氟碳铈矿冶炼分离技术现状及发展趋势

氟碳铈矿属氟碳酸盐类型稀土矿,常伴生有钡、锶、钙、铁、钍等元素,作为世界上工业应用最主要的稀土矿产资源之一,其冶炼分离技术的发展对稀土工业化进程具有重要影响。首先介绍了氟碳铈矿冶炼分离产业的发展现状,重点分析工业上冶炼氟碳铈稀土精矿普遍采用的氧化焙烧—盐酸浸出—碱转优溶主流工艺特点和存在的问题,进一步介绍了低温氧化焙烧—盐酸配位浸出、盐酸—硫酸联合法等氟碳铈矿冶炼分离新工艺研究进展及技术特点。最后,针对现阶段氟碳铈矿冶炼分离工艺的发展现状,从技术绿色化提升、生产数智化转型等方面提出了发展建议。

改善锂负极循环稳定性的研究进展

锂金属负极由于拥有最负的电化学势(-3.04 V vs.标准氢电极)和高的比容量(3860 mAh/g),被认为是锂电池的“圣杯”。然而,在电池充放电过程中,锂枝晶的生长降低了电池的库伦效率,甚至可能因不可控的锂枝晶穿刺隔膜而引起电池短路,进而带来热失控等安全隐患,严重限制了锂金属负极的实际应用。基于此,详细讨论锂金属枝晶生长、界面反应等方面的问题,介绍近年来锂金属负极在应用过程中存在的挑战以及锂金属枝晶的生长机制,总结抑制锂金属枝晶生长的相关研究进展,深入分析锂枝晶生长、死锂产生及电池失效机制。同时,阐述一系列改进方法,包括通过集流体结构设计增加电极的比表面积,降低局部电流密度;改进固体电解质界面(solid electrolyteinterface,SEI)膜层机械强度和柔韧性,防止SEI膜破裂产生锂枝晶生长;优化电解液,有效抑制了锂枝晶的生长过程。

镁钙铵系浸取剂对离子吸附型稀土矿区土壤生态影响初探

离子吸附型稀土矿富含宝贵的中重稀土战略资源,工业开采过程产生的氨氮污染问题长期备受关注。分别以硫酸镁、氯化钙和硫酸铵柱浸模拟离子吸附型稀土矿浸取尾矿,以中黄13大豆为供试作物,开展了室外盆栽试验,探究其对离子吸附型稀土矿区土壤的生态影响。结果表明,与采用铵浸尾矿种植相比,采用镁浸或钙浸尾矿种植的豆苗株高相当或更高,叶片的叶绿素含量更高或相当,根系生长正常,主根明显,侧根茂盛,且地径明显更粗,这可能与镁、钙等能直接参与叶绿素合成、加速糖分运输、改善土壤板结等有关。与采用硫酸铵浸取剂浸矿相比,采用硫酸镁、氯化钙浸取剂浸矿对离子吸附型稀土矿区土壤的生态影响更小,这也为离子吸附型稀土矿绿色开采和浸矿场地污染防治指明了发展方向。

基于纳米稀土锆酸盐的热障涂层材料研究进展

稀土锆酸盐材料因其独特的晶体结构、优异的高温稳定性、低热导率等优点被认为是最具应用前景的新型热障涂层材料之一。掺杂、高熵化以及第二相增韧作为改善稀土锆酸盐材料热膨胀系数低、断裂韧性差等问题的常用手段而被广泛研究。基于近20年来热喷涂纳米涂层的发展与成功应用,纳米结构稀土锆酸盐材料有望成为新型热障涂层技术获得突破的关键。本文首先简述了稀土锆酸盐热障涂层材料的研究进展,然后将稀土锆酸盐原料粉体纳米化对热障涂层材料的热导率、热膨胀系数、断裂韧性及抗烧结性能的影响规律进行归纳和总结。在此基础上,分析了稀土锆酸盐纳米热障涂层材料的制备及涂层性能研究中存在的问题并指出其发展方向。

氧化铝改性高铈铈锆复合氧化物的制备及其负载钯催化性能

通过共沉淀法制备高比表面积、高孔容的氧化铝改性高铈铈锆复合氧化物,并研究氧化铝改性、前驱体含水焙烧等因素对铈锆复合氧化物结构及负载钯催化性能的影响。研究结果表明:氧化铝改性能够大幅度提升高铈铈锆复合氧化物的比表面积、孔容和高温稳定性。改性样品的新鲜比表面积为122.01 m^(2)/g,孔容为0.4750 mL/g;经1000℃、4 h高温老化后样品的比表面积为66.28 m^(2)/g。前驱体含水焙烧可以提高氧化铝改性铈锆复合氧化物的储氧能力,增强铈锆复合氧化物的高温稳定性;焙烧样品经1000℃、4 h高温老化后的比表面积比常规铈锆复合氧化物提高2.28 m^(2)/g,比常规铈锆铝复合氧化物提高2.75 m^(2)/g。此外,氧化铝改性还可以增大新鲜负载Pd催化剂的空燃比窗口,对催化剂的C_(3)H_(8)、NO催化性能具有促进作用;而前驱体含水焙烧对老化态氧化铝改性负载Pd催化剂的CO、C_(3)H_(8)、NO催化性能均有明显促进作用。

