专题2－原理的预处理 预处理的目的是使原料中待提取元素的状态，由难浸出的化合物或单质转变成易浸出的化合物 一．对原料进行预处理时常用方法及其作用 1．研磨、粉碎、雾化：将块状或粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物间接触面积（作用），以加快后续操作反应速率（作用），进而增大原料的转化率或浸取率（目的）。 【习题】钴酸锂（LiCoO2）电池是一种应用广泛的新型电源，电池中含有少量的铝、铁、碳等单质。实验室尝试对废旧钴酸锂电池回收再利用。实验过程如下：废旧电池初步处理为粉末状的目的是_______________________________________。 【答案】增大接触面积，加快反应速率，提高浸出率 【解析】废旧电池初步处理为粉末状的目的是：增大接触面积，加快反应速率，提高浸出率。 【习题】连二亚硫酸钠(Na2S2O4)是印染工业的一种常用原料，连二亚硫酸钠又称保险粉，可溶于水，但不溶于甲醇，其固体受热、遇水都会发生反应放出大量的热，甚至引起燃烧，工业制备流程如下：向液锌中鼓入M气体，使液态锌雾化，目的是____________________________。 【答案】增大锌反应的表面积，加快化学反应速率 【解析】向液锌中鼓入M气体，使液态锌雾化，目的是减小锌的颗粒，使单质锌的表面积增大，以增大其与反应物的接触面积，加快反应速率。 【习题】粉煤灰是燃煤电厂的废渣，主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3和C等。实验室模拟工业从粉煤灰提取活性Al2O3，其流程如图：已知烧结过程的产物主要是：NaAlO2、Ca2SiO4、NaFeO2和Na2SiO3等。 操作a为冷却、研磨，其中研磨的目的是__________________________。 【答案】提高烧结产物浸出率 【解析】操作a为冷却、研磨，其中研磨的目的是增大反应物的接触面积，提高烧结产物浸出率。 2．焙烧：反应物与空气、氯气等氧化性气体或其他添加进去的物质（如硫酸）发生化学反应（所以焙烧分为氧化焙烧、硫酸化焙烧和氯化焙烧等）。以气固反应为主，为避免物质融化反应温度一般低于熔点，在500～1500℃之间。使用专门的化工装置如沸腾炉、焙烧炉等。 原料在空气中灼烧，焙烧的目的主要有两点: 一为非金属元素被氧化为高价气态氧化物逸出或氧化成高价态化合物; 二为金属元素被氧化为高价态氧化物或高价态化合物。高考题在预处理阶段的设问角度往往从粉碎与化学反应速率的关系、焙烧中的化学反应等入手。 工业上可以通过增加氧气的量、固体充分粉碎、逆流焙烧、适当升温等来提高焙烧效率。 【2021山东高考17】工业上以铬铁矿(FeCr2O4，含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O7•2H2O)的工艺流程如图。回答下列问题：焙烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2Cr2O4并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐，焙烧时气体与矿料逆流而行，目的是______________________________________________________。 【答案】增大反应物接触面积，提高化学反应速率，提高反应物转化率。 【习题】氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下： 已知：①菱锰矿石主要成分是回答下列问题： （1）“焙烧”时发生的主要化学反应方程式为_____________________。 （2）分析下列图1、图2、图3，氯化铵焙烧菱镁矿的最佳条件是： 焙烧温度_________，氯化铵与菱镁矿粉的质量之比为__________，焙烧时间为___________. 【答案】（1）MnCO3+2NH4Cl△(===)MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O （2）500℃ 1.10 60min 【解析】（1）“焙烧”时发生的主要化学反应方程式为：MnCO3+2NH4Cl△(===)MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O； （2）根据图示锰浸出率比较高，焙烧菱镁矿的最佳条件是：焙烧温度500℃；氯化铵与菱镁矿粉的质量比为1.10；焙烧时间为60min。 【习题】以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、少量FeS2和金属硫酸盐)为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如图所示。（1）焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为_____________________。 （2）添加1%已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于①不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于____________(填化学式)。 ②700℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是_________________________。 【答案】（1）【解析】（1）二氧化硫是酸性氧化物，少量二氧化硫与NaOH溶液反应可生成Na2SO3，过量二氧化硫与NaOH溶液反应可生成NaHSO3，离子方程式为（2）①高硫铝土矿的成分中含FeS2和金属硫酸盐，而已知多数金属硫酸盐的分解温度都高于②添加的CaO吸收 3．煅烧：反应物受热分解或发生晶形转变，为避免融化温度低于熔点，但大多高于1200℃。如煅烧石灰石、生产玻璃、打铁等，使用的化工设备如回转窑。 【习题】以白云石（主要成分为CaCO3和MgCO3）为原料制备氧化镁和轻质碳酸钙的一种工艺流程如下：（1）白云石高温煅烧所得固体产物的主要成分为_________________________（填化学式）。【答案】（1）CaO、MgO （2）煅烧温度较低，CaCO3未完全分解，CaO的含量偏低 温度 【解析】（1）高温煅烧白云石得到CaO和MgO； （2）煅烧温度较低，CaCO3未完全分解，CaO的含量偏低，所以活性降低；氧化钙和水反应放热，氧化钙含量越高与样品与水反应放出的热量越多，所以也可将不同温度下的煅烧所得固体样品加入水中，测量的相同时间后反应液的温度与样品煅烧温度之间的关系，来判断样品的活性。 4．灼烧：物质在高温条件下发生脱水、分解、挥发等化学变化的过程。反应温度在1000℃左右，使用的仪器比较多样如煤气灯、电炉等。灼烧海带、颜色反应、焰色试验、灼烧失重、灼烧残渣等。 【习题】碳、硫的含量影响钢铁性能。某兴趣小组用如下流程对钢样进行探究。（1）钢样中硫元素以FeS形式存在，FeS在足量氧气中灼烧，生成的固体产物中Fe、O两种元素的质量比为21：8，则该固体产物的化学式为_____________。 （2）检验钢样灼烧生成气体中的CO2，需要的试剂是____________ (填字母）。 a.酸性KMnO4溶液 b.澄清石灰水 c.饱和小苏打溶液 d.浓H2SO4 【答案】（1）Fe3O4 （2）ab 【解析】（1） 生成的固体产物中Fe、O两种元素的质量比为21：8，则Fe、O两种元素的物质的量之比为（2）钢样灼烧生成气体中含有CO2和SO2，二氧化硫也能够使澄清石灰水变浑浊，因此需要用酸性KMnO4溶液反应除去二氧化硫后再用澄清石灰水检验。 