有色金属选矿废水处理研究现状与进展

有色金属选矿废水常呈酸性或碱性,含有大量以选矿残留药剂、悬浮物及金属离子为主的污染物。随着矿产资源不断被开发利用,此类废水已成为矿山环境、水体及土壤污染的来源之一,若直接将其用于选矿工艺,各类污染物会损害选矿设备、影响选矿流程、降低精矿品质,故此类废水的综合处理已成为我国乃至世界亟待解决的问题。文章对有色金属选矿废水的处理方法进行总结,阐述了近年有色金属选矿废水处理研究现状,展望其未来的发展方向。

臭氧氧化技术在有色金属湿法冶金中的应用进展

综述了臭氧氧化技术在有色金属湿法冶金领域的研究进展和应用现状,重点介绍了其在贵金属、重金属、稀有金属及轻金属等有色金属领域的应用研究。详细探讨了臭氧的强氧化性对含金银等低品位金属矿和含硫、砷、碳等杂质较高的难冶金属矿的浸出,锑、镍、钴等低价态金属离子氧化沉淀,溶液净化除铁、锰等杂质的作用机理等。展望了臭氧氧化技术在有色金属湿法冶金领域的应用前景。

废旧锂离子电池正极材料有价金属回收研究现状

近年来,随着“碳达峰”、“碳中和”等目标的提出,新能源电动汽车发展迅速,锂离子电池的需求量也随之剧增,而大量锂离子电池的使用也必将迎来锂离子电池爆发式退役,从而大量的废旧锂离子电池有待回收。锂电池大致可分为三元锂电池、磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池四大类,目前主要的回收方法有火法冶金技术、湿法冶金技术。本文叙述了近年来上述四大类锂离子电池正极目标金属的回收研究现状,从流程的难易程度、目标金属的提取效率以及对环境是否产生污染性气体或废液等多个方面来分析各项工艺。最后,对不同冶金工艺的优缺点进行总结以及未来的前景进行展望。

还原熔炼法回收低品位锡中矿中锡资源

本研究采用还原熔炼法回收低品位锡中矿中锡资源,并对氧化铜为添加剂时锡的回收行为进行了探究。结果表明一定条件下,提高熔炼温度、增加焦炭添加量、延长保温时间和增加氧化铜添加量可提高锡回收率;然而温度过高时,渣中铁氧化物被还原为金属铁,并与还原态金属锡发生合金化反应生成熔点较高的Fe-Sn合金,使其在渣金分离过程中易夹带在渣中造成锡损失;熔炼过程添加氧化铜时,其可通过还原反应生成金属铜,继而与金属锡发生合金化反应生成Cu-Sn合金,热力学上降低了产物Sn的活度,促进了锡的还原回收;在焦炭添加量7%、氧化铜添加量5.8%、熔炼温度1 250℃、保温时间150 min条件下,锡回收率可达到95.24%,锡主要分布在Cu-Sn合金(分布比例90.20%)和含锡烟尘(分布比例5.04%)中。本研究实现了低品位锡中矿中锡的高效回收。

低能耗熔盐电解金属锂电解槽的开发及研究

近年来,金属锂在全固态锂电池、铝锂合金制备中发挥着不可替代的价值,但金属锂生产成本仍然是生产企业需要解决的问题。因此,从降低能耗角度优化生产工艺及设备角度利用Solid Works三维建模电解槽结构,以及ANSYS仿真模拟软件对电解槽进行热场模拟及计算,得出最优设计方案。生产电解效率可达到91%,能耗在35 kWh/kg以下,抽氯和集锂装置可以自动运行,抽出氯气浓度90%,集锂效率可达到80%以上,且出锂量较为稳定。该设备可以更好的投入产业化生产,满足企业降低生产成本的需要,促进熔盐电解金属锂行业的发展。

