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工業(yè)應(yīng)用的鉛冶煉工藝幾乎全是火法。濕法冶煉是鉛精礦經(jīng)浸出和熔鹽電解產(chǎn)出金屬鉛的過程。由于傳統(tǒng)的火法煉鉛嚴(yán)重污染環(huán)境以及伴生在鉛精礦中的有價(jià)元素需用低溫的濕法冶金方法回收，使?jié)穹掋U成為評(píng)述鉛冶金發(fā)展趨勢(shì)時(shí)必然會(huì)提出的一種方法。但是濕法煉鉛很難與火法煉鉛法相競(jìng)爭(zhēng)，致使其至今仍處于試驗(yàn)階段。
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鋅脈礦浮選難在哪?首先，鋅脈礦的礦脈一般比較細(xì)，多呈片狀或?qū)訝?，其寬度容易受地址?gòu)造的影響，在選礦時(shí)特有的地質(zhì)因素回導(dǎo)致磨礦的難度增加，不便于選礦順利進(jìn)行;
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硅基材料由于具有高理論容量而被認(rèn)為是下一代鋰離子電池的理想選擇，但其不良的電導(dǎo)率以及較大的體積膨脹不可避免地導(dǎo)致較差的循環(huán)穩(wěn)定性，限制其大規(guī)模應(yīng)用。單壁碳納米管(Single-Wall Carbon Nanotube, SWCNT)只有一層碳原子，根據(jù)空間的螺旋特性可表現(xiàn)出金屬或半導(dǎo)體性能。SWCNT長(zhǎng)徑比較高，能夠在極低添加量下形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。通常隨機(jī)的SWCNT中，2/3為半導(dǎo)體管，其導(dǎo)電性不如大部分都是金屬性的MWCNT。
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與其他重金屬比較，銅產(chǎn)量大、價(jià)格高，長(zhǎng)期以來，其冶煉技術(shù)及裝備的研究，一直是重金屬冶金最為活躍、技術(shù)水平最高的領(lǐng)域。傳統(tǒng)的火法煉銅技術(shù)，熔煉主要為鼓風(fēng)爐、反射爐和電爐，吹煉為P-S轉(zhuǎn)爐，這些技術(shù)存在的共性問題是能耗高、污染重，而問題的實(shí)質(zhì)又在于過程不夠強(qiáng)化，使得硫化銅精礦氧化反應(yīng)熱不能充分利用，煙氣SO濃度低難以制酸。所以，銅冶煉技術(shù)的進(jìn)步一直是朝著強(qiáng)化過程、節(jié)能減排方向發(fā)展。這一進(jìn)步始于1949年奧圖泰閃速爐煉銅在芬蘭哈賈瓦爾德冶煉廠的問世。其后在閃速熔煉方面加拿大又發(fā)展了INCO法。
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近日，首屆戰(zhàn)略資源綜合利用論壇在湖南衡陽舉行，中國工程院院士黃小衛(wèi)?圍繞解決制約稀土行業(yè)發(fā)展的資源與環(huán)境重大難題，介紹了稀土資源綠色提取分離技術(shù)的最新進(jìn)展：“針對(duì)獨(dú)特的稀土資源特點(diǎn)，我國開發(fā)了系列世界領(lǐng)先的稀土提取分離技術(shù)，在行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用，成就了中國稀土生產(chǎn)大國的國際地位?！?