5．浸取及浸出率：浸取的目的是把固体转化为溶液，以便于后继的转化或分离。包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等。浸出率是指固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少。 提高浸取率的措施：①将矿石研成粉末，提高接触面积；②搅拌，使反应更加充分；③当增大酸的浓度；④加热；⑤延长浸出时间 【习题】氯氧化铋(BiOC1) 常用于电子设备等领域，BiOCl 难溶于水，它是BiCl3的水解产物。以铋的废料(主要含铋的化合物，含少量铜、铅、锌的硫酸盐及Cu2S和Fe2O3等)为原料生产高纯度BiOCl的工艺流程如图：（1）提高“酸浸”反应速率的措施有适当增加硫酸的浓度、_____________________(答出一点即可)。 （4）“浸铋”中，铋的浸出率与温度关系如图所示：在高于40℃左右时“铋浸出率”开始下降，其主要因素可能是_______________。 【答案】（1）适当升高温度 （4）HCl挥发加快，Bi3+水解程度增大 【解析】（1）提高“酸浸”反应速率的措施有适当增加硫酸的浓度、适当升高温度或进行搅拌等； （4）在“浸铋”中，铋的浸出率与温度，根据图示可知：在温度接近40℃时Bi的浸出率最高，此后温度升高，浸出率反而降低，主要是由于温度升高，HCl挥发加快，且温度升高使Bi3+水解程度也增大，最终导致铋的浸出率随温度的升高而降低。 6．酸浸：酸浸是指把预处理得到的物料与酸(盐酸或硫酸) 溶液进行反应，使物料中的碱性或两性氧化物转化为相应的盐、并用酸抑制该盐的水解同时除去不溶于该酸的杂质( 如 SiO2 或 CaSO4 等) 。 【2021湖南卷17】为提高“水浸”效率，可采取的措施有________________________________(至少写两条) 【答案】适当升高温度，将独居石粉碎等 【习题】聚硅酸铁是目前无机高分子絮凝剂研究的热点，一种用钢管厂的废铁渣(主要成分Fe3O4，含少量碳及二氧化硅)为原料制备的流程如下：（1）废铁渣进行“粉碎”的目的是______________________。 （2）“酸浸”需适宜的酸浓度、液固比、酸浸温度、氧流量等，其中酸浸温度对铁浸取率的影响如图所示。②酸浸时，通入O2的目的是______________________。 ③当酸浸温度超过100 ℃时，铁浸取率反而减小，其原因是________________________。 【答案】（1）增大接触面积，提高反应速率，提高铁元素浸取率 （2）Fe3O4+4H2SO4△(===)FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O 将FeSO4氧化为Fe2(SO4)3 温度超过100℃，加快Fe3+水解生成Fe(OH)3，导致Fe3+浓度降低 【解析】（1）对废铁渣进行粉碎的目的是：减小颗粒直径，增大浸取时的反应速率和提高铁浸取率； （2）①加热条件下酸浸时，Fe3O4与硫酸反应生成硫酸铁和硫酸亚铁，方程式为：Fe3O4+4H2SO4△(===)FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O； ②酸浸时有亚铁离子生成，通入氧气能将亚铁离子氧化为铁离子，发生反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O； ③铁离子在水溶液中存在水解，温度升高有利于水解反应的进行，温度超过100℃明显加快了Fe3+水解反应的速率，导致Fe3+浓度降低。 7．碱浸：洗去动植物油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅（加碱量不宜过多） 【习题】锡酸钠可用于制造陶瓷电容器的基体、颜料和催化剂。以锡锑渣(主要含Sn、Sb、As、Pb的氧化物)为原料，制备锡酸钠的工艺流程图如下图所示:（1）碱浸”时SnO2发生反应的化学方程式为___________________________。 （2）“碱浸”时，若Sn元素氧化物中SnO含量较高，工业上则加入NaNO3，其作用是_________________。 【答案】（1）SnO2+2NaOH= Na2SnO3+H2O （2）把SnO氧化为SnO32— 【解析】NaNO3具有氧化性，能将SnO氧化，“碱浸”时，若SnO含量较高，工业上则加入NaNO3，其作用是把SnO氧化成SnO32-，故答案为把SnO氧化为SnO32—。
截至2000年底。372.52亿元
1.矿产资源的社会经济价值
河南省载入矿产储量表的各种矿产保有资源储量的潜在价值为17033亿元（截止1999年底，不含石油、天然气），累计查明资源储量的潜在价值为18815亿元，若加上石油、天然气等矿产，则潜在价值总值达到2万亿元以上。保有资源储量和累计查明资源储量的潜在价值分别占全国矿产资源总值的1.85%和2.03%。矿产资源储量的潜在价值在全国居第12位，平均每平方千米保有矿产资源储量的潜在价值在全国居第1 1位，但按人均拥有矿产资源储量（潜在价值）计，则河南省在全国居第22位，河南省人均拥有矿产资源储量的潜在价值仅为全国平均值的1/4。
2.矿产资源现状
截至“九五”末，河南省共发现126种矿产（含亚种为154种，下同），占全国已发现矿种（171种）的75%，其中有71种（79种）矿产已探明有资源储量。发现各种矿产地3000余处。全省上储量表的矿产地939处，其中主要矿产地718处，伴、共生矿产地221处，其余为矿点、矿化点，工作程度较低，有待进一步勘查评价。探明资源储量的矿产地中大型矿床155处，中型矿床257处，小型矿床527处。已发现矿床中进行过勘探的有639处，详查203处，普查97处，可见河南省矿产勘查程度总体较高，但普查、详查、勘探比例严重失调，而且反映出开发利用强度过高。不同规模矿产地所占的比例为大型17%、中型27%、小型56%。
矿产保有资源储量居全国首位的有钼、蓝晶石、天然碱、珍珠岩等8种，居第二位的有镓、耐火粘土等5种，居第三位的有铝土矿、水泥用大理岩等6种，居四至十位的有晶质石墨、水泥用灰岩、金、石油、锑、煤、银、铁等28种（表6.1.1）。
3.主要矿产资源可供性及潜力分析
截至1999年底，河南省已探明资源储量的矿产地892处，其中能源矿产298处，金属矿产293处，非金属矿产301处。已经开采利用的533处（含闭坑矿山33处），基建矿山158处，还有54处在目前的技术经济条件下不宜开发利用；可以进行进一步工作的矿产地只有147处，占发现矿产地总数的16.5%。考虑到民采小矿的分割开采等因素，剩下的矿产地可以投入开采或通过进一步工作提供开采的比例还要更低，探明矿产资源对国民经济发展所需矿产资源的可供性进一步降低，中长期后备资源难以保障，有些矿种和矿山企业在近期就将面临严峻的资源形势。形成这一局面的原因有河南省强力开采、使矿产资源的耗竭性因素，另一个原因是在由计划经济向市场经济的转换过程中出现的地质矿产勘查投入断档造成的。
表6.1.1河南省矿产保有资源储量在全国的位次
通过近年来的矿产资源调查评价与勘查，以及在河南省的主要成矿区带内发现，重要支柱性矿产资源还有较大的找矿潜力。
（1）煤炭
截至2000年底，河南省已累计探明煤炭资源储量260.99亿t，历年开采损耗28.87亿t，保有资源储量232.12亿t，其中储量63.20亿t、基础储量119.19亿t、资源量112.93亿t，已开采利用矿区资源储量占河南省总资源储量的36.1%。
河南省具有较好的成煤地质条件，据第三次全国煤田预测，河南省2000m以浅煤炭资源量920亿t，其中可靠级561亿t，占61%；可能级221亿t，占24%；推断级138亿t，占15%。河南省地质科研所1989年的预测结果显示，1000m以浅129.7亿t,1500m以浅411.6亿t。
