过程工程学报

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过程工程学报. 2020, 20(8): 0.

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钪资源现状及溶剂萃取在钪提取过程中的应用研究进展

孙帅孙宏骞宋静曲景奎齐涛

过程工程学报. 2020, 20(8): 877-886. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219336

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钪及其化合物性质优异，在宇航材料、电子信息、核技术等尖端行业应用广泛，是重要的战略性资源。钪在地壳中的分布极为分散，独立的钪矿物很少，属于稀贵稀土元素。本工作介绍了目前全球钪资源分布情况及市场供需状况，重点综述了从不同含钪物料及二次渣中提取钪的技术研究，着重关注溶剂萃取在提取钪工艺中的应用，并分析了不同萃取体系的萃钪机制，认为反萃率低、乳化和三相问题突出是当前提钪体系普遍存在的难点，因此需要不断开发新型高效萃取剂，发展清洁绿色提取技术，更好地推进我国钪工业的发展。

气淬粒化高炉熔渣液膜流动特性数值模拟

王丽丽张玉柱龙跃王子兵客海滨

过程工程学报. 2020, 20(8): 887-895. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219307

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基于k?? SST湍流模型，采用CLSVOF方法，对气淬粒化过程中熔渣的流动行为进行数值模拟，研究了熔渣液膜形成机理和不同操作参数及熔渣物性对液膜流动特性的影响，并对液膜边缘厚度进行量纲分析。结果表明，熔渣在气动力、回流区及压力梯度的共同作用下，流动变形形成扁平液膜；由于气?液速度差液膜表面出现不稳定表面波；液膜表面波波长沿轴向先减小后增加，厚度沿轴向逐渐减小；表面波波长及液膜厚度随气流速度增加而降低，随熔渣质量流量增加而升高；表面波波长及液膜厚度随熔渣密度增加而降低，随熔渣黏度增加而升高；得到的无量纲关系式表明，液膜边缘厚度与气流速度、熔渣质量流量、熔渣密度和黏度呈指数关系。

射流强化螺旋通道内流体流动与换热的数值模拟

李雅侠张元张静寇丽萍龚斌吴剑华

过程工程学报. 2020, 20(8): 896-903. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219331

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采用CFD软件模拟了射流作用下圆形截面螺旋通道内流体的流动及强化传热特性，模拟结果与实验结果吻合较好。研究了无量纲曲率?=0.061、无量纲螺距?=0.121的螺旋通道内复合涡旋结构及其演变过程，考察了射流入射角度?=π/6~π/3、射流速比?j=3~6时射流对螺旋通道换热的强化效果。结果表明，射流的初始阶段，射流的冲击作用抑制了单一螺旋通道内的离心二次涡旋，生成一对与其旋转方向相反的射流诱导涡旋，随流动发展，射流诱导涡旋先由两涡演变为单涡结构而后逐渐耗散消失。射流作用显著强化了螺旋通道内侧壁面附近流体的换热，随着?减小或?j增大，强化传热效果增强。?j≥4时，不考虑射流流量增加时综合强化传热因子JF1=1.26~1.67，考虑射流流量增加时JF2=1.008~1.19。

铁基载氧体与干化市政污泥二元混合物流化特性

龚庆超王健乔方冬东段锋张丽徽

过程工程学报. 2020, 20(8): 904-911. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219301

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化学链燃烧技术处置污泥可有效抑制有害气体排放，但干化污泥与铁基载氧体的物理性质相差较大，在流化床内会产生混合分离等问题。在内径(φ)为100 mm的有机玻璃冷态流化床装置上，进行了干化污泥与载氧体二元颗粒流化实验，讨论了颗粒粒径大小、干化污泥与载氧体质量比和操作风速对二元颗粒流化特性的影响。结果表明，污泥与平均粒径为0.66 mm的载氧体能实现混合流化，最小流化速度和最小混合操作风速Um相等；污泥与平均粒径为1.46 mm的载氧体流化时，随操作风速增大，逐渐由分离流化状态过渡到混合流化状态，Um? ；污泥与平均粒径为2.43 mm的载氧体流化时，始终保持分离流化状态。基于提出的表征混合/分离流化状态的无量纲数Gd，当0<Gd<0.8时处于混合流化，Gd>0.8时处于分离流化。

云南高泥尾矿铅锌分离实验研究

纪慧超刘全军江旭董敬申

过程工程学报. 2020, 20(8): 912-920. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219319

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针对云南高泥尾矿铅锌嵌布粒度细、泥化严重、性质相对复杂的技术难点，进行了铅锌分离实验研究，采用泥砂分级别浮选-重选联合工艺流程，有效分离了铅锌，实现了该复杂尾矿资源的综合回收利用。结果表明，该矿中铅含量为4.29wt%，锌含量为4.99wt%，铅主要以白铅矿和铅铁矾的形式存在，铅和铁相互交代形成不同的包裹形式，分离难度极大；锌主要以氧化锌的形式存在，氧化程度较深，锌氧化率达99%，且主要为难选的异极矿。最终通过闭路选矿流程，获得铅品位33.87%，回收率62.53%的铅精矿；铅精矿中银品位142.50 g/t，银回收率30.92%；获得锌品位15.21%、回收率47.82%的锌精矿。