钨尾矿资源综合利用研究进展

随着钨矿贫、细、杂化及资源的不断开采利用,我国钨矿资源逐年减少,因此对钨尾矿资源再利用研究获得普遍关注与重视。文章简述了高效开发利用钨尾矿的紧迫性和重要性,阐述了我国钨尾矿的资源现状及特点,综合评述了钨尾矿中有价成分回收的研究现状,包括钨、铜、钼、铋等金属矿物和萤石、石英等非金属矿物,同时介绍了钨尾矿的其他用途。最后指出了钨尾矿综合利用存在的技术难点和研究重点,提出了钨尾矿资源化利用的建议。

退役锂电池正极材料资源化回收技术研究进展

新能源汽车产业快速发展带动锂离子电池消费不断增加,直接导致用于生产电池材料的钴、锂、镍等能源金属严重短缺。未来退役锂离子电池产量将呈指数增加,其资源化回收受到广泛关注。资源化回收不仅可以缓解电池材料紧缺现状,还解决了废旧电池堆积而引起的危害。本文针对退役锂离子电池放电预处理和湿法、火法两种资源化回收工艺最新研究现状进行了综述,并就未来发展趋势进行了讨论。在现有火法回收工艺基础上提出一种利用高温熔融冶炼渣处理废旧锂离子电池回收有价金属的新方法,通过添加适宜的氯化剂将渣中锂转化为高温易挥发的LiCl,实现从烟尘中富集并高效回收锂的新思路,解决了传统火法工艺需从渣中对锂进行二次提取的技术缺陷。

中和渣资源化利用研究进展

中和渣通常含有锌、铜、镍、钴、锗等有价元素,是综合回收重要的二次资源。目前国内中和渣处理方法大致有三类:1) 通过火法处理回收有价元素;2) 通过湿法处理回收有价元素;3) 替代水泥在建筑领域或作为辅剂进行直接利用。本文总结归纳了以中和渣为研究对象,针对不同有价金属综合回收的工艺流程及过程参数等,为冶金企业的工艺选择提供参考依据。

镧系金属有机框架化合物在发光传感检测领域的研究进展

镧系金属有机框架化合物(Ln-MOFs)材料是由镧系金属离子和有机配体通过配位键桥联形成的多孔晶态材料,是近年快速发展的一种新型功能性检测材料。Ln-MOFs具有比表面积大、孔道尺寸可调和结构可控等优势,在构建高选择性和高灵敏度的发光传感器领域有着广阔的应用前景,成为当前大量研究人员关心和研究的热点。镧系金属离子具有高配位数和高电荷,易与氧供给配体或氮供给配体相结合,除了La^(3+)和Lu^(3+)外,其他Ln^(3+)未完全充满的4f电子层结构可产生f-f或f-d跃迁发射,利用离子与配体的协同效应可以合成结构多样、发光性能良好的Ln-MOFs材料。Ln-MOFs的永久孔穴可以容纳各种客体物质与框架产生相互作用,外界环境和客体物质的微扰会改变Ln-MOFs的发光波长或强度,产生肉眼可见的颜色变化,并且可以将有机配体设计为发光位点,从而达到更好的传感效果,Ln-MOFs优异的结构和光致发光性质为制作传感材料提供了非常重要的基础。Ln-MOFs中最常见的检测形式是由外界环境因素和检测物引起的光诱导发射强度猝灭(Turn off)和增强(Turn on)。当检测物与Ln-MOFs发生能量竞争,通过配体与检测物之间的相互作用改变能量传递过程,部分能量从配体转移到分析物,能量传递效率降低导致发射猝灭,而检测物增强Ln-MOFs的框架结构强度可有效提高能量传递效率和发光强度。本文聚焦了Ln-MOFs在发光传感领域检测离子、pH、有机小分子、硝基芳香族化合物、气体和温度的研究工作,着重介绍了该领域近期的研究进展,并对Ln-MOFs配体的选择与设计、灵敏性、重复利用性能和复杂环境的适用性进行了展望。

