黑色冶金论文

1磁选关于磁选设备的进展，已有若干专门评述〔’一41，这里仅就搜集到的磁选论著和信息进行综合评述.弱磁选弱磁选进展的特点是，利用高性能钦铁硼永磁体制造场强更高的筒式磁选机，筒式磁选机大型化和预选大块磁铁矿石，发展有利于提高精矿品位的弱磁选机。钦铁硼永磁体(Nd:Fel刀)的最大磁能积可达“(T·A/m)，约为衫钻合金(SmCo。)最大磁能积(”T·A/m)的z倍[51，银铁氧体(，)最大磁能积(·A/m)的10倍。因此，采用钦铁硼磁系容易提高磁选机的场强和性能。例如，德国用铰铁硼永磁棒研制的‘Permos’鼓式磁选机的磁感应强度可达，既可用于物料的干选或湿选，也可比较理想地用于除去强磁选给料中的磁性较强的物质〔6’。英国Boxmag--Rapid有限公司用铰铁硼永磁体研制的‘Magnadrum’筒式磁选机的磁场可达，用于分选工业矿物和磨料粉〔’J。作为设备大型化的例子如，我国马鞍山矿山研究院继开发CTDG1210型大筒径磁选机后，又研制了CTDGIS16型更大筒径的磁选机[3]，采用钱铁硼磁系，筒面平均磁场可达，用于分选大块磁铁矿石.鞍山黑色冶金矿山设计研究院与山东张家洼铁矿合作研制了一种价1400mmx1600mm电磁水冷磁滑轮【.〕，筒面平均磁场为，处理能力可达200t/h，用于预选一350mm的磁铁矿石，8个月内从万t原矿剔除含铁的万t尾矿，共增加经济效益万元。为了提高设备的分选效果，峨嵋矿产综合利用研究所将常规磁选槽改进为磁一重选机〔，〕，其槽体上部由圆锥形改为圆筒形，永磁铁氧体磁系由下部圆塔形整体磁系改为上部多层圆阵形分散磁系，场强分布为12~0kA/m，并配备浓度自控系统，可将分选区矿浆浓度控制在30%~35%之间，该设备在首钢迁安铁矿应用的效果是:配合改进工艺流程，提高了分选粒度，与以往细磨细筛工艺流程相比，在磨机容量、精矿品位和铁回收率相同的条件下，提高了生产能力.这种设备已发展为价300、600、1500、1800、2500mm系列产品。为了提高精矿品位，北京矿冶研究总院研制了一种Bk一1021多力场筒式磁选机〔川。该机采用7极开放磁系和顺流型选箱，在选箱中部补加上升水和排粗粒尾矿，在给料端设溢流堰和排细粒尾矿，使随筒运行的磁性物始终受到反向水流的清洗作用，达到提高精矿品位的目的。该机在南芬铁矿选矿厂的工业试验结果表明，与价105Ommx21OOmm半逆流型磁选机相比，精矿品位高，分选效率高，而磁性铁回收率只低肠。值得注意的是，前苏联研究了用电化学调节法强化磁选过程‘川。在实验室研究确定，对难选矿石和氧化矿石，第一段弱磁选前采用电极化作用最有前途，精矿品位可提高，4%，铁回收率提高、，弱磁选尾矿在强磁选前再进行调节，铁回收率又可提高l%、。对易选矿石，极化作用后，第一段和第二段磁选的铁回收率只能分别提高、和叫。据认为，效果不同是由于矿石性质、磁化强度和矿物组成不同.还由于矿石中的氧化物的固定电位值和交换电流值及还原阴极反应电流的极限度不同。强磁选强磁选设备的研制主要限于永磁和电磁辊式或带式强磁选机。英国BOxmag一Rapid有限公司用铰铁硼永磁体制造了‘Magnaroll’辊式磁选机[‘〕，包括辊径功75mm和功100mm两种规格，分别用于处理细粒和粗粒物料。它在给料带面的磁场通常为，并可由回路产生高梯度，分选性能比感应辊式磁选机优越，典型应用包括提纯硅砂和长石，提高红柱石质量和陶瓷细粒干料除铁。前苏联研制了一种旋转磁场辊式磁选机〔‘，，，又名电动分选装置。该机主要由输料带和带下面的与带平行配置的永磁辊构成。磁辊由三部分永磁体组成，中部永磁体的磁极法向与辊轴垂直，前后永磁体的磁极法向与辊轴成45“角，形成同一平面三个方向的磁场，辊面磁场为。