基于硫酸减量化从钕铁硼废料中选择性转型分离稀土

汪金良王龙君刘付朋

过程工程学报. 2020, 20(8): 921-928. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219316

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针对现阶段钕铁硼废料中稀土难于经济有效提取的现状，开展了钕铁硼废料硫酸化焙烧选择性分离稀土的研究。结果表明，Fe2(SO4)3亦可使稀土氧化物发生硫酸盐转型，这使硫酸用量显著减少，在硫酸用量为理论量的2.0倍、焙烧温度750℃、焙烧时间1.5 h条件下，近98%的稀土氧化物在H2SO4, Fe2(SO4)3的共同作用下转化为易分离的硫酸稀土，而铁的浸出率小于0.1%，主要以易于冶炼的赤铁矿(Fe2O3)物相存在于渣中，该工艺实现了硫酸的减量化与钕铁硼废料的综合利用。

从熔盐电解废渣中回收钪和氟

付云枫王玮玮

过程工程学报. 2020, 20(8): 929-937. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219323

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为无害化处理熔盐电解法制备铝钪中间合金过程产生的熔盐电解废渣并回收其中的有价元素，针对熔盐电解废渣氟盐高、稀土元素钪含量低的特点，提出了一种氢氧化钠?硫酸两步浸取的全湿法处理熔盐电解废渣，回收氟、钪的新工艺。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线荧光光谱仪(XRF)、离子色谱仪(IC)、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)、扫描电镜(SEM)对碱浸?酸浸过程中氟、钪元素的走向分布进行了系统考察。结果表明，碱浸过程中熔盐电解废渣中的氟转化成溶解度较低的氟化钠，通过水洗使氟几乎全部进入溶液，而钪留在碱浸水洗渣中，实现了氟、钪分离。利用碱浸水洗渣中的铝以难溶于酸的?-Al2O3形式存在的特性，通过酸浸将碱浸水洗渣中的钪溶解，实现了钪和铝的分离与回收。通过研究碱浸、酸浸过程中浸出剂浓度、液固比、浸出温度和时间等工艺参数对浸出率的影响，得到最佳工艺参数：碱浸过程氢氧化钠浓度100 g/L，液固质量比12:1，温度90℃，浸出时间1.5 h；酸浸过程硫酸浓度1.5 mol/L，液固质量比6:1，温度90℃，浸出时间50 min。碱浸后熔盐电解废渣中可溶性铝和氟的浸出率分别达97.12%和98.71%，氟化钠产品纯度达到98.70%，酸浸过程钪的浸出率达到92.01%。

云南某富银锌精矿锌银浮选分离实验研究

黎洁纪翠翠谢贤康博文范培强

过程工程学报. 2020, 20(8): 938-946. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219288

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云南某富银锌精矿中银主要以类质同象形式存在于白铅矿中，本工作以该矿样为研究对象，根据其性质，采用抑铅浮锌的工艺流程进行浮选，考察了磨矿细度、抑制剂、活化剂及捕收剂等因素对浮选分离指标的影响。结果表明，–19+10 μm粒级中银含量最高。在磨矿细度–74 μm占90%，硅酸钠用量为2000 g/t，硫酸铜用量为200 g/t，丁基黄药用量为300 g/t，松醇油用量为30 g/t的条件下，1次粗选、1次精选、1次扫选，中矿顺序返回的全流程闭路实验，可获得含锌61.08%，回收率95.89%的锌精矿和含银1548.32 g/t，回收率为71.17%的银精矿，实现了锌银的浮选分离及伴生银的高效富集。

玻璃钢化淬冷降温特征及影响因素

岳高伟万重重王路李彦兵

过程工程学报. 2020, 20(8): 947-958. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219337

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对风栅中玻璃的降温规律进行了实验测试，建立了玻璃降温的风栅模型，数值模拟了风压、风温、喷嘴到玻璃距离、出炉速度和玻璃摆动速度对玻璃降温规律的影响。结果表明，玻璃降温曲线的模拟结果与测试结果基本一致，即玻璃温度均随淬冷时间呈负指数降低。风压越大、风温越低，玻璃降温越快，即风压、风温对玻璃的降温规律影响显著。喷嘴到玻璃距离对玻璃降温有一定影响，出炉速度、玻璃摆动速度对玻璃降温规律的影响不明显。

水中Ca²⁺和Mg²⁺对镜铁矿和绿泥石可浮性的影响机理

李明阳廉德郝军杰胡义明高翔鹏

过程工程学报. 2020, 20(8): 959-969. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220024