由于煤炭还有较大的资源潜力，通过外围找矿和深部探矿，可充分满足我省“十五”至2010年对煤炭的需求。
（2）黑色金属矿产
河南省黑色金属矿产中铁矿产地最多，占金属矿产总数35.5%。20世纪50～70年代，先后对1 6个矿产地进行过详细勘探，28个矿产地进行过初步勘探，33个矿产地进行过详细普查，63个矿产地（或区域）进行了初步普查，铁矿的工作程度是各矿种中最高的，找矿潜力较小。探明资源储量90%属于贫矿，资源利用较为困难，不能满足河南省钢铁企业对铁矿的需求。
（3）有色金属矿产
河南省有色金属矿产以钼、铝为主，为省优势矿产。钼探明资源储量居全国首位，与钼共生的（白）钨矿也是河南省优势矿种之一，其储量居全国第三位。钼矿共有27处产地，全省经过详细勘探的矿区为栾川南泥湖钼矿田。河南省的钼资源储量接近全国资源总量的三分之一，虽探明储量较大，还有极大的找矿潜力，保有资源储量能满足省内矿山生产需求。
铝土矿主要分布于新安、渑池、陕县、巩义、宝丰、登封、新密、禹州一带，详查以上的矿产地共39处，其中达大中型矿床规模的25个。累计探明资源储量4.15亿t，保有资源储量为3.8亿t，但很大一部分已被民采所破坏，实际保有资源储量可能较低。对采用拜耳法生产氧化铝的选厂的富矿供应能力较低。
20世纪80年代末，河南省地质专家所作的资源总量预测认为，全省尚有铝土矿远景资源量为9.60亿t，加现保有资源储量38 490.9万t，河南省铝土矿预测资源量为13.45亿t，可见找矿前景较好。河南省是我国重要的铝有色金属工业原料及加工基地，在河南省国民经济中占有重要的地位。通过加大找矿力度、增加总量和采用新的选矿方法，降低入选铝土矿的品位，解放大量中低品位铝土矿两种途径，可以保证在较长时期内的铝土矿供应。
铅锌矿产地较多，主要分布在豫西、豫西南等地，但是较为分散，没有形成资源优势。近年在豫西南地区铅锌银的找矿方面取得了突破性进展，有望形成两个规模巨大的铅锌银矿资源基地。
（4）贵金属矿产
金矿是河南省的支柱性优势矿产之一，河南是我国四大黄金产地之一。由于强力开采，大批黄金矿山已出现不同程度的资源危机。有关专家预测小秦岭金矿田金资源量为545.72～1 156 t，熊耳山－崤山地区金资源量为348.63 t。上述数字表明，河南省黄金资源尚有较大找矿潜力。由于勘查投入不足，后备资源缺乏保证的现象将逐步突显。
（5）非金属矿产
河南省非金属矿产资源十分丰富，高铝三石（蓝晶石、红柱石、矽线石）、天然碱、珍珠岩、各类粘土（伊利石粘土、耐火粘土、铁矾土、膨润土等）、冶金辅助用矿产、玻璃用矿产、水泥用矿产、石墨、玉石、含钾岩石、岩盐以及煤系高岭土、沸石、硅灰石、饰面用花岗石等在全国有重要地位，有7种非金属矿产资源储量居全国第一，22种矿产居全国前六位。除石墨、玉石、萤石、硫铁矿外，绝大多数非金属矿都能保证充分供应，非金属矿的主要问题是开发利用水平很低，非金属矿产资源优势未能充分变为经济优势。
一、国外矿山地质环境保护现状
矿山地质环境保护是生态环境保护的重要组成部分，国外发达国家在矿山地质环境研究与防治方面起步较早，20世纪70年代初已开展了矿山地质环境保护的系统研究，并提出了矿山环境保护及矿山复垦的方法；制定的环境保护法规也较为齐全、系统，对环境保护与防治的要求标准较高，如美、英、法、德及澳大利亚等国，他们在矿山开发设计中就有矿山环境保护的设计部分，在开采中的环境保护措施较为系统，执行也比较严格，对矿山生态环境恢复、土地复垦都有时空约定。它们将矿山环境影响评价制度付诸法的地位，制定法规，强化矿业开发与生态环境一体化进程。在矿业地质环境影响评价中，不仅在勘查阶段和采矿期间，而且在闭矿阶段及以后一定时期内都要预测生态环境影响。在整个矿山环境管理过程中把直接管制和经济手段有机结合，这也是目前国际矿山环境管理的发展趋势。
所谓直接管制，就是通过对采矿过程的管理，制定限制特定污染物的排放，或者在特定的时间和区域内采取限制某些活动的制度措施。其特征是：对污染排放或削减进行规定，采矿公司只能按规定行事。如果违章违规，采矿公司只能接受处罚以及法律诉讼。
所谓经济手段，就是确保经济政策和环境政策结合并且产生经济效益，具体包括收费、税收、可交易许可证等形式，保证更广泛、更有效地利用市场的力量。
如美国《露天采矿控制和复垦法》规定，要求矿山生产者在采矿许可证颁发之前，应支付履约保证金。保证金标准大致是每公顷土地为1500～4000美元。保证金种类包括现金、保证金债券、联合储备债券、联邦（或州）债券、商业信用证、不动产信托证书，或由银行、保险公司担保，承担责任。
加拿大在矿山环境治理和管理、整顿等方面在全球范围内树立了一个典范。早在20世纪，加拿大分别通过了《加拿大环境保护法案》（《the Canadian Environmental Protection Act，1999》）（简称CEPA，1999）和《加拿大环境评估法案》（《Canadian Environmental Assessment Act》）（简称CEAA），这两个法案以系统的、全面的、法律的形式对加拿大的矿山环境评估和环境保护进行了约束。
澳大利亚政府对采矿业也制定出了一系列完善的法规体系，他们首先将矿区复垦作为获得开采的先决条件，并根据政府颁发的《国家生态可持续发展战略》，确立预防为主的原则。如WesterMstralia州的矿业项目环境评价程序中明确规定：在采矿或矿山建设前，矿业主都必须提交矿山环境影响评价报告。
国外矿山环境管理体系的基本制度构成如图6-1。
其中，有以下几点经验值得我们借鉴。
图6-1 国外矿山环境管理体系框架图
（一）矿山环境影响评价制度方面
矿业项目的环境影响评价制度，就是在矿业项目规划阶段查明项目可能对所在地及邻近地区的环境带来的影响，据此提出或最大限度减轻其不利影响的措施。作为负责对矿业项目进行环境影响评价的主管部门对提交报告书进行审查，发表评审意见，并以此作为矿山管理部门审批矿山申请的基本依据，从而达到预防或减轻环境影响的目的。矿山环境评价，是政府管理部门审批矿山申请的基本依据。
（二）矿山闭坑计划方面
矿山闭坑计划是矿山环境管理中的重要部分，许多国家都要求矿业项目申请者提交矿地恢复计划，如美国煤矿开采恢复计划、南非的环境管理计划和加拿大安大略省“闭坑计划”等，都将矿地恢复纳入有关法规或计划中，成为矿山环境管理中的重要组成部分和实施政府管理的基础。因此，矿山在提交的“闭坑计划”报告书中，规定必须包括复垦的目标，可选择的复垦工程和技术，闭坑后所期待的矿山状态和影响评价，复垦的时间进度表，每一阶段的耗费资金进度，以及保证金附件等。
（三）环境许可证制度方面
环境许可证制度是政府以非市场途径对环境资源利用的直接干预的一种手段。在美国，环境许可证制度作为矿山环境保护管理体系中的一项重要内容，被作为矿山开发前必经的法律程序，对于末获许可证的矿山，不得进行开发活动。环境许可证附有相应的文件及附图，明确了矿业主在矿山环境保护和土地复垦方面的主要责任，如对建筑物的布局、废物排放、堆放地、矿山环境整治、土地复垦都有明确的要求和规定。
（四）矿山环境监督检查制度方面
矿山环境监督检查制度明确了矿山环境监督检查的具体执行者，省级监督检查员要不定期地抽查各市（州）矿产开采计划、环保计划和复垦计划的执行情况；市（州）政府的矿山环境监督检查员，要按照各自的分工，直接对管辖的煤矿和其他矿山进行监督检查。矿山企业设有专职的环保工程师，负责矿山的环境保护工作。
（五）环境恢复保证金制度方面
环境恢复保证金制度是要合理要求矿业公司提交保证金，增加矿业公司主动恢复由于开采行为所带来的环境损害，并通过保证金制度的实施，刺激矿业公司主动实现环境保护义务。每完成一个阶段的任务就退还部分履约保证金，不达到法规要求，就由主管部门对许可证实行冻结，并在法律法规允许的尺度内，给予一定的时间采取补救措施，进行改正。