分选原理是，利用非磁性导电颗粒在旋转磁辊产生的旋转磁场中受交变电动力作用与非导电颗粒分离该机被用于从有色金属加工渣屑和废料中回收铝、铜等金属颗粒，导体产品纯度和回收率都可达94%以上。我国马鞍山矿山研究院继开发Cs一1型辊式磁选机后，又研制了Cs一2型电磁感应辊式强磁选机〔’‘]，其辊径和有效长度分别为叻380mm和1468mm，双辊平行配置，共四个分选带，磁场可在之间调节，激磁、传动和风冷功率分别为、13xZkw和义Zkw。该机在梅山铁矿用于分选12~Zmm赤一菱铁矿石的指标是，原矿含铁时，精矿品位和回收率分别为和，单台设备的年经济效益为63万元。与辊式磁选机不同。带铁磁性齿板或球介质的湿式强磁选机由于构造复杂，造价高，加之类型较多，发展的任务仍是推广应用和改进完善。SHP一2000型强磁选机在齐大山铁矿得到了应用〔’‘’，SQC一6一2770型强磁选机在马钢姑山铁矿纳人生产流程，功1500型双立环强磁选机在昆钢进一步得到了推广应用〔‘5]SHP一3200型强磁选机的改进包括〔’‘]:磁包角由83“改为70。，激磁线圈由风冷改为油冷等。颇有意思的是，昆钢对齿板介质平环磁选机和球介质立环磁选机用相同试料作了对比试验[1’〕，结果表明，齿板平环型的精矿品位和铁回收率分别约高4%和8%，但立环型由于反向冲洗磁性物，因而不易堵塞，对隔渣、隔粗、冲洗水压和水质要求不严，运行更加可靠。高梯度磁选在磁选领域，对高梯度磁选的研究仍占有重要位置，并取得了显著进展。Svoboda叙述了一种新型高梯度磁选机I‘’〕，该机采用短线圈水冷磁系，磁场为，输人功率110kw，用于从南非威特沃特斯兰德残渣中回收金和铀，能力为30t/h。前苏联新克里沃罗格采选联合公司和黑色金属选矿研究院合作研制了3KM小一600型磁选机〔‘吕’。该机采用恺装电磁磁系和网眼135~x51~冲孔网板作分选介质磁感应强度为，处理能力可达30Ot/h，用于处理细度95肠一幻。刃n的氧化铁石岩。铜矿资源丰富的赞比亚对高梯度磁选给予了重视，最近用背景磁场、分选罐尺寸23mmx32mmx104mm(有效容积42ml、充填5%50~10即m钢毛的横向磁场高梯度磁选装置，对5~38拜m的铜精矿和原矿作了试验研究t‘，’，在给料流速7cm/s和清洗流速14cm/s条件下分选二次，前一种磁性产品的黄铜矿和斑铜矿含量由72叫提高到86%，回收率为82%;后一种磁性产品的铜矿物含量从16%.提高到44%，回收率为72肠。在国内，高梯度磁选已跨人工业应用时期，由中南工业大学和江西赣州有色冶金研究所合作研制的SLON一1000型立环脉动高梯度磁选机已发展为SLON一r500型〔’。’，其分选环直径由1ooomm增至150omm，处理量邮t/h提高到30t/h，且结构有所改进，性能有所提高，第一台SLON一1500型磁选机于1989年安装在姑山铁矿，处理矿泥和强磁选细粒尾矿等难选混合物料，原预计年经济效益106万元‘’‘’，实际达到了108万元。1990年通过技术鉴定后，该矿又订购了一台SLON一1500型脉动高梯度磁选机。近两年来，还在弓长岭铁矿和铜录山铜矿分别应用了五台与一台SLON一1500型立环脉动高梯度磁选机。对脉动高梯度磁选原理也作了进一步探讨〔”]。中南工业大学对盘古山钨细泥的脉动高梯度磁选试验研究也获得了好指标‘川:含的钨细泥在合适条件下分选一次，得到WO3含量和回收率的钨精矿;与非脉动高梯度磁选相比，精矿品位高，回收率只低。由中南工业大学和醛陵市科技开发中心合作研制的CL一功500mm周期式振动高梯度磁选机〔’‘」填补了我国高岭土高梯度磁选的空白。该机的罐径和高分别为500mm和300mm，磁场可达ZT，耗功率约220kw，处理量约为Zt/h。工业试验表明，该机的激磁和冷却性能良好，能有效除去高岭土中的含铁顺磁性微细颗粒，显著增加高岭土和成瓷白度，可产生较好的经济和社会效益。