复合微合金钢在不同卷取温度下组织和力学性能的影响。结果表明，两种Ti-V复合微合金钢在500~650℃卷取时，组织均由多边形铁素体和珠光体组成，增加V含量会抑制珠光体的形成；500~650℃区间卷取时，增加V含量使均匀延伸率和总延伸率有一定程度降低，而抗拉强度和屈服强度显著提高，卷取温度对均匀延伸率和总延伸率的影响不大，在600℃卷取时，两种实验钢的综合力学性能均达到最佳；V含量的增加使得在600℃卷取时尺寸小于10 nm的(Ti, V)C粒子数量显著增加，高钒钢的析出强化增量σ_p在183 MPa左右，其强化机制主要为沉淀强化和细晶强化，V含量是影响Ti-V复合微合金钢的沉淀强化增量和屈服强度的主要因素。

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7. 声波与化学团聚协同作用对转炉微细粉尘团聚的影响

张宇擎尹贻民李海英胡秋冬

过程工程学报 2021, 21 (11): 1323-1329. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220343

摘要（305）

PDF （978KB）（104）

针对转炉烟气中微细粉尘的难处理问题，采用声波与化学团聚协同处理方法，在蒸发冷却器内对转炉烟气粉尘进行预处理,以提高微细粉尘的除尘效率。采用单因素实验和正交实验方法研究了絮凝剂的种类[丙烯酰胺(PAM)、羧甲基纤维素钠(CMC)和黄原胶(XTG)]、絮凝剂浓度、声波频率、声波驻场时间等不同影响因素下的微细粉尘的团聚效果。单因素实验结果表明：三种絮凝剂的团聚效果由大到小依次为PAM>CMC>XTG，絮凝剂浓度为0.1 g/L时团聚效果最好，声波频率为33 KHz时作用效果较为显著，声波驻场停留时间为15 s时效果最佳；声波与化学团聚协同作用效果好于化学团聚和声波团聚单独作用效果。通过正交实验得出，当浓度为0.1 g/L、声波频率33 KHz、声波驻场停留时间15 s的条件下，团聚效果最显著，峰值粒径由原始的3.311 μm提升至43.59 μm，对应的静电除尘器的除尘效率可达到97%。研究成果可为提高钢铁工业烟气中微细粉尘的去除工艺开发提供可靠的基础数据，为工业烟气中微细粉尘的去除效率提高奠定了基础。

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8. 可膨胀石墨和碳纳米管对PMMA火蔓延特性的影响

刘珂张英张威吴淑娴潘文砚

过程工程学报 2021, 21 (9): 1054-1063. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220259

摘要（282）

PDF （978KB）（100）

通过熔融共混法制备了9种PMMA复合阻燃材料，对其进行小尺寸的水平火蔓延实验研究，对比分析了可膨胀石墨(EG)和碳纳米管(Carbon Nanotube, CNTs)阻燃剂的加入对材料燃烧特性的影响，主要研究了火蔓延速度、火焰形态、固相温度、质量损失速率等火蔓延特性参数变化规律。结果表明，EG能产生阻燃效应，随EG含量增加，复合材料的火蔓延速度、质量损失速率、表面热流密度均有所减小；CNTs表现出拮抗和协同阻燃的复合效应。EG含量较低时，添加1% CNTs反而会使火蔓延速率加快；随着EG含量增加，拮抗作用逐渐消失，最后表现为协同阻燃，原因是CNTs的高热导率、“灯芯效应”促进表面燃烧作用和EG/CNTs体系阻燃性之间存在竞争关系；添加EG和CNTs前后，火蔓延过程中表现出明显不同的燃烧行为，未添加阻燃剂前PMMA会产生熔融滴落物积聚成池火，表现为明显的热塑性材料燃烧特征；加入EG和CNTs后则会形成碳层，表现为明显的可碳化材料燃烧特征。

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9. 基于光学测量的异形纤维润湿性差异研究

陈锋扈语忱卢锦杰吴小林姬忠礼

过程工程学报 2021, 21 (11): 1330-1337. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221226

摘要（280）

PDF （2070KB）（115）

气液聚结过滤在过程工业领域具有广泛应用，纤维材料润湿性是影响聚结元件过滤性能的关键因素。基于光学测量法，本工作开展了单根三角形、三叶形和十字形纤维表面的液体润湿性差异研究，分析了液体接触角及体积的变化过程，考察了液体类型、纤维倾斜角度及异形度对润湿性的影响。结果表明，液体表面张力越小，接触角越小，润湿性越强，但液体的挥发性易导致实际接触角大于理论接触角。三甘醇、癸二酸二辛酯和硅油的接触角基本不随时间发生变化，水和乙醇的接触角随时间逐渐减小且由于乙醇挥发速率较高，导致减小速率更大。液体接触角随异形纤维的倾斜角度呈“V”形分布，即存在极小值点(倾斜角度为30°)，使纤维润湿性达到最佳。当纤维异形度增大时，不同液体间的接触角差异缩小、整体润湿性提高，表明在制备预过滤层或排液层材料时，宜选择异形度较高的纤维。