（六）排污许可证制度方面
排污许可证制度被称为污染控制法的支柱，在各国环境法中被广泛采用，在国外是一种切实减少污染物排放的控制措施。在美国固定源污染排放管理政策体系中，许可证制度是核心政策手段。
（七）监督管理和执法制度方面
矿山环境保护的监督管理工作涉及面广，明确监督管理部门并严格执法，是搞好矿山环境的根本保障，国外发达国家经过几十年的摸索，已取得了较为成功的经验。
二、国内矿山地质环境保护现状
我国采矿历史悠久，目前已成为世界第三矿业大国。由于观念、法制、体制、管理等多方面的原因，历史矿山开采导致的矿山环境问题非常严重。改革开放以来，特别是近10年来，我国政府和人民在保护环境与发展方面做出了不懈的努力，矿山地质环境保护工作得到了高度重视。但总体来说，我国的环境保护管理起步比较晚。
1973年8月召开了《全国第一次环境保护会议》，使我国的环境保护事业进入一个新的发展时期。
1986年《中华人民共和国矿产资源法》颁布，确立了矿产资源开发必须贯彻“开发利用与环境保护并重，预防为主、防治结合”的方针。
1994年政府通过了《中国21世纪议程》，将持续发展列为我国经济与社会发展的战略方针和基本国策。
1996年，我国正式提出将科教兴国和可持续发展作为国家发展的基本战略，开始走入经济与环境发展的新征程。
自2000年开始，中国地质调查局组织并相继开展了一系列矿山地质环境调查与评估工作，如“全国矿山地质环境调查与评估”、“重点矿区环境地质问题专题调查”、“全国不同类型矿产开发环境地质研究”等，以及31个省市开展的矿山地质环境调查与评估工作。与此同时，国土资源部地质环境司2002年编写了《矿山地质环境调查技术要求》（讨论稿）、《矿山地质环境影响评价技术要求》（讨论稿），中国地质环境监测院2002年编写了《全国矿山地质环境调查技术要求实施细则》、《全国矿山地质环境数据库建设》，以及由西安地质矿产研究所2003年完成的《典型矿山地质环境调查方法研究》和《大型矿山地质环境调查与监测技术要求》。
2002年，在《国民经济和社会发展第十个五年计划纲要》中，明确要求加强矿山生态环境恢复治理工作。在《“十五”生态建设和环境保护重点专项规划》中，将矿山生态环境恢复治理列为重点工程内容。国土资源部已经开始利用“两权流转资金”安排一些矿山地质环境恢复治理项目。
到2003年11月，由国土资源部地质环境司、中国地质调查局、西安地质矿产研究所等单位发起并举办了“首届全国矿山环境保护研讨会”，出版了我国首部以矿山环境地质为主题的论文专辑《西北地质（2003年增刊）》。随着新建、扩建矿山项目对矿山地质环境影响评价制度的实施，以及矿山地质环境调查研究成果的不断积累，矿山环境地质学的理论建设正在逐步丰富和不断发展。
2007年召开了党的十七大，大会强调了“绿色发展”的重要性，并首次在党代会的政治报告中提出了“生态文明”的新理念。
2008年3月的“两会”上，把环境问题纳入国务院的重大决策中。2008年7月国土资源部、发展和改革委员会、环境保护部、国家安全生产监督管理总局共同下发了《关于加强废弃矿井治理工作的通知》。2008年8月《矿产资源法》修订第六稿，拟专章增加“矿山地质环境”一章，将矿山环境保护提到战略高度。
2009年3月5日，《矿山地质环境保护规定》出台，弥补了《矿产资源法》的立法不足，同年4月，发布实施了《全国矿山地质环境保护与治理规划》。
2010年，我国开始组织、创建“国家级绿色矿山”，推动矿山生态环境建设。
2013年12月，十三届三中全会召开，会上提出要紧紧围绕建设美丽中国，深化生态文明体制改革，加快建立生态文明制度，健全生态环境保护的体制机制，推动形成人与自然和谐发展现代化建设新格局。说明国家将生态文明建设提高到了一个新高度。
自2001年开始，财政部、国土资源部就安排资金用于矿山地质环境治理，主要解决历史遗留的矿山地质环境问题。2010年起三年内重点开展国务院确定的38个资源枯竭型城市的矿山地质环境治理工程。
经过几十年的努力，虽然取得了以上成绩，但也要清醒地认识到还有不少问题亟待解决。具体地说存在以下几方面的突出问题：
1）政府和社会对于矿山地质环境治理工作的认识尚未到位。很长一段时间以来，各级政府、各企业将GDP的增长率看作衡量自己工作成绩的主要指标，甚至是唯一指标。将发展经济与保护资源、保护环境绝对化、对立化，忽视、漠视对资源和环境的保护，结果造成巨大损失和严重后果。由于地方政府过分强调经济效益，忽视了土地的保护和资源的合理开发，结果造成了非常严峻和突出的矿山地质环境问题：土地破坏、水土流失、土壤退化、植被破坏、地质灾害频发、“三废”污染加剧等。
2）矿山地质环境治理的法制体系建设仍需加强。国外一些发达国家都有专门的法律或法律体系来确保矿山地质环境治理工作的顺利开展，但我国目前还没有一部专门的法律，这与我国的资源环境战略以及土地复垦的形势和任务不相适应。新修订的《土地管理法》、《矿产资源法》、《环境保护法》和制定的《煤炭法》、《铁路法》等法律中虽然都有矿山地质环境治理方面的相关规定，但仍有很多原则性问题无法得到解决。而且现有制度大多局限于矿山地质环境治理，即单一的事后控制措施，在矿产资源开发前的规划和采矿、冶炼中的环境保护则很少涉及。未在制度设计上走“事前预防、事中控制”的途径，单纯依靠事后的治理和问责，制度完善还需在理念上重新定位。
3）需要切实可行的措施保障矿山开采备用金的投入。在我国，由于缺乏矿山复垦保证金及废弃矿山复垦基金，使得矿山地质环境治理的资金渠道无法保持通畅。而且，对于计划经济时期遗留下来的矿山地质环境问题，有关各方也没有提出切实可行的解决方案。所以如何确保充足的资金来源是我们当前亟待解决的难题。
4）矿山地质环境治理工作需要在制度、机制等方面进一步创新。由计划经济转变为目前的社会主义市场经济，要做好矿山地质环境治理工作。首先要在理论上进行研究，结合国外发达国家的经验和我国国情，探索出切实可行的道路。其次要在协调机制、约束机制、监督机制等方面制定相应的配套政策，为矿山地质环境治理工作创造良好的制度环境。
金属矿地下连续开采技术研究摘 要：改革以来我国的金属矿开采技术得到了很大的发展，尤其在金属矿地下开采方面生产工艺已经接近世界先进水平。本文系统介绍了金属矿地下连续开采的基本知识及开采工艺。并且例举了新疆金属矿地下连续开采的工程实例，对地下金属矿连续开采的目前状况进行了分析，以供广大矿业工作人员参考。 关键词：地下金属矿；连续开采；技术 一、金属矿地下连续开采的基本情况 采矿是通过矿堆的采准、切割和回采三个工艺流程将矿石从地下矿床开采出的过程。采矿方式分地上开采和地下开采两种。近年来，我国地下开采的金属矿山逐渐增多，地下开采的各个工序基本实现了由机械化操作取代手工作业，开采自动化程度明显提高。地下连续开采技术是我国目前地下采矿的先进技术。地下连续开采有两种主要方式，一是当矿体硬度较小时，开采时各个工序连续平行进行施工。二是当矿体硬度大时，开采时分成若干个施工段，不同施工段的各个工序连续平行进行施工，这需要在开采时做好各个工序间的协调工作。 国外地下采矿装备系列齐全，配套完整，机械化程度也高，从凿岩、装药到转运，全部实现了机械化配套作业，各道工序无需手工体力操作，无繁重体力劳动，装备无轨化、液压化、自动化程度较高。地下无轨采矿工艺是目前国际先进采矿工艺技术的标志。国外目前先进的采矿装备已完全实现了无轨化、液压化。在自动化方面，已成功地应用了无人驾驶、机器人作业等新技术。 二、金属矿地下连续开采工艺 1.在对大块矿岩开采时，为提高开采的效率，连续进行落矿、出矿、运输等工艺的回采施工。回采时采用前进式推进顺序，施工过程中不留矿柱。采用这种连续开采的工艺可提高开采效率，经济适用，方便矿块的控制管理和采矿设备调配，将来发展潜力很大。 