稀土元素萃取分离提纯技术发展现状与展望

稀土元素的性质极相近,在稀土矿物中一般有15种左右的稀土元素共生,分离提纯难度大,化工材料消耗高。中国稀土工作者根据稀土资源的特点,开发了一系列具有原创性、处于世界领先地位的稀土分离提纯技术,成就了中国稀土生产大国的国际地位。本文梳理了工业上应用的主要稀土萃取分离工艺技术特点、优缺点及适用性,其中,碳酸氢镁皂化萃取分离提纯稀土技术将镁盐废水及CO_(2)气体循环利用,不但从源头解决了稀土分离过程中氨氮、高盐废水污染难题,而且大幅降低生产成本,适用于P_(5)0_(7), P_(2)0_(4)酸性磷类萃取剂在硫酸体系、盐酸体系中萃取分离稀土元素,具有良好的应用前景。进一步介绍了稀土分离提纯新方法、新技术研究进展;针对高端应用对稀土纯度等要求不断提高,以及环境治理方面面临的严峻压力和挑战,提出了稀土分离提纯领域的重点研究发展方向。

稀土采选冶绿色标准现状及发展趋势分析

稀土采选和冶炼为稀土高新材料及应用发展提供重要的物质保障,是中国稀土行业全球领先的优势领域。随着稀土产业的快速发展和国家绿色发展的政策引导,中国已初步建立起稀土采选冶绿色标准体系。本文梳理了稀土采选冶领域现有的绿色标准,分别针对采选、冶炼环节从绿色评价标准、节能与综合利用标准两个类别进行了归类和阐述,并对部分绿色产品、绿色工厂、清洁生产、资源综合利用等重点标准进行了剖析。最后综合研判了稀土绿色标准的发展趋势,指出应该推进绿色标准体系的完善和全球化布局,建立稀土碳达峰标准体系框架,发挥绿色标准促进采选冶绿色技术开发和推广应用的推动作用。

风化壳淋积型稀土矿开采过程污染防控技术现状及趋势

本文对风化壳淋积型稀土矿(又称“离子吸附型稀土矿”)常规铵盐开采工艺、典型无氨开采工艺进行了梳理,结合国家、行业标准要求,重点分析了硫酸铵浸取-碳酸氢铵沉淀富集、镁盐及其复合体系绿色浸取-镁/钙无氨沉淀富集、镁盐及其复合体系绿色浸取-离心萃取高效富集、氯化钙及其复合体系浸取-氧化钙沉淀富集等代表性开采工艺的环境影响,从绿色高效开采技术开发、污染防控标准体系构建两个维度提出了风化壳淋积型稀土矿开采领域的未来重点发展方向。

稀土萃取分离过程废水回收利用技术现状及趋势

中国成功开发一系列具有自主知识产权的稀土冶炼分离先进技术,支撑了中国稀土生产大国地位。稀土元素物理化学性质相似,相邻元素之间萃取分离系数小,导致稀土萃取分离过程消耗大量酸、碱,从而产生大量氨氮或含盐废水。目前工业上稀土萃取分离废水主要采用末端治理,成本高,且大部分废水未循环利用。本文重点梳理了稀土萃取分离过程产生的氨氮或含盐废水回收利用关键技术,分析了稀土萃取分离废水回收利用发展趋势,并指出了实现废水近零排放的发展方向。

利用大孔吸附树脂吸附和回收稀土萃余液中P507萃取剂的研究

离子型稀土矿提取分离所得萃余液中有机萃取剂的深度去除和回收难度较大,树脂作为一种新型吸附材料,在有机萃取剂的深度去除和回收方面具有较大潜力。本文采用DA201-C型大孔吸附树脂对萃余液中P507萃取剂进行静态吸附,仅需吸附10 min即可达到96%以上的萃取剂吸附率;该树脂对P507萃取剂的饱和吸附量为1.26 g·g^(-1),吸附机制为物理吸附。分别采用NaOH溶液、乙醇溶液对吸附P507萃取剂后的树脂进行静态解吸,乙醇溶液的解吸率可达86.2%,优于NaOH溶液的解吸率(最高为57.6%);乙醇溶液的解吸机制为物理解吸,而NaOH溶液的解吸机制为化学解吸。P507萃取剂吸附、解吸过程不会破坏树脂的骨架结构,验证了树脂的稳定性。以上研究为离子型稀土矿低浓度稀土萃取富集、稀土萃取分离产生的萃余液中P507萃取剂的高效去除和回收提供了指导。

稀土萃余水相中乳化油滴稳定性及Al^(3+)水解破乳机制

以P507离心萃取低浓硫酸稀土所得萃余水相为研究对象,研究了静置时间、pH及Al^(3+)水解对萃余水相中乳化油滴稳定性的影响,分析了Al^(3+)水解聚合条件下乳化油滴的破乳机制。结果表明:萃余水相中乳化油滴以乳化油形式存在,上浮速率极其缓慢,且表面带负电荷,难以通过布朗运动碰撞聚并,使其可较长时间稳定存在于萃余水相中。随着萃余水相pH从3提高至8,其Zeta电位先由负变正,再由正变负,这与不同pH下Al的水解形态有关。当pH为3~4,少量Al^(3+)水解聚合生成AlOH2+等带正电荷的低羟基聚合物,并通过电中和作用吸附带负电荷的乳化油滴,使Zeta电位由负变正,且所得吸附产物粒度极小,难以通过布朗运动有效碰撞聚并,P507未能有效去除;当pH为4~6,Al^(3+)继续水解形成聚合度更高的低羟基聚合物甚至Al(OH)_(3)溶胶,有效正电荷数降低,使Zeta电位降低(由正变负),