锂金属电池枝晶生长及其抑制机理

锂金属被认为是锂电池负极材料最理想的选择之一,具有较高的理论容量(3860 mA∙h/g)和最低的负还原电位(−3.040 V(vs SHE))等优点。然而在充电过程中易在负极表面生长出锂枝晶,导致电池短路和降低电池利用效率。尽管大量研究已获得了枝晶的有效抑制方法,但枝晶生长和抑制机理仍不明确。本文系统讨论了锂金属负极材料表面枝晶生长机理以及表面特性、电化学性质对枝晶生长的影响机理。首先基于相场法建立了锂枝晶生长模型,并通过实验验证了模型的准确性;然后结合数学模型和电化学实验,研究了枝晶初始成核间距、表面能各向异性强度、界面电化学驱动力等因素对锂枝晶生长的影响规律。结果表明:小的初始成核间距和低界面能各向异性强度均可降低负极锂金属沉积表面粗糙度,从而抑制锂枝晶生长;锂枝晶生长受界面电化学驱动力影响,降低成核过电位可有效抑制锂枝晶生长。

有机酸在超声作用下对废FCC催化剂中有害金属脱除的影响

有害金属Fe、V、Ni是石油流化催化裂化(FCC)催化剂中毒的根源,导致FCC催化剂的活性降低。针对现有废FCC催化剂再生工艺存在有害金属脱除率低、废剂颗粒的微观形貌和分子筛骨架易被破坏、废剂无法回用等问题,以有机酸为浸出剂,提出超声协同有机酸脱除废催化剂中有害金属的强化处理工艺。本研究以保留废FCC催化剂的球状颗粒结构和Y型分子筛骨架结构为前提,研究在超声作用下氧化预处理、有机酸种类、反应温度、时间以及超声功率对废FCC催化剂中有害金属脱除的影响。实验结果表明,在超声作用下,不同有机酸对有害金属的脱除效果从弱到强的顺序为乙酸、EDTA、草酸+乙酸、草酸,而废剂微观结构被破坏的程度也增加。在草酸和乙酸的混合液为浸出剂、超声功率为250 W、浸出温度为70℃、浸出时间为30 min的条件下,V、Fe、Ni脱除率分别高达40.7%、27.5%和17.2%,且浸出后的FCC催化剂球状结构和分子筛骨架结构完整。与常规浸出相比,超声浸出对有害金属的脱除起到强化作用,V、Fe、Ni的浸出率分别提高了19.9%、13.1%和7.7%。

电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定真空精炼镁合金物料中铁、铜、镍

真空精炼是目前镁金属提纯的重要工艺,工艺原料及真空精炼提纯镁金属过程残留物中Fe、Cu、Ni含量的准确测定对工艺参数的优化及调整具有重要的指导作用。传统测定方法中以邻二氮杂菲分光光度法、新亚铜灵分光光度法、丁二酮肟分光光度法测定三种元素含量,结果准确,但操作繁琐,周期较长,难以满足工业生产中高效、快速测定的需要,且方法中所需的有机萃取剂对环境污染较大。选择电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)法测定真空蒸馏精炼镁合金物料中Fe、Cu、Ni,系统探究溶解酸、溶解温度、溶解时间对物料溶解和测定的影响,选择盐酸(1+1)和过氧化氢溶解体系,200℃加热条件下反应20 min为最佳消解镁合金原料条件;选择王水溶解体系,200℃加热条件下反应25 min为真空精炼残留物最佳溶解条件。并探讨ICP-AES测定过程中各元素的检出限和测定下限以及共存元素的干扰情况,建立了ICP-AES法测定真空精炼提纯镁合金物料的方法。测定结果的相对标准偏差(RSD,n=11)为Fe 5.9%~11.5%、Cu 2.6%~11.8%、Ni 3.4%~11.5%,各元素加标回收率为Fe 96.4%~102%、Cu 101%~108%、Ni 103%~105%;按照建立的方法测定镁合金原料、真空精炼残留物中的铁、铜、镍,并与国家标准方法测定结果进行对比,结果相一致。实现了ICP-AES法快速、准确测定真空蒸馏精炼镁合金物料中铁、铜、镍含量,对及时、高效、准确评估真空精炼提纯镁工艺及产品具有重要意义。