关于高梯度磁选理论，自1973年Watson提出磁捕收颗粒数概念〔25’以来，已建立了相当完整的磁捕收理论.最近，svoboda等人根据能量观点，探讨了高梯度磁捕收新理论〔26]。他认为，顺磁性颗粒在高梯度磁场中与铁磁性捕集丝相碰撞时，具有的总作用能为范德华一伦敦作用能、双电层作用能、平均磁能和剪切应力对颗粒作功之和，并由此导出被介质丝捕收的颗粒半径(限定颗粒粒度)与颗粒磁化系数、磁场强度、介质丝磁化强度和半径、流体速度和密度及粘性系数等的关系式。超导磁选超导磁选已进人大型化工业应用时期。美国Eriez磁力公司继1986年将重25叶、直径为2134mm罐式超导磁选机用于公司高岭土加工厂提纯高岭土后，不到一年，同一公司又订购了一台重250t、直径3048刃n幻a的同类型超导高梯度磁选机〔川，当该机正在制造时，又订购了第三台这种设备，按计划已于1990年第一季度安装运转。这是世界上最大的超导磁选机，超导磁体用Nb一叭线绕制，液氦冷却至一269℃，只需每个周期的开头供给激磁电流，在60秒内，磁场可由零升至ZT，然后不需外电能仍能维持ZT磁场，周期末关闭时，磁体‘归还’的电能约为启动时‘借去’电能之半。超导磁选的成本比普通高梯度磁选稍高些，第二台设备的生产成本又比第一台稍高些。德国KHD洪堡·韦达格公司已将一台Descos超导筒式磁选机售给土耳其〔:‘3，用于将弱磁性的蛇纹石脉石与菱镁矿分离，原矿粒度为100~4幻n幻。，约含510220%、FeZ034肠，干选一次得含510:和Fe:O，的菱镁矿粗精矿。该机的规格为价120OmmxI500mm，磁场可达，处理量为10肚/h，能耗约为·h/t，是世界上第一台用于粗粒分选的超导磁选机。现在期望用‘高温’超导体开发第三代超导磁选机「‘91。2电选Kelly和Spottiswood用三篇论文全面评述了电选理论。第一篇评述了基础原理，包括静电学;颗粒特性，即颗粒导电率(Band理论、电子捕获和其它形式的导电)，半导体的表面电子学性质:颗粒或金属接触的等效回路，流体中的颗粒运动。第二篇评述了颗粒电性的测量和颗粒荷电的机理。电性测量包括电场测量，荷电量测量，接触荷电量累计测量和导电率测量。颗粒荷电机理包括电晕荷电，感应荷电，摩擦荷电，荷电速率，Coehn法则。第三篇评述了静电选矿实践，包括静电选矿机的理论分析(受力分析)，静电选矿机的经验分析，设备参数，分选回路，三篇论文涉及95篇文献。关于电选的I:.艺和理论研究也有一些报导。国外有人用添加剂产生大量摩擦电荷的方法将KCI与NaCI分离。该法利用KCI与NaCI摩擦带电的差别，在物料中加人适量添加剂.使之在流动层皮带运输过程中摩擦带电，然后在分选机中得KCI精矿，KCI精矿品位可达92%，回收率为50%。.沙洛姆等人探讨了将非均匀交流电场分离技术用于液体和气体介质条件下的分选机理「川，建立了电场强度、荷电量和库仑力与惯性力之比的表达式。

1952年2月邹元爔到工学实验馆工作时，正是周仁等深入研究球墨铸铁之时，他们探索了加镁方法，研究合金元素和热处理对球墨铸铁金相结构和机械性能的影响，以及在铸件上的应用。此项成果获1956年国家自然科学三等奖。1953年我国急需开发内蒙古白云鄂博铁矿，建设包头钢铁公司。但该铁矿石中含有大量萤石和稀土元素，为世界所罕见。其高炉冶炼在世界炼铁史上也没有成熟的经验，是一项开拓性的工作。当时上海冶金陶瓷研究所所长周仁是中国科学院“两矿”（白云鄂博铁矿和大冶铁矿）领导小组组长，他知难而上，为冶金陶瓷研究所接下了白云鄂博铁矿石高炉冶炼的研究任务。他在所内进行了总动员，并迅速组织了会战组，同时任命邹元爔为研究该矿的技术总负责人。