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为研究水质对镜铁矿和绿泥石分离效果的影响，通过单矿物浮选实验、Zeta电位测量、玻尔兹曼理论分析、溶液化学计算和分子动力学模拟，分别在去离子水和自来水浮选环境中，研究了十二胺(DDA)体系中镜铁矿和绿泥石的浮选行为及Ca2+, Mg2+对镜铁矿和绿泥石浮选规律及作用机理。结果表明，自来水对镜铁矿和绿泥石有一定的抑制作用，与去离子水浮选环境相比，镜铁矿和绿泥石的回收率分别下降了8.01和8.99个百分点；模拟自来水环境中，Ca2+, Mg2+使镜铁矿回收率分别下降11.91和18.88个百分点，绿泥石回收率分别降低7.44和15.45个百分点。自来水浮选环境中镜铁矿和绿泥石可浮性降低主要由于自来水中Ca2+, Mg2+的抑制作用。Ca2+, Mg2+对镜铁矿的抑制作用比绿泥石强，且Mg2+的抑制效果比Ca2+明显。机理检测结果表明，Ca2+, Mg2+吸附使镜铁矿和绿泥石表面电位升高，减弱了DDA与矿物之间的静电吸附作用，促使镜铁矿和绿泥石接触角减小亲水性增大、界面层内RNH3+浓度降低，使DDA与镜铁矿和绿泥石的吸附间距增大，且DDA分子分布松散度增大，一定程度上抑制了镜铁矿和绿泥石的上浮。

盐度对缺氧–好氧SBBR微生物活性及N₂O释放的影响

巩有奎岳英龙彭永臻

过程工程学报. 2020, 20(8): 970-978. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219325

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含盐废水硝化过程常常出现亚硝酸盐积累，从而导致强温室气体N2O的产生。利用序批式生物膜反应器(SBBR)，考察了含盐生活污水同步脱氮过程不同菌群活性变化及N2O释放过程。结果表明，盐度增加，各菌群活性受抑制程度依次为亚硝酸盐氧化菌(Nitrite Oxidizing Bacteria, NOB)?氨氧化菌(Ammonia Oxidizing Bacteria, AOB)?碳氧化菌。实验盐度范围内(0~20 g NaCl/L)，COD出水约稳定在50.0 mg/L，平均NH4+去除率由98%以上降至约70.5%，TN去除率由42.4%降至16.9%，N2O平均产率由3.9%增至13.3%。与SND变化类似，微生物体内聚-β-羟基脂肪酸酯(PHA)和糖原(Gly)积累随盐度增加呈先增加后减少趋势。N2O主要产生于AOB好氧反硝化过程和硝化后期内源反硝化过程。低盐度(≤10 g NaCl/L)下，SBBR内缺氧区有助于减少N2O释放；盐度增加，高盐度耦合低内碳源合成，加剧了内源反硝化阶段各还原酶之间电子竞争。高盐度导致微生物胞外聚合物(EPS)分泌增加，多聚糖(PS)比例上升，膜内缺氧区域减少，抑制N2O还原过程。

高频氢等离子体增强还原制备超细铜粉

金化成白柳杨范俊梅侯果林丁飞袁方利

过程工程学报. 2020, 20(8): 979-988. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219302

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利用高频感应热氢等离子体强化还原制备超细铜粉，考察了加料速率、还原氢气流量、氢气分布位置、反应区空间、冷却温度等因素对铜粉颗粒性能的影响，对制备的铜粉颗粒进行氧含量、XRD晶体结构、松装密度、粒度分布和比表面积的表征。结果表明，优化的工艺条件为反应区内径100 mm，加料速率4 g/min，淬火气氩气气量500 L/h，氢气气量500 L/h并通入少量载气，由氢等离子电离产生的氢自由基可强化反应实现瞬时还原，不仅可控制铜粉形貌，还能有效控制铜粉颗粒大小；利用该方法制备出粒径分布100?200 nm、分散性好的超细球形铜粉颗粒。该方法操作简便、产品纯度高、气氛可控、对环境污染小。

不同浸渍时间对CuO/Cu@BC电极催化CO₂还原性能的影响

周玥郭晓晶李宣江高璐洪枫乔锦丽

过程工程学报. 2020, 20(8): 989-996. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219314

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将具有3D网状结构的细菌纤维素(BC)膜作为催化剂载体，通过原位化学还原法制备了负载Cu和CuO纳米复合材料的催化剂电极(CuO/Cu@BC)，并通过改变BC膜的浸渍时间实现电极结构调控以探索最佳条件。结果表明，具有3D球形结构的CuO/Cu24h@BC电极对CO2还原表现出较好的电子传输性能和更高的电流密度。CuO/Cu24h@BC电极的电化学比表面积最大，达12 mF/cm2。CuO/Cu24h@BC电极可将CO2电催化转化为CO，且产生CO的法拉第效率为52%。

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