辉铜矿化学-生物溶解机制及浸出动力学进展

辉铜矿是最具生物冶金工业利用价值的含铜矿物之一,然而,其生物浸出效率仍有较大提升空间。为了更好地揭示辉铜矿的生物浸出过程,对辉铜矿化学-生物溶解机制和浸出动力学相关研究进展进行综述。系统阐述辉铜矿的晶体结构,总结辉铜矿的化学溶解机制、电化学溶解机制和生物溶解机制,讨论辉铜矿的浸出动力学以及不同浸出参数对辉铜矿浸出的影响,总结辉铜矿生物冶金在工业应用中存在的问题。尽管如此,辉铜矿生物浸出的精细过程和浸出机制仍有待进一步研究。未来可采用同步辐射等多种新型研究方法在化学-生物多学科交叉基础上探明次生硫化铜矿的精细氧化溶解机制,为辉铜矿高效环保提铜奠定基础。

氧化锌烟尘中锗的浸出行为

针对锌浸渣烟化挥发产生的氧化锌烟尘中锗浸出率低、氧化锌烟尘浸出渣中锗含量高的问题,开展了锌浸渣烟化挥发过程不同收尘器收集的氧化锌烟尘中锗的浸出行为研究,分析了锗、铁、硅浸出的相关性,考察了锗的浸出行为、渣中锗的赋存状态,揭示了渣中锗难以被进一步浸出的原因。并在此基础上,对氧化锌烟尘浸出渣进行硫酸浸出分解铁酸盐−盐酸浸出解离硫酸铅−氢氟酸浸出解离硅酸盐的梯级强化浸出。结果表明:混合氧化锌烟尘中锗主要赋存于硅酸盐及固溶体中,尤其是锅炉尘中铁酸盐和硅酸盐较高,制约了锗浸出率的提高;影响锗浸出率的关键因素是氧化锌烟尘中铁、硅含量,渣中不溶锗主要赋存于难溶硅酸盐矿物及固溶体中,提高锗浸出率的关键是硅酸盐的解离;在硫酸体系下,采取高温高酸浸出解离难溶铁酸锌及含硅矿物,控制过程硅的浸出与沉淀,可进一步提高锗的浸出率。

TiO_(2)直接还原制备超低氧钛

提出在MgCl_(2)−KCl−YCl_(3)熔盐中,通过熔盐电解产生Mg直接还原TiO_(2)制备低氧钛。绘制Mg−Ti−O三元相图和电位−氧势(φ−pO^(2)−)图,表明镁还原TiO_(2)制备低氧钛是可行的。在MgCl_(2)−YCl_(3)和MgCl_(2)−YCl_(3)−KCl熔盐中,不同温度和施加电压条件下,开展熔盐电解−镁热还原TiO_(2)实验研究,结果表明:借助YOCl沉淀及CO_(x)同步生成,将还原和脱氧产物O^(2)−快速脱除,在1073~1173 K、施加电压2.5~3.1 V的条件下,通过电化学还原可以将TiO_(2)还原为高氧钛(Ti6O)。在温度为1173 K的MgCl_(2)−YCl_(3)熔盐中,开展不同施加电压下的高氧钛电化学脱氧实验。此外,还观察到有可能将高氧钛的氧含量可从1200×10^(−6)降至100×10^(−6)以下。

基于黏性蒸馏-气相分离的冶金级粗碲提纯方法

开发一种基于黏性蒸馏-气相分离的高纯碲材料制备方法。通过调节冷凝器结构和冷凝温度,达到黏性蒸馏、控制碲优势冷凝区的目的,使挥发性差的物质留在残留物中,而硒在气相中与碲分离,实现冶金级粗碲的提纯。研究饱和蒸气压、碲分子平均自由程、不同冷凝位置的杂质分布特征以及冷凝物形貌。500 g级的实验结果表明,在5 Pa、773 K和90 min的最佳实验条件下,碲的直收率为83.40%,纯度高于99.9996%,碲优势冷凝区冷凝物中硒含量降低至2.76×10^(-4)%(质量分数)。