在周仁的组织引导和亲自参加下，邹元爔和徐元森等迅速建成了一座1立方米的试验小高炉，他们一方面进行实验室试验，同时也进行小高炉冶炼试验，系统地研究了氟在高炉冶炼中的行为，包括氟对高炉型炉渣的物理化学性能的影响和氟在高炉冶炼过程中的变化和分布规律。他们摸清了含氟炉渣对高炉冶炼的影响及其对不同耐火材料的侵蚀情况；阐明了氟从矿石和炉渣中挥发的机理及其对高炉钢结构的腐蚀情况；提出了白云鄂博矿的造渣制度和提高冶炼强度的方案；解决了氟对高炉钢结构和对高炉耐火砖衬的腐蚀问题。为苏联专家设计包钢炼铁高炉提供了可靠的关键技术资料和理论依据。特别是高炉耐火砖衬问题，苏联专家设计时原计划仅在高炉缸部分用炭砖，而周仁、邹元爔等的研究表明，高铝砖和铝镁砖等在高氟炉渣中都很快就被侵蚀，只有炭砖才能抗高氟炉渣的侵蚀，才改为从炉缸到炉身下部（风口带除外）全部改用炭砖，避免了一次可能发生的大事故。这项研究工作获得了1982年国家自然科学三等奖。为了从含4%～5%稀土氧化物的包钢高炉渣中提取宝贵的稀土元素，邹元爔提出用硅铁还原法还原渣中稀土元素，制造稀土硅铁合金成功。当时称这种合金为“包钢第一号合金”。此法具有原料低廉和设备简单等优点，为我国稀土资源综合利用作出了重要贡献。这种回收稀土金属的工艺在世界上没有先例，因此获得1965年国家创造发明二等奖，并多次受到国家领导人的表扬。1957年国家急于开发攀枝花钒钛磁铁矿，其高炉冶炼也是世界上的一大难题。徐元森和邹元爔等系统地研究了含钛高炉型炉渣的物理化学性质及矿物组成，探明了含钛炉渣在高炉冶炼条件下变稠的机理，在1立方米小型试验炉上进行试验时，根据徐元森的建议，创造性地采用了特种吹炼风口，解决了高钛渣堵塞炉缸的技术关键，为攀枝花钢铁公司高炉设计和冶炼方案的选择，提供了可靠的技术资料和理论依据。该项工作于1982年获国家自然科学四等奖。同一时期内，邹元爔还领导了湿法冶金和炼钢等研究，如钴的提取、氧化铝的浸出、氧化钛和锰的提取等，成果出色，为我国多种矿产的综合利用做出了重要贡献。冶金物理化学中的“活度”概念是研究高温熔体实际反应的有力工具，它可理解为“有效的浓度”。邹元爔在1947年向美国卡内基理工学院提交的博士论文《在液态铁和银之间某些元素的分配》中，利用液态铁和银互不相熔的特性，成功地测定和计算了铜、锰、硅和硫等元素在液态铁中的活度系数及其受铁中碳的影响，修正了炼钢过程中传统的脱硫机理，并为液态金属中元素活度的测定提供了新的途径。这一研究工作的成功，不仅使他雄踞全校毕业生之首，也为他以后的事业奠定了基础。1952年起，邹元爔创建并领导了上海冶金陶瓷研究所冶金物理化学研究工作，完成了《氟对高炉炉渣粘度、熔化性及脱硫力的影响》等30多篇系列性的学术论文，分别刊登在《中国科学》、《金属学报》和《科学通报》等学术刊物上。这些论文内容广泛，涉及熔渣和金属中组分的活度、渣和金属间的平衡、火法和湿法冶金过程的物理化学基本理论。所完成的大量二元系、三元系冶金体系中组分活度和金属间化合物生成自由能的研究，为冶金物理化学积累了宝贵的数据，其中不少内容已被收入大学教科书和大百科全书。此外，在活度测量中，邹元爔打破了黑色冶金工作者常用铁作金属相的传统做法，采用某些有色金属相，然后借助变通吉布斯—杜亥姆公式和两组元活度系数之和或商来分别求得各组分的活度，从而成功地解决了国际上长期存在的坩埚材料选择和化学反应设计以及微量元素活度测定等难题。在邹元爔的领导下，上海冶金陶瓷研究所50～60年代的冶金物理化学研究水平，不仅在国内领先，而且在国际上也较有声誉。60年代开始，根据世界科技发展趋势，邹元爔急国家之所急，不顾高龄，毅然转向纯金属和化合物半导体材料的研究领域。他将冶金原理应用到高纯元素的提纯和化合物半导体材料的制备。