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奧圖泰閃速爐直接煉銅以硫化銅精礦為原料生產(chǎn)金屬銅，是一個(gè)單純的氧化過程，從原理上講，在一座爐內(nèi)一步氧化得到粗銅是可能的，這也是銅冶金工作者長(zhǎng)期追求的目標(biāo)。但由于銅精礦含鐵較高，這些鐵在煉銅過程中，會(huì)氧化為FeO.(FeO或FeOa)與SiO造渣，一般生產(chǎn)1t銅產(chǎn)出2~5t爐渣。
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航空航天業(yè)無疑是最早應(yīng)用增材制造(AM)技術(shù)的一個(gè)行業(yè)，它們將增材技術(shù)作為輕量化制造零件(在保證強(qiáng)度的條件下優(yōu)化重量)的一種方式。如今，航空航天業(yè)對(duì)于增材制造技術(shù)的使用只增不減，Strategic Market Research的一份報(bào)告顯示，到2023年，全球航空航天3D打印市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到92.3億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為20.23%。
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美國肯尼科特銅公司Garfield煉銅廠原采用P-S轉(zhuǎn)爐工藝生產(chǎn)，為滿足美國猶他州日趨嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，以及降低生產(chǎn)成本，20世紀(jì)70年代末提出了“固體銅锍氧化連續(xù)吹煉”專利，開展了實(shí)驗(yàn)。20世紀(jì)80年代中期，與在閃速爐熔煉技術(shù)上具有優(yōu)勢(shì)的奧圖泰公司合作，共同進(jìn)行閃速吹煉技術(shù)研發(fā)及推廣，在奧圖泰公司Pori研發(fā)中心進(jìn)行的半工業(yè)試驗(yàn)取得了很好的結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，1995年Garfield煉銅廠建成閃速吹煉系統(tǒng)，取代P-S轉(zhuǎn)爐吹煉。因此，目前這一技術(shù)為肯尼科特公司與奧圖泰公司共有，稱之為肯尼科特-奧圖泰閃速吹煉。
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輕工業(yè)產(chǎn)品與人們的生活息息相關(guān)，種類繁多。由于銅的綜合性能好，所以在輕工業(yè)里面隨處可見。舉以下例子和大家分享。
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三菱法連續(xù)煉銅是一項(xiàng)由熔煉、吹煉和熔煉渣貧化系統(tǒng)組成的整體技術(shù)，前面已對(duì)其熔煉部分進(jìn)行了系統(tǒng)介紹。三菱法吹煉創(chuàng)新地采用Cu_O-FeSO&-CaO 爐渣體系，在世界上第一次大規(guī)模實(shí)現(xiàn)了銅锍的連續(xù)吹煉，在煉銅技術(shù)發(fā)展史上具有重要地位。
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火法煉銅中，造锍熔煉得到的銅锍，經(jīng)過吹煉進(jìn)一步脫除硫和鐵，產(chǎn)出粗銅。吹煉中，一些其他雜質(zhì)也進(jìn)入煙塵和爐渣部分脫除。
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火法煉銅主要熔煉方法技術(shù)指標(biāo)比較見表3-8。詳細(xì)分析如下：就建廠規(guī)模而言，在單套系統(tǒng)年產(chǎn)10~40萬t銅區(qū)間，都有方法覆蓋。②閃速熔煉對(duì)爐料水分要求嚴(yán)格，因此爐料一般經(jīng)干燥窯預(yù)干燥后(視爐料含水情況決定是否需要預(yù)干燥)，還要采用氣流或蒸汽干燥機(jī)等干燥，目前后者應(yīng)用較為普遍;熔池熔煉除三菱法外，其余方法對(duì)爐料要求大致相同，含水8%~10%即可，而且可以有一定的塊狀物料存在;從整體能耗角度考慮，熔煉爐外干燥比帶人大量水分進(jìn)入熔煉爐更為有利。
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TSL是Top Submerged Lance 的簡(jiǎn)稱，意為頂置浸沒噴槍。該技術(shù)起源于澳大利亞聯(lián)邦工業(yè)與科學(xué)發(fā)展組織(CSIRO)，因此在早期的中文譯文中，稱其為“悉羅法”。在該技術(shù)工業(yè)化初步成功后，澳大利亞政府分別授權(quán)艾薩、澳斯麥特兩家公司獨(dú)立推廣應(yīng)用該技術(shù)，所以，在工業(yè)應(yīng)用中，又分別稱為艾薩法和澳斯麥特法。兩種方法原理、設(shè)備等基本相同，但在爐體與噴槍結(jié)構(gòu)、技術(shù)細(xì)節(jié)上有所區(qū)別。近年來，澳斯麥特公司已被奧圖泰公司控股經(jīng)營(yíng)，因此澳斯麥特法現(xiàn)改稱奧圖泰-澳斯麥特法。