2.在对地下矿石进行后处理时，采用专门的运输机连续进行矿石的出矿、转运、提升等工艺的施工。使地下矿石开采、运送达到一体化。采用这种工艺可以加快开采速度，近几年来，该工艺应用较广。 3.如果开采的矿岩硬度较大，开采具有一定的难度，可采用连续采矿机实现掘进、挖掘、落矿、出矿、转运等工艺过程的连续化施工。目前，有关专家对这种采矿工艺的研究取得了很大的进展，使其应用前景更加广阔。 三、金属矿山地下连续开采的问题及处理措施 我国自90年代以后，随着科学技术的不断发展，在地下连续开采技术研究方面取得了重大的突破，多项地下连续开采技术已经应用在矿山中。同世界先进国家相比，仍有一定的差距。目前矿山开采中还存在某些问题急需解决。有的矿山在采矿时，将采矿分为矿石和矿柱两个步骤，将收矿柱放在开采矿石后面。这种采矿方法存在如下不足之处：矿柱质量难以保证，所留矿柱截面形态各异，抗压强度低，易产生破坏。矿柱回收结果不理想，能正常回收的矿柱较少，不但浪费了资源，而且降低了采矿效率，延长了采矿作业时间，对地下采矿的经济效益产生很大影响。并且由于采矿步骤多，在管理上也产生许多困难。为了解决上述问题，有关专家不懈的努力，研究出地下连续开采无矿柱法。这种地下连续采矿施工方法如下：将步骤划分成矿段，不留矿柱，回采单元用矿段表示，采用将切割槽割在矿段中部，并把振动机布置在结构底部出矿的方法。矿石由振动车搬运，连续进行出矿、运矿的作业。崩矿过程中及时进行回填，平行进行采切、回采、充填的作业，使采矿工作连续不间断的施工。地下连续无矿柱采矿的实施，表明我国地下金属矿开采技术进入一个新的层次。使矿柱回收困难的问题得到很好的解决，加快了采矿的时间，避免了国家资源的浪费，提高了地下采矿的经济效益。由于减少了采矿步骤且使采矿各工序衔接紧密，连续不间断的开采，为采矿集中管理带来便利，使劳动效率大幅增长。回采时工序安排合理，连续开采，还解决了深部矿体开采时因为地压较大引起的围岩失稳问题。极大的促进了我国矿山开采的现代化进程。另外，地下连续开采的规范还不够完善，各地区对采矿的标准和要求还不统一，虽然重视开采新技术的研究，但对设备的配套及工艺的优化重视程度还不够，对新型设备的推广还不够完善。必须在有关部门的领导下，完善采矿规范标准，加强连续工艺的优化与设备的合理配套。建立与连续开采相适应的理论体系。在不断开发研制新型设备的同时，注重对新型设备的推广应用。使我国的金属矿地下连续开采进一步向现代化迈进。 四、地下连续采矿技术的应用 新疆某铁矿年产矿石能力20万吨。矿区属丘陵地带，气候干燥，夏季雨水较多，年平均降雨量1732.6毫米，冬季气温较低区域内未有大的河流，矿区地震烈度为6度。经勘察矿区深层土质为岩石，浅层为砂砾层。矿床为缓倾斜矿床，矿体为脉状矿体。地下开采的日产量为3000吨。采用地下连续开采方案，用胶带运输机连续运输，地下开采按由上往下的顺序开采。 将整个矿块划分为一个回采单元，矿块厚度即采场宽，相互采场之间不留矿柱，依次连续的进行采切、回采、充填三大工序，回采不允许在同一分层上进行，要分层进行，不同时进行相邻采场的采切。为避免开采时破坏四周土的应力，出现应力集中现象，影响围岩稳定，产生地面塌陷，设计对采空区采用非胶结充填方式处理，可以消除塌陷的危险。这种充填方式工程量较大，生产效率低，回采操作不便。后经专家研究决定，采用连续帷幕随时充填技术。该充填工艺施工时不留矿柱，开采各工序连接紧密，连续性好，而且作为支护的可压缩金属支座支护能力好。确保了采矿的安全，为出矿、转运和充填提供了方便。能对采空区进行及时迅速的回填。此采矿技术开采时采用将整体矿脉一体推进方式。主要的采切工程有：底盘转运巷道、切割巷、出矿漏斗及切割天井。地下连续采矿技术将回填空区用矿岩分离出的废石回填，采用了先进的矿浆输送方式。将深孔连续采矿技术、矿岩分离技术、矿浆输送技术等工艺与技术综合起来应用，实现了回采的高效率，经验证经济效益和社会效益良好。 五、金属矿地下连续开采未来的发展 我国的金属矿地下开采技术和过去相比虽然有了很大的进步，但要赶上并超过世界先进水平尚需不断发展，地下金属矿开采的大型化、数字化、连续化将是未来发展的主要方向。在采矿技术发展的同时需考虑社会效益和经济效益，研制并应用适合地下金属矿连续开采的技术，使矿山的开采与四周生态环境相谐调。有关部门还需组织专家加大对矿岩应力的研究，增加围岩的稳定性，以提高地下开采的安全性。还要加大对充填采矿法的推广力度，并且坚持朝快速化、环保化的方向发展。 六、结语 随着社会的发展，我国的采矿技术也不断进步。其中金属矿地下连续开采的技术已经接近世界先进水平，基本实现了金属矿地下连续开采的连续化和机械化。如何使我国的金属矿地下连续开采技术取得更大的进步，研究出更先进的金属矿地下连续开采技术，仍是广大矿业技术人员今后的努力目标。
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论文国内外研究现状写法如下：
首先，我们要知道国内外研究现状是什么，其实通俗来说，就是国内和国外对于一个研究对象目前的研究现状，可以是国家层面上相关部门对于研究对象的研究，也可以是权威学者，对于研究对象的研究。
所以很明确，国内外研究现状有两种写法，要不就是从相关部门对于研究对象的研究，或者就是从学者对于相关研究现状的研究来写。
正常来说，国内外研究现状都需要大家去阅读大量的文献，然后总结学者的主要观点，这里给大家一个小技巧，可以直接从一篇文章的摘要看出来，一个学者的研究观点主要集中在哪些，这样的话，即便你不完整的阅读文章，也能知道文章的主要观点。
还有一种方法，可以直接从硕士论文里面去摘抄，大家可以找一些和自己题目一样，或者是关键词一样的硕士论文，我们在里面摘抄国内外研究现状，并且将这个话改成自己的意思，这也是一种写作方法。
但是注意标注引用的时候，一定要找到最根本的文章，而不是你参考的这篇硕士论文。找文献去哪里，中文的话我们可以从百度学术或者是知网里面直接观看，主要就是看一篇文章的摘要，因为主要观点都在摘要里。
英文的话，之前有提过从谷歌学术去搜索关键词，就能找到很多的国外文献，这里要注意，查找国外文献的关键词，一定要翻译成英文，如果是中文的话，是没办法识别的，然后只需要把相关的英文文献翻译成中文，再去进行总结就可以了。
采矿工程主要研究学习矿床开采的理论和方法，发展矿业新技术。下面是我带来的关于采矿工程论文题目参考的内容，欢迎阅读参考! 采矿工程论文题目参考(一) 1. 深海采矿装置升沉补偿系统模糊自整定PID控制研究 2. 阿勒泰某金矿采空区稳定性评价与采矿方法优化研究 3. 新型尾砂胶结剂在某铜矿下向分层胶结充填采矿中的应用研究 4. 深井开采矿压特征及围岩控制技术研究 5. 康家湾矿深部难采矿体采场稳定性及安全开采技术研究 6. 缓倾斜薄至中厚磷矿体地下开采矿压显现及覆岩活动规律研究 7. 缓倾斜中厚矿体机械化上向水平分层充填采矿法关键技术研究 8. 动力吸振式深海采矿主动升沉补偿系统设计及控制研究 9. 采矿权性质及制度完善研究 10. 深海采矿作业过程扬矿管线系统空间构形与动态特性研究 11. 基于我国采矿及安全防护技术变革的安全观的形成与发展研究 12. 喀斯特石漠化地区采矿环境影响及综合治理研究 13. 深海采矿扬矿管道工作特性的流固耦合分析与综合评价研究 14. 深海采矿扬矿管道系统力学行为模拟试验系统研究 15. 缓倾斜薄矿脉铝土矿采矿方法优选及采场结构参数优化研究 16. 露天转地下开采境界顶柱稳定性分析及采矿技术研究 17. 采矿巷道围岩变形机理与支护效果数值模拟研究 18. 复杂多金属矿床可视化模拟及其三维采矿设计技术研究 19. 1000米采矿船动力定位的推力系统研究 20. 上向进路式尾砂胶结充填采矿法采场结构参数优化研究 21. 空场嗣后充填采矿法充填体合理强度分布规律研究 采矿工程论文题目参考(二) 1. 