他巧妙地利用冶金熔体间反应，以及沉淀精炼、分级结晶、萃取、升华、精馏和真空蒸馏等多种方法以提纯单质元素。在他领导下，镓、磷、砷等高纯元素的制备工艺在国内有关工厂推广，并分别得到1964年国家计委、国家科委、国家经委工业新产品三等奖。为了实现砷化镓、锑化铟、砷化铟和铟锑铋等Ⅲ-Ⅴ族化合物晶体的高纯度生长，邹元爔从分析晶体中剩余施主和受主的本质出发，提出并完成了常用的石英容器进行高温特殊处理的方法，从而大幅度降低石英中杂质钠和一些重金属元素的含量。此方法在1983年获国家发明三等奖。此外，在邹元爔指导下完成了石英舟涂膜新工艺，常压液封原位凝固生长不掺杂的半绝缘砷化镓单晶新方法，以及倾侧法液相外延生长高质量砷化镓薄膜等研究。这些工作在1985年获国家科技进步二等奖。邹元爔发表的关于半导体物理化学方面的学术论文共70多篇。他的贡献不仅在于将冶金物理化学的原理延伸到半导体材料的研究中；更重要的是，他将固体半导体材料缺陷和冶金熔体这两个看来完全不同的学科领域统一于化学这门基础学科之中，为物理化学的应用、发展和开拓作出了重要贡献。70年代开始，邹元爔从冶金学的角度提出了有关砷化镓质量的三个关键问题，即未知受主、结构缺陷和“迁移率刽子手”。1972年他总结了国内外不同方法生长的N型砷化镓载流子浓度和迁移率的数以百计的数据，从中归纳出剩余受主与剩余施主浓度之间的一个相关函数关系。据此他大胆地预言砷化镓材料中存在着当时人们尚未认识到的受主缺陷种类，即所谓“未知受主”，它们影响着材料的补偿度。通过实验，他发现化学杂质钠就是常被忽视的未知受主之一。后来随着砷化镓纯度进一步提高，他又发现未知受主中除钠外，还存在着某些受主型结构缺陷（非杂质）。1974年，邹元爔根据砷化镓中一些缺陷间的反应，推测可能存在GaAsVGa和AsGaVGa两个能级位置不同的受主缺陷，它们相伴存在，并且浓度几乎相等。这个预言，在1975年被国外学者（朗）（Lang）和（劳根）（Logan）用当时新发明的深能级瞬态能谱仪的测试结果所证实。这两个受主缺陷命名为A和B陷阱。“迁移率刽子手”实质上是一种空间电荷散射中心，它对载流子的散射截面比普通电离杂质的几乎大2个数量级，严重影响了砷化镓材料的电学性能。在邹元爔领导下，对液相外延和气相外延砷化镓材料作了大量实验，揭示了它的微观结构是某种硅氧复合体。80年代初，随着人们对半导体材料中缺陷研究的不断深入和砷化镓器件的迅速发展，国际上不少理论学家和实验学家的注意力纷纷集中到砷化镓材料中所谓“EL2”的深施主能级的缺陷本性上。这种缺陷在不同方法生长的砷化镓材料中普遍存在，且具有许多异常性质，并对大规模集成电路等器件性能起着决定性的影响。70年代在结构缺陷研究的基础上，1981年邹元爔应用物理化学质量作用定律，在国际上首次提出EL2缺陷可能为AsGaVAsVGa三元络合物。其后，各国科学家根据各自的实验数据先后从不同侧面提出了EL2缺陷可能为孤立反位原子和其它二元、三元络合物等十多种看法。这些科学家大多采用物理学的研究方法。邹元爔等不仅认真研究了所有这些结果，而且分析了各种变化条件下某些缺陷的相互消长关系及其内在联系，从而较全面地总结出EL2缺陷的有力判别标准，即“指纹特征”。以后又根据量子化学计算和电子顺磁共震实验等结果，应用物理化学相律原理，进一步提出了晶体中EL2缺陷的生成机理，低温光照下EL2缺陷出现亚稳态的机理以及“EL2族”现象的实质等，从而构成了一个较完整的EL2缺陷模型。邹元爔去世后，这一模型被国际学术界称为“邹氏模型”，认为它能详尽地解释EL2的几乎所有的电学和光学性质，并称赞邹元爔等所用的物理化学方法是鉴别半导体材料中深能级点缺陷本性的十分有用手段。邹元爔的上述半导体物理化学方面的成果获1987年国家自然科学三等奖和1991年中国科学院自然科学一等奖。