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前蘇聯(lián)和俄羅斯既是世界鈦工業(yè)大國，也是強(qiáng)國之一。據(jù)塔斯社近期報(bào)道，俄羅斯彼爾姆國立科研理工大學(xué)(PNRPU)的科學(xué)家研發(fā)出一種新工藝，可以較大地提高飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的持久性能。由于鈦合金有較高的比強(qiáng)度和抗蝕性，在航空器結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)制造中獲得了廣泛的應(yīng)用，但對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)來說，其持久強(qiáng)度尚有待提高。如何較大地提高此鈦合金的這類性能是材料科學(xué)家面臨的主要課題之一。
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三菱法是世界上第一種實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定工業(yè)運(yùn)行的連續(xù)煉銅工藝，其實(shí)質(zhì)性進(jìn)步是實(shí)現(xiàn)了銅锍的連續(xù)吹煉。圖3-23為三菱法爐體結(jié)構(gòu)示意圖，右側(cè)為熔煉爐(S爐)和吹煉爐(C爐)，左側(cè)為熔煉爐渣貧化電爐(SC爐)。圖3-24為其熔煉爐、熔煉爐渣貧化電爐和吹煉爐配置示意圖。
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圖3-20為底吹爐示意圖。其為臥式轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒形爐，外殼為16MnR鋼板，兩端采用封頭形式，弧形，與筒體焊接，內(nèi)襯優(yōu)質(zhì)鉻鎂磚。熔體及煙氣出口有水套保護(hù)。氧槍磚結(jié)構(gòu)及材質(zhì)特殊。熔煉區(qū)下部配置2排共9根氧槍。加料口在爐子頂部與氧槍對(duì)應(yīng)位置，其中心線在兩排氧槍中心線中央。圖3-20所示尺寸的底吹爐，年產(chǎn)能約10萬t銅。
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鉛鋅礦根據(jù)其硫化礦物和氧化礦物所含的比例不同，可分為硫化鉛鋅礦、氧化鉛鋅礦和混合鉛鋅礦三類。其中，硫化鉛鋅礦中氧化物含量小于10%，屬于易浮礦石;氧化鉛鋅礦中氧化物含量大于75%以上，屬于難選礦石;混合鉛鋅礦中氧化物含量在10 %～75 %之間，屬于較難選礦石。然而隨著礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)利用，易選及較難選鉛鋅礦已日漸枯竭，難選的氧化鉛鋅礦則成為了人們重點(diǎn)開發(fā)對(duì)象。
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瓦紐科夫爐如圖3-19所示，為固定式雙側(cè)吹爐型。其爐缸為耐火材料，爐身與熔體接觸部分為銅水套，上部為鋼水套;風(fēng)口置于上部渣層，渣與锍在爐缸中、下部沉淀分離。與其他熔池熔煉方法比較，瓦紐科夫爐的特色為深熔池、熔煉區(qū)和渣锍沉淀分離區(qū)為垂直配置。
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孔雀石等很多難選氧化銅礦物在浮選時(shí)存在回收率低，或者藥劑消耗量過大的問題，一些效果比較好的捕收劑如銅鐵試劑、烷基羥肟酸等對(duì)于氧化銅礦的捕收作用非常好，卻又因價(jià)格太過高昂而很難投入大批量規(guī)?；a(chǎn)。
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白銀法是中國白銀有色金屬公司等單位聯(lián)合研發(fā)的一種較為先進(jìn)的熔池熔煉技術(shù)。在其問世以來30余年的發(fā)展歷程中，歷經(jīng)單室爐、雙室爐、改進(jìn)雙室爐、空氣熔煉和富氧熔煉等而不斷完善。
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據(jù)科技日?qǐng)?bào)報(bào)道，3月17日，科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心(基礎(chǔ)研究管理中心)發(fā)布2022年度中國科學(xué)十大進(jìn)展。祝融號(hào)巡視雷達(dá)揭秘火星烏托邦平原淺表分層結(jié)構(gòu)、全新原理實(shí)現(xiàn)海水直接電解制氫等10項(xiàng)重大科學(xué)進(jìn)展，從30項(xiàng)候選進(jìn)展中脫穎而出。
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3月15日，聞?；F(tuán)隊(duì)在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv提交了一篇包括9名作者、長(zhǎng)達(dá)16頁的研究論文，直截了當(dāng)否定了Dias的研究結(jié)論。論文結(jié)論稱：“我們的實(shí)驗(yàn)清楚地表明，從環(huán)境壓力到6.3GPa，溫度低至10K(約-263攝氏度)，镥氮?dú)洳牧螸uH2±xNy中不存在超導(dǎo)性?！?/p>