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10. 流态化气相沉积过程中稀释气体流量对颗粒表面SiO ₂沉积的影响

吴朝阳高子涵孔辉先琛贾吉祥廖相巍

过程工程学报 2021, 21 (8): 959-968. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220257

摘要（259）

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PDF （4268KB）（147）

利用Fe(Si)合金球形粉末为沉积基底，正硅酸乙酯为SiO2气相介质前驱体，采用引入流化环节的化学气相沉积工艺合成了Fe(Si)/SiO2复合粉末。考察了沉积过程中Ar稀释气体流量对Fe(Si)基底粉末表面SiO2绝缘介质沉积过程的影响规律及形成完整核壳异质结构的稀释气体流量范围。实验结果表明，随着流态化气相沉积过程中Ar稀释气体流量的逐渐增大，SiO2绝缘介质在Fe(Si)粉末基底表面的微观形貌从亚微米级团簇转变为完整薄膜再向多孔薄膜转变，沉积速率先减小后增大再降低，在250 sccm时SiO2绝缘介质均匀性最好，沉积速率为0.069 nm/s。此外，形成完整Fe(Si)/SiO2核壳异质结构的Ar稀释气体流量范围为200~300 sccm。

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11. 凹型结构下保温材料EPS典型垂直火蔓延特性对比研究

黄新杰高金达周志杰张笑枫胡俊杰

过程工程学报 2021, 21 (11): 1315-1322. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220315

摘要（254）

PDF （2621KB）（99）

本工作通过自主搭建小尺寸火蔓延的实验平台，研究了凹型结构中保温材料EPS垂直向上和向下火蔓延特性。对比分析了火焰结构特性、火蔓延速度、质量损失速率、火焰温度等参数的变化规律。结果表明，在垂直向上蔓延过程中，EPS出现短暂的停滞现象。一方面由于烟囱效应易形成一个大的浮力压力差，导致火焰不稳定性；另一方面由于凹型结构易于烟气的聚集，导致燃烧不充分。而在垂直向下蔓延过程中，由于逆向烟囱效应的影响，火蔓延速度明显加速。火蔓延过程中质量损失速率，很大程度上受其火焰高度的影响，呈现上下振荡的特性。未燃区域部分，火焰温度经历两个温度峰值，向上蔓延过程中第一个温度峰值大于第二个；而向下蔓延过程中第一个温度峰值小于第二个。这主要是由于火焰结构形态及烟囱效应的方向特点，导致产生两个不同大小的峰值。本研究结果可为实际凹型结构下火蔓延特性研究提供前期理论和参考价值。

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12. 废阴极炭碳热还原法贫化艾萨铜熔炼渣

吴国东李磊李孔斋于勇

过程工程学报 2021, 21 (10): 1187-1195. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220327

摘要（249）

PDF （1967KB）（148）

以电解铝工艺所产生废阴极炭块为还原剂，可实现艾萨铜熔炼渣中铜的有效火法贫化回收。结合热力学分析，研究了废阴极炭加入量、还原温度、保温时间和CaO添加量对艾萨铜渣中铜贫化回收的影响规律。结果表明，废阴极炭添加量2.0%、还原温度1300℃和保温时间60 min条件下，铜贫化回收率可达98.24%。废阴极炭中F可转移并以CaF2形式固定在贫化尾渣中，尾渣中F?和CN?的毒性浸出浓度远低于国家允许排放标准，实现了艾萨铜熔炼渣铜的高效贫化回收和废阴极炭的资源化利用。

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13. 机械活化辅助浸出硫化镍矿中有价金属

郑晓洪吕伟光曹宏斌蔡楠湛金李青春康飞孙峙

过程工程学报 2021, 21 (9): 1064-1073. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220146

摘要（247）

PDF （3050KB）（242）

随着高镍三元锂电池在新能源电动汽车领域的规模化应用，全球镍资源的需求量日益增加，绿色、高效、低成本地从硫化镍矿资源中提取镍的技术备受关注。本工作提出了机械活化辅助氧化浸出硫化镍矿的提取路径，在机械活化过程中通过改变硫化镍矿结构、增加晶体无序化程度、减小粒度和增加比表面积增加硫化镍矿的反应活性，再通过Na2S2O8氧化浸出实现了常压环境中硫化镍矿中有价金属的高效浸出。考察了机械活化和浸出过程中各因素对硫化镍精矿浸出的影响，确定了较优条件。在较优条件球磨转速613 r/min、球料比20:1、球磨时间120 min、酸浓度2 mol/L、过硫酸钠浓度0.42 mol/L、浸出时间60 min、液固比5:1、搅拌速率400 r/min和浸出温度80℃下，Ni, Co, Cu和Fe的浸出率分别达98.9%, 97.7%, 98.2%和98.7%。