复杂条件下地下采矿稳定性研究 2. 地下采矿与地质环境互馈机理及矿山地质环境治理研究 3. 深井开采矿柱稳定性分析与可视化验证 4. 深海采矿被动升沉补偿系统参数设计与仿真研究 5. 大倾角煤层开采矿压特征及围岩控制技术研究 6. 露天采矿的生态影响综合评价与生态环境保护及修复对策研究 7. 基于三维离散元管线模型的深海采矿1000m海试系统整体联动动力学研究 8. 高分段大间距无底柱分段崩落采矿贫化损失预测与结构参数优化研究 9. 基于GIS的吉林市采矿用地复垦适宜性评价 10. 采矿权抵押法律制度研究 11. 矿产资源价值观及采矿权评估方法研究 12. 基于PLC采矿厂生产设备监控管理系统的研究与开发 13. 江苏省露采矿山岩质边坡生态恢复技术研究 14. 采矿权研究 15. 矿井深部开采矿压与支护技术研究 16. 基于复杂系统模型的地下采矿无线传感器网络中的优化混合神经网络 17. 膏体充填采矿关键安全问题研究 18. 石屑混凝土的性能及环境效益 19. 基于GIS的煤矿采掘生产状态可视化管理系统研究 采矿工程论文题目参考(三) 1. 露天采矿的生态影响综合评价与生态环境保护及修复对策研究 2. 复杂多金属矿床可视化模拟及其三维采矿设计技术研究 3. 川口钨矿半风化矿脉群难采矿体采矿方法研究 4. 房柱式采矿地压动态控制及人工智能应用研究 5. 单泵与储料罐组合的深海采矿软管输送系统研究 6. 山寨煤矿开采地质环境评价 7. 白登磷矿台阶爆破参数的合理选择及爆破块度分布规律研究 8. 井筒受采空区塌落影响的破坏机理及治理研究 9. 金川二矿区废石全尾砂高浓度料浆泵压管输充填系统研究 10. 大红山铁矿上部露天开采与下部地下开采的安全影响研究 11. 云南某铁矿采场结构参数优化研究 12. 金川矿山废石全尾砂高浓度充填料浆管输阻力模型研究 13. 黄金行业分析报告 14. 铰接式自卸汽车悬架纵向传力机构的有限元分析 15. 3DGIS构模与FLAC-3D建模网格数据融合技术研究 16. 井筒保护煤柱开采设计与变形监测及数据处理 17. 深井巷道失稳分析及锚杆支护参数优化 18. 基于Surpac的钨矿床三维建模及储量可视化计算 19. 深部矿岩工程条件与开挖稳定性分析 20. 全尾砂胶结充填自流输送管路改造及优化 21. 深部矿柱失稳三维探查及数值分析 猜你喜欢： 1. 采矿工程毕业论文范文 2. 采矿工程论文范文 3. 采矿论文范文 4. 采矿工程本科毕业论文 5. 采矿工程毕业论文范文2017年
这是一个很大的题目。简化来说，酸碱度影响矿物质的形态及植物对矿物质的吸收。pH不同也会影响土壤团粒结构，进而影响毛细结构...等等有很多方面的。可以具体一些。
meiyou
你的把信箱给我，我给你发几个文献吧.用Adobe reader看你的课题是什么呀？
碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究现状及发展趋势摘要：综述了铝基复合材料的发展历史及国内外研究现状，重点阐述了碳化硅颗粒增强铝基复合材料制备工艺的发展现状。同时说明了碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究中仍存在的问题，在此基础上展望了该复合材料的发展前景。关键词：SiCp /Al 复合材料； 制备方法中图分类号：TB333 文献标识码：A 文章编号：1001-3814(2011)12-0092-05Research Status and Development Trend of SiCP/Al CompositeZHENG Xijun, MI Guofa(College of Material Science and Engineer, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China)Abstract：The development history, domestic and foreign research present situation of SiCP /Al composite wasintroduced, the research progress of preparation process for SiCP /Al composite were elaborated, the research on SiCP /Alcomposite was analyzed and the development prospect of the composite was put forward.Key words：SiCp /Al composite; preparation methods收稿日期:2010-11-20作者简介:郑喜军(1982- ),男,河南西平人,硕士研究生,研究方向为材料加工工程;电话:;E-mail:《热加工工艺》2011 年第40 卷第12 期下半月出版Material & Heat Treatment 材料热处理技术应用进行了广泛的关注和研究，从材料的制备工艺、组织结构、力学行为及断裂韧性等方面做了许多基础性的工作， 取得了显著的成绩。在美国和日本等国，该类材料的制备工艺和性能研究已日趋成熟，在电子、军事领域开始得到实际应用。SiC 来源于工业磨料，可成百吨的生产，价格便宜，SiC 颗粒强化铝基复合材料被美国视为有突破性进展的材料， 其性能可与钛合金媲美，而价格还不到钛合金的1/10。碳化硅颗粒增强铝基复合材料是最近20 年来在世界范围内发展最快、应用前景最广的一类不连续增强金属基复合材料，被认为是一种理想的轻质结构材料，尤其在机动车辆发动机活塞、缸头(缸盖)、缸体等关键产品和航空工业中具有广阔的应用前景[5-7]。在1986 年，美国DuralAluminumComposites 公司发明了碳化硅颗粒增强铝硅合金的新技术， 实现了铸造铝基复合材料的大规模生产， 以铸锭的形式供给多家铸造厂制造各种零件[8-9]。美国Duralcan 公司在加拿大己建成年产11340 t 的SiC/Al 复合材料型材、棒材、铸锭以及复合材料零件的专业工厂。目前，Duralcan 公司生产的20%SiCp /A356Al 复合材料的屈服强度比基体铝合金提高75%、弹性模量提高30%、热膨胀系数减小29%、耐磨性提高3～4倍。美国DWA 公司生产的碳化硅增强复合材料随碳化硅含量的增加，只有伸长率下降的，其他性能都得到了很大提高。到目前为止，SiCp/Al 复合材料被成功用于航空航天、电子工业、先进武器系统、光学精密仪器、汽车工业和体育用品等领域，并取得巨大经济效益。表1 列举了一些SiCp/Al 复合材料的力学性能。目前国内从事研制与开发碳化硅颗粒增强铝复合材料工作的科研院所与高校主要有北京航空材料研究院、上海交通大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学、国防科技大学等。哈尔滨工业大学研制的SiCw/Al 用于某卫星天线丝杆，北京航空材料研究院研制的SiCp/Al 用于某卫星遥感器定标装置[10-11]。国内到目前为止还没有出现高质量高性能的碳化硅颗粒增强铝基复合材料， 虽然部分性能已达到国外产品的指标， 但在产品的尺寸精度上还存在不小的差距，另外制造成本太高，离工业化生产还有一段距离要走。2 铝基复合材料的性能特征(1)高比强度、比模量由于在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的增强物，明显提高了复合材料的比强度和比模量， 特别是高性能连续纤维，如硼纤维、碳(石墨)纤维、碳化硅纤维等增强物，他们具有很高的强度和模量[1]。