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圖3-15為特尼恩特爐示意圖。其為臥式轉(zhuǎn)爐，側(cè)吹熔池熔煉，與諾蘭達(dá)爐非常相似，爐長(zhǎng)14~23m，直徑4～5m，外殼為0.05m厚鋼板，內(nèi)襯0.5m厚鉻鎂磚。在65%爐長(zhǎng)上，配置有30~50個(gè)直徑為5~6cm的風(fēng)口，其余35%為熔體沉淀區(qū)。
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據(jù)業(yè)內(nèi)消息，本周西安一高校半導(dǎo)體研究團(tuán)隊(duì)宣布在半導(dǎo)體材料研究上取得突破!該研究成功在8英寸硅片中制備出高質(zhì)量的氧化鎵外延片，標(biāo)志著在超寬禁帶半導(dǎo)體研究上取得重要進(jìn)展。據(jù)悉，該研究成果出自西安郵電大學(xué)新型半導(dǎo)體器件與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的陳海峰教授團(tuán)隊(duì)。
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工程上的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境條件是十分復(fù)雜的，不同的介質(zhì)、介質(zhì)溫度、介質(zhì)壓力等操作條件的組合，構(gòu)成了無數(shù)個(gè)選材條件。就常見的選材條件來說，要想在這里逐一給出其選材結(jié)論是不現(xiàn)實(shí)的，它也正是各個(gè)設(shè)計(jì)院或工程公司一直致力研究的問題。在這里將換一種方式，以材料為主體，應(yīng)用金屬理論、腐蝕理論以及工程理論來確定各種常用材料的使用限制條件。
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諾蘭達(dá)爐示意圖見圖3-12，圖3-13是諾蘭達(dá)爐配套使用的加斯佩捅風(fēng)口機(jī)示意圖。諾蘭達(dá)爐為圓柱形臥式轉(zhuǎn)爐，規(guī)格為直徑5m，長(zhǎng)21~26m，外殼由厚0.1m的鉬鋼板制作，內(nèi)襯0.5m厚鉻鎂磚。銅锍層厚度1m左右，渣層厚度0.3~0.6m。諾蘭達(dá)爐有54~66個(gè)直徑為5~6cm的浸沒風(fēng)口，諾蘭達(dá)爐風(fēng)口易堵塞，采用加斯佩捅風(fēng)口機(jī)或人工用鋼釬捅風(fēng)口。
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有效推動(dòng)鋁行業(yè)碳排放更快更好地達(dá)峰，全面促進(jìn)綠色電力和綠色先進(jìn)制造業(yè)深度融合發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)國家碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)愿景的關(guān)鍵舉措。鋁行業(yè)綠色低碳相關(guān)概念較多，但未形成統(tǒng)一概念。為了更準(zhǔn)確地理解各概念的意義，對(duì)其加以把握并準(zhǔn)確應(yīng)用，本文嘗試結(jié)合鋁行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施路徑，對(duì)零碳鋁、低碳鋁、綠色鋁、綠電鋁四個(gè)概念進(jìn)行了初步辨析。
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INCO閃速爐及其精礦噴槍示意圖分別如圖3-10、圖3-11所示。INCO閃速爐主體呈長(zhǎng)方體，煙道位于爐體中央，爐體用鎂磚和鉻鎂磚砌筑，兩端及側(cè)面爐墻內(nèi)嵌有銅水套，爐體壽命為5~6年。噴槍共4支，對(duì)稱配置于爐體兩端。銅锍口及渣口分別設(shè)于爐子側(cè)面和兩端。爐子一端設(shè)有鋼制溜槽，用于轉(zhuǎn)爐渣的加入。
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從自放電對(duì)電池的影響，可以將自放電分為兩種：損失容量能夠可逆得到補(bǔ)償?shù)淖苑烹?損失容量無法可逆補(bǔ)償?shù)淖苑烹?。按照這兩種分類，我們可以大約輪廓性的給出一些自放電的原因。
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中國銅冶煉工業(yè)呈現(xiàn)廠家眾多、工藝紛繁的特色，如圖3-3所示。目前，我國應(yīng)用較為廣泛的銅冶煉工藝主要有5種：奧圖泰閃速熔煉—P-S 轉(zhuǎn)爐吹煉、雙閃、TSL(澳斯麥特、艾薩)熔煉—P-S轉(zhuǎn)爐吹煉、富氧底吹熔煉——P-S轉(zhuǎn)爐吹煉、雙側(cè)吹—P-S轉(zhuǎn)爐吹煉。可以預(yù)期，今后新建或改建的煉銅廠也主要是采用這些技術(shù)。
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