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14. 结构异性煤体单轴/三轴冲击动力学性能研究

梁为民, 刘恒, 李敏敏, 岳高伟

过程工程学报 2021, 21 (7): 817-826. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220178

摘要（236）

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PDF （2763KB）（85）

井下深孔爆破致裂是提高低渗煤层渗透率的重要措施之一，但由于煤层层理因素影响，在不同方向上的爆破致裂效果存在显著差异。采用分离式霍布金森压杆实验装置，对从垂直于层理方向和平行于层理方向进行取芯的煤样，分别进行冲击荷载为0.1, 0.15, 0.2, 0.3, 0.5 MPa的单/三轴SHPB冲击实验，分析结构异性煤体的冲击动力学性能。结果表明，煤样在不同冲击作用下，其单、三轴应力-应变曲线趋势相同，且其峰值应力、平均应变率随冲击荷载增大而增长趋势相同，其中峰值应力与冲击荷载符合指数关系，平均应变率与冲击荷载呈线性关系，相同冲击荷载下垂直于层理方向煤样的峰值应力、平均应变率相较于平行于层理方向煤样有所提升；进行三轴SHPB冲击时，在轴、围压对煤样约束作用下，其峰值应力、平均应变率相较于单轴情况下均有所提高，且在冲击荷载为0.15~0.2 MPa时峰值应力增幅最大，增大约50%，垂直于层理方向的动力学性能改变相较于平行于层理方向更明显。

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15. 粒径对微米级氢氧化镁热解动力学的影响

陈英春陈杭于建国

过程工程学报 2021, 21 (12): 1463-1472. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220362

摘要（223）

PDF （1746KB）（32）

采用热重分析仪研究了氮气气氛下不同尺寸氢氧化镁颗粒(微米级)的非等温热解动力学。结果表明，氢氧化镁热解反应呈现阶段性特征，转化率达0.8以上的反应后期，其产物水蒸气扩散被氧化镁膜所阻碍，导致失重速率明显降低。针对转化率0~0.8的氢氧化镁主分解阶段，采用Starink法和联合动力学分析法拟合解析其过程动力学模型，发现颗粒尺寸对微米级氢氧化镁的热解过程动力学无显著影响，由此可知，所考察范围内的氢氧化镁热解过程为分解反应控制，颗粒热传导和产物水蒸气扩散的阻力作用弱，氢氧化镁热解主反应过程近似于均匀转化。模型拟合求解结果显示，微米级氢氧化镁热解反应活化能为129.4 kJ/mol，指前因子为1.820×1010 min?1，其热解反应过程服从随机成核和随后生长机理(A1.5)。

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16. 外加磁场对电渣锭洁净度的影响研究

施晓芳朱春丽徐涛常立忠

过程工程学报 2021, 21 (12): 1481-1490. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221010

摘要（215）

PDF （1034KB）（40）

为进一步去除电渣锭中的大颗粒夹杂物，设计了带电磁搅拌的电渣重熔炉，研究了外加磁场及不同的电参数变化对电渣锭洁净度的影响，采用氧氮分析仪分析了气体含量的变化，采用扫描电镜分析了夹杂物形貌、组成、尺寸的变化。结果表明，不论是否施加磁场，电渣重熔后电渣锭中的氧含量明显增加，从自耗电极中的0.0007%增加最高至0.0052%，增幅高达7倍；氮含量略微下降。但夹杂物类型基本不变，主要由氧化铝、硫化锰、硫化锰?氧化物复合夹杂及氧化物等组成，且以氧化铝为主。外加磁场重熔以后，电极中最大夹杂物的直径从89.6 μm降为电渣锭中的12.1 μm (1.1 kA/108 Gs)，小颗粒夹杂物所占的比例增加，大颗粒夹杂物的数量减少。但过高的电磁力会降低夹杂物的去除效果，当采用1.5 kA/108 Gs的工艺参数重熔时，最大的夹杂物尺寸为30.6 μm，超过了未施加磁场的电渣锭中的夹杂物。电渣重熔后氧含量增加主要受空气污染及渣系中不稳定氧化物的分解，而外加磁场后产生的电磁力增大了渣?金接触面积，从而吸收了电极中的大颗粒夹杂物。

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