(2)良好的高温性能，使用温度范围大增强纤维、晶须、颗粒主要是无机物，在高温下具有很好的高温强度和模量， 因此金属基复合材料比基体金属有更高的高温性能。特别是连续纤维增强金属基基复合材料，其高温性能可保持到接近金属熔点，并比金属基体的高温性能高许多。(3)良好的导热、导电性能金属基复合材料中金属基体占有很高的体积百分数， 一般在60%以上，因此仍保持金属的良好的导热、导电性能。(4)良好的耐磨性金属基复合材料，特别是陶瓷纤维、晶须、颗粒增强金属基复合材料具有很好的耐磨性。这是由于在基体中加入了大量细小的陶瓷颗粒增强物，陶瓷颗粒硬度高、耐磨、化学性能稳定，用它们来增强金属不仅提高了材料的强度和刚度，也提高了复合材料的硬度和耐磨性。(5)热膨胀系数小，尺寸稳定性好金属基复合材料中所用的增强相碳纤维、碳化硅纤维、晶须、颗粒、硼纤维等均具有很小的热膨胀系数，特别是超高模量的石墨纤维具有负热膨胀系数， 加入相当含量的此类增强物可降低材料膨胀系数， 从而得到热膨胀系数小于基体金属、尺寸稳定性好的金属基复合材料。(6)良好的抗疲劳性和断裂韧性影响金属基复合材料抗疲劳性和断裂韧性的因素主要有增强物与复合体系制备工艺增强体含量(vol,%)拉伸强度/MPa弹性模量/GPa伸长率(%)SiCP /2009Al 粉末冶金20 572 109 5.3SiCP/2124Al 粉末冶金20 552 103 7.0SiCP/6061Al 粉末冶金20 496 103 5.5SiCP/7090Al 粉末冶金20 724 103 2.5SiCP/6061Al 粉末冶金40 441 125 0.7SiCP/7091Al 粉末冶金15 689 97 5.0SiCP/A356Al 搅拌铸造20 350 98 0.5SiCP/A359Al 无压浸渗30 382 125 0.4表1 碳化硅颗粒增强铝基复合材料的力学性能[1]Tab.1 Mechanical properties of aluminum matrixcomposite reinforced by SiC particle93Hot Working Technology 2011, Vol.40, No.12材料热处理技术Material & Heat Treatment 2011 年6 月金属基体的界面结合状态、金属基体与增强物本身的特性以及增强物在基体中的分布等。特别是界面结合强度适中，可以有效传递载荷，又能阻止裂纹扩展，从而提高材料的断裂韧性。(7)不吸潮、不老化、气密性好与聚合物相比，金属性质稳定、组织致密，不存在老化、分解、吸潮等问题，也不会发生性能的自然退化，在空间使用不会分解出低分子物质而污染仪器和环境，有明显的优势。(8)较好的二次加工性能可利用传统的热挤压、锻压等加工工艺及设备实现金属基复合材料的二次加工。由于铝基复合材料不但具有金属的塑性和韧性，而且还具有高比强度、比模量、对疲劳和蠕变的抗力大、耐热性好等优异的综合性能。尤其在最近20 年以来， 铝基复合材料获得了惊人的发展速度，表2 列举了一些铝基复合材料的力学性能。3 主要应用领域3.1 在航空航天及军事领域的应用美国ACMC 公司和亚利桑那大学光学研究中心合作，研制成超轻量化空间望远镜和反射镜，该望远镜的主镜直径为0.3m，仅重4.54kg。ACMC 公司用粉末冶金法制造的碳化硅颗粒增强铝基复合材料还用于激光反射镜、卫星太阳反射镜、空间遥感器中扫描用高速摆镜等；美国用高体积分数的SiCp/Al代替铍材，用于惯性环形激光陀螺仪制导系统、三叉戟导弹的惯性导向球及管型测量单元的检查口盖，成本比铍材降低2/3；20 世纪80 年代美国洛克希德.马丁公司将DWA 公司生产的25%SiCp /6061Al 用作飞机上承载电子设备的支架，其比刚度比7075 铝合金约高65%；美国将SiCp/6092Al 用于F-16 战斗机的腹鳍， 代替原有的2214 铝合金蒙皮， 刚度提高50%，寿命从几百小时提高到8000 小时左右，寿命提高17 倍，可大幅度降低检修次数，提高飞机的机动性，还可用于F-16 的导弹发射轨道；英国航天金属及复合材料公司(AMC)采用高能球磨粉末冶金法研制出高刚度﹑ 耐疲劳的SiCp/2009Al， 成功用于Eurocopter 公司生产的N4 及EC-120 新型直升机[12]；采用无压浸渗法制备的高体积分数SiCp/Al 作为印刷电路板芯板用于F-22“猛禽”战斗机的遥控自动驾驶仪、发电元件、飞行员头部上方显示器、电子计数测量阵列等关键电子系统上， 以代替包铜的钼及包铜的锻钢，可使质量减轻70%，同时降低了电子模板的工作温度；SiCp/Al 印刷电路板芯板已用于地轨道全球移动卫星通信系统； 作为电子封装材料，还可用于火星“探路者”和“卡西尼”土星探测器等航天器上。美国采用高体积分数SiCp /Al 代替Cu-W 封装合金作为电源模块散热器，已用于EV1 型电动轿车和S10 轻型卡车上；美国将氧化反应浸渗法制备的SiC-Al2O3/Al 作为附加装甲，用于“沙漠风暴”地面进攻的装甲车；美国GardenGrove 光学器材公司用SiCp/Al 制备Leopardl 坦克火控系统瞄准镜。3.2 在汽车工业中的应用由山东大学与曲阜金皇活塞有限公司联合研制的SiCp /Al 活塞已用于摩托车及小型汽车发动机；自20 世纪90 年代以来， 福特和丰田汽车公司开始采用Alcan 公司的20%SiC/Al-Si 来制作刹车盘；美国Lanxide 公司生产的SiCp/Al 汽车刹车片于1996年投入批量生产[13]；德国已将该材料制作的刹车盘成功应用于时速为160km/h 的高速列车上。整体采用锻造的SiCp/Al 活塞已成功用于法拉利生产的一级方程式赛车。3.3 在运动器械上的应用BP 公司研制的20%SiCp/2124Al 自行车框架已在Raleigh 赛车上使用；SiCp /Al 复合材料可应用于自行车链轮、高尔夫球头和网球拍等高级体育用品；在医疗上用于假体的制造。4 制备及成型方法一般来说， 根据铝基体状态的不同，SiCp/Al 的制备方法大致可分为固态法和液态法两类。目前主要有粉末冶金法、喷射沉积法、搅拌铸造法和挤压铸造法。4.1 粉末冶金法粉末冶金法又称固态金属扩散法，该方法由于克增强相/ 基体增强相含量拉伸强度/MPa弹性模量/GPa伸长率(%)SiC/Al-4Cu 15 476 92 2.3SiCp /ZL101 20 375 101 1.64SiCp /ZL101A 20 330 100 0.5SiCp /6061 25 517 114 4.5SiCp /2124 25 565 114 5.6Al2O3 /Al-1.5Mg 20 226 95 5.9Cf /Al 26 387 112 -表2 金属基复合材料的力学性能[1]Tab.2 Mechanical properties of metal matrix composite[1]94《热加工工艺》2011 年第40 卷第12 期下半月出版Material & Heat Treatment 材料热处理技术服了碳化硅颗粒与铝合金熔液润湿困难的缺点，因而是最先得到发展并用于SiCp/Al 的制备方法之一。具体制备SiCp/Al 的粉末冶金工艺路线有多种，目前最为流行和典型的工艺流程为：碳化硅粉末与铝合金粉末混合一冷模压(或冷等静压)一真空除气一热压烧结(或热等静压)一热机械加工(热挤、轧、锻)。粉末冶金法的优点在于碳化硅粉末和铝合金粉末可以按任何比例混合，而且配比控制准确、方便。粉末冶金法工艺成熟，成型温度较低，基本上不存在界面反应、质量稳定，增强体体积分数可较高，可选用细小增强体颗粒。缺点是设备成本高，颗粒不容易均匀混合，容易出现较多孔隙，要进行二次加工，以提高机械性能，但往往在后续处理过程中不易消除；所制零件的结构、形状和尺寸都受到一定的限制，粉末冶金技术工艺程序复杂，烧结须在在密封、真空或保护气氛下进行， 制备周期长， 降低成本的可能性小，因此制约了粉末冶金法的大规模应用。