镁熔体净化技术的研究进展

镁作为新兴轻质材料在汽车、3C和航空航天领域的应用逐渐普及,伴随行业节能减排的要求提升以及材料行业的迭代更新,镁及其合金所涉及的产业领域将会进一步扩大。而镁及其合金在铸造与变形加工前,镁熔体纯净度会对其性能产生巨大影响,如熔体纯净度低会显著降低合金的抗拉强度、伸长率等力学性能,导致合金出现炸裂、破损现象。为此,镁熔体的高效除气除杂净化技术成为研究热点。镁熔体净化作为镁熔炼过程中的重要环节,一直是科研工作者不断改进优化的研究课题。本文在简要介绍镁熔体中夹杂物来源的基础上,归纳了适用于镁熔体的熔剂净化、无熔剂净化、复合净化法及其净化效果,且对真空蒸馏法净化镁熔体的相关研究进行了探讨,系统综述了镁熔体净化技术研究进展,展望了该技术的未来研究方向。

微细粒锡石选别难点及浮选药剂应用研究现状

锡资源日益匮乏,微细粒锡石成为一种重要的矿石资源,对其难选、嵌布粒度低等特性及与影响浮选过程的相关因素进行探讨。指出了嵌布粒度和细泥罩盖是影响微细粒锡石浮选的两个关键问题,阐述了难免离子对微细粒锡石浮选的影响。在锡石浮选过程中,不同类型捕收剂和调整剂均对锡石浮选效果有影响,介绍了pH调整剂、活化剂和抑制剂在锡石浮选中的作用,以及絮凝剂与锡石的作用机理。研究浮选药剂的应用现状,可以为提高微细粒锡矿的浮选指标,解决矿物细泥罩盖和难免离子问题提供参考。

机械力化学浸出法从氧化锌矿中高效浸出锌

以篮式研磨机为机械力化学活化设备对我国兰坪地区低品位氧化铅锌矿进行研究,提出将研磨与NaOH溶液浸出过程相结合浸出锌的机械力化学浸出(MCL)工艺。研究浸出温度、NaOH浓度、浸出时间、液固比和搅拌速度对锌浸出率的影响。实验结果表明,在最佳浸出条件下,采用MCL工艺锌的浸出率达到92.3%,比常规搅拌浸出(CSL)工艺的高7.2%,且两种工艺的能耗相差不大,证明了MCL工艺的优越性。通过对原矿进行锌物相分析以及对最佳条件下不同工艺浸出渣进行XRD、SEM-EDS、EPMA和粒度等分析,研究机械力化学活化的强化机理。

锌电积用Pb-Ag阳极MnO_(2)镀膜的电化学性能

锌电积用Pb-Ag阳极存在析氧过电位高、表面铅易电化学氧化溶解,造成阴极电锌品质低等突出问题,如何减少阳极的溶铅污染并提升其催化析氧活性、降低反应能耗,成为亟待解决的难题。本文在Pb-Ag阳极表面电沉积一层均匀、致密的MnO_(2)薄膜,采用SEM、XRD和ICP等对MnO_(2)催化层的表面微观形貌、晶体结构和溶液含铅量进行分析;采用CV、LSV、EIS和Tafel等对Pb-Ag/MnO_(2)阳极的析氧催化活性和耐腐蚀性能进行分析。结果表明:在MnSO_(4)-H_(2)SO_(4)溶液中,当循环速率为200 mL/min、温度为80℃时,以4 mA/cm^(2)电沉积120 min制备的Pb-Ag/MnO_(2)镀膜电极具有最佳的催化析氧和耐蚀性能;PbAg阳极经优化镀膜后,50 mA/cm^(2)时其析氧过电位由936 mV降低为648 mV,腐蚀电流密度由7.03μA/cm^(2)降低至0.66μA/cm^(2);相较于Pb-Ag阳极,基于Pb-Ag/MnO_(2)阳极的15 d长周期电锌体系中溶铅量由0.61 mg/L降至0.29 mg/L。