4.2 喷射沉积法喷射沉积法是1969 年由Swansea 大学Singer教授首先提出[14]，并由Ospray 金属有限公司发展成工业生产规模的制造技术。该方法的基本原理是：对铝合金基体进行雾化的同时，加入SiC 增强体颗粒，使二者共同沉积在水冷衬板上， 凝固得到铝基复合材料。该工艺的优点是增强体与基体熔液接触时间短，二者反应易于控制；对界面的润湿性要求不高，可消除颗粒偏析等不良组织， 组织具有快速凝固特征；工艺流程短、工序简单、效率高，有利于实现工业化生产。缺点是设备昂贵，所制备的材料由于孔隙率高而质量差必须进行二次加工， 一般仅能制成铸锭或平板； 大量增强颗粒在喷射过程中未能与雾化的合金液滴复合， 造成原材料损失大， 工艺控制较复杂，增强体颗粒利用率低、沉积速度较慢、成本较高。4.3 搅拌铸造法搅拌铸造法的基本原理[15-17]：依靠强烈搅拌在合金液中形成涡漩的负压抽吸作用， 将增强体颗粒吸入基体合金液体中。具体工艺路线：将颗粒增强体加入到基体金属熔液中， 通过一定方式的搅拌与一定的搅拌速度使增强体颗粒均匀地分散在金属熔体中，以达到相互混合均匀与浸润的目的，复合成颗粒增强金属基复合材料熔体。然后可浇铸成锭坯、铸件等使用。该方法的优点是：工艺简单、设备投资少、生产效率高、制造成本低、可规模化生产。缺点是：加入的增强体颗粒粒度不能太小， 否则与基体金属液的浸润性差， 不易进入金属液或在金属液中容易团聚和聚集；普遍存在界面反应，强烈的搅拌容易造成金属液氧化，大量吸气及夹杂物混入，颗粒加入量也受到一定限制，只能制成铸锭，需要二次加工。4.4 挤压铸造法挤压铸造法是首先把SiC 颗粒用适当的粘结剂粘结，制成预制块放入浇注模型中，预热到一定的温度，然后浇入基体金属液，立即加压，使熔融的金属熔液浸渗到预制块中，最后去压、冷却凝固形成SiCp/Al。该方法的优点是：设备较简单且投资少，工艺简单且稳定性较好，生产周期短，易于工业化生产，能实现近无余量成型，增强体体积分数较高，基本无界面反应。缺点是容易出现气体或夹杂物，缺陷比较多，需增强颗粒需预先制成预成型体， 预成型体对产品质量影响大，模具造价高，而且复杂零件的生产比较困难。5 SiCp /Al 复合材料发展的建议与对策SiCp /Al 复合材料作为一种新的结构材料有着广阔的发展前景, 但要实现产业化还需做大量的研究工作。除了要对SiCp/Al 复合材料的制备工艺、界面结合状态、增强机制等方面的内容做进一步研究，其相关领域的研究及发展也应给予重视。5.1 现有制备工艺进一步完善和新工艺的开发现有工艺制备方法虽然已经成功制造了复合材料，但很难用于工业化生产且尚处于实验室研究阶段[18]。SiC 颗粒存在于铝液中，使金属液粘度提高，流动性降低，铸造时充填性变差，当颗粒含量增加至20%或在较低温度(<730℃)时，流动性急剧降低以致于无法正常浇注。另外，SiC颗粒具有较大的表面积， 表面能较大，易吸附气体并带入金属液中，而金属液粘度大也易卷入气体并难以排出，产生气孔缺陷。因此，对现有工艺的进一步完善和新工艺的开发成为下一步研究工作的主要任务。5.2 后续加工工艺的研究金属基复合材料的切削加工、焊接、热处理等后续加工工艺的研究较少，成为限制其应用的瓶颈。高强度、高硬度增强体的加入使金属基复合材料成为难加工材料[18-19]，而由于增强体与基体合金的热膨胀系数差异大引起位错密度的提高， 也使金属基复合95Hot Working Technology 2011, Vol.40, No.12材料热处理技术Material & Heat Treatment 2011 年6 月材料的时效行为与基体合金有所不同[20]。另外，增强体影响焊接熔池的粘度和流动性， 并与基体金属发生化学反应限制了焊接速度， 给金属基复合材料的焊接造成了极大困难。因此， 解决可焊性差的问题也成为进一步研究的主要方向。5.4 环境性能方面的改善金属基复合材料的环境性能方面的研究， 即如何解决金属基复合材料与环境的适应性， 实现其废料的再生循环利用也引起了一些学者的重视， 这个问题关系到有效利用资源，实现社会可持续发展，因此， 关于环境性能方面的研究将是该领域今后研究的热点。由于铝基复合材料是由两种或两种以上组织结构、物理及化学性质不同的物质结合在一起形成一类新的多相材料， 其回收再利用的技术难度要比传统的单一材料大得多。随着铝基复合材料的批量应用，必然面临废料回收的问题，通过对复合材料的回收再利用， 不但可减少废料对环境的污染还可减低铝基复合材料的制备成本、降低价格，增加与其他材料的竞争力，有利于促进自身的发展。文献[21]配制了混合盐溶剂， 采用熔融盐法成功地分离出颗粒增强铝基复合材料中的增强材料，研究结果表明，利用该技术处理颗粒增强铝基复合材料， 其回收利用率可达85%。6 结语与铝合金基体相比， 铝基复合材料具有更高的使用温度、模量和强度，热稳定性增加及更好的耐磨损性能，它的应用将越来越广泛。然而，在目前的研究中仍然存在许多疑问和有待解决的问题， 例如怎样去克服铝基复合材料突出的界面问题， 并且力求研究结果有助于改善生产应用问题； 在制备过程前后， 怎样通过热处理手段来改善成品的各方面性能；如何利用由于热失配造成的内、外应力使材料服役于各种环境。此外，原位反应中仍不免其他副反应夹杂物存在， 同时对增强体的体积分数也难以精确控制，这些都是亟待研究解决的问题。参考文献：[1] 于化顺．金属基复合材料及其制备技术[M]．北京：化学工业出版社，2006．241．[2] 吴人洁．复合材料[M]．天津：天津大学出版社，2000．[3] 沃丁柱．复合材料大全[M]．北京：化学工业出版社，2000．[4] 毛天祥．复合材料的现状与发展[M]．合肥：中国科学技术大学出版社，2000．[5] 赫尔(Hull， D)．复合材料导论[M]．北京：中国建设工业出版社，1989．[6] 尹洪峰，任耘，罗发．复合材料及其应用[M]．陕西：陕西科学技术出版社，2003．[7] 汤佩钊．复合材料及其应用技术[M]．重庆：重庆大学出版社，1998．[8] 张守魁，王丹虹．搅拌铸造制备颗粒增强复合材料[J]．兵器材料科学与工程，1997，20(6)：35-391．[9] 韩桂泉，胡喜兰，李京伟．无压浸渗制备结构/ 功能一体化铝基复合材料的性能及应用[J]．航空制造技术，2006(01)：95．[10] 李昊，桂满昌，周彼德．搅拌铸造金属基复合材料的热力学和动力学机制[J]．中国空间科学技术，1997，2(1)：9-161．[11] 桂满昌，吴洁君，王殿斌，等．铸造ZL101A/SiCp复合材料的研究[J]．铸造，2001，50(6)：332-3361．[12] 任德亮，丁占来，齐海波，等．SiCp /Al 复合材料显微结构与性能的研究[J]．航空制造技术，1999，(5)：53-551．[13] Clyne T W，Withers P J．An Introduction to Metal MatrixComposites [M]．London：Cambridge University Press，1993．[14] Lee Konbae．Interfacial reaction in SiCp /Al composite fabricatedby pressureless infiltration [J]．Scripta. 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硅铝合金是用量最大的硅合金。硅铝合金是一种强复合脱氧剂，在炼钢过程中代替纯铝可提高脱氧剂利用率，并可净化钢液，提高钢材质量。硅铝合金密度小，热膨胀系数低，铸造性能和抗磨性能好，用其铸造的合金铸件具有很高的抗击冲击能力和很好的高压致密性，可大大提高使用寿命，常用其生产航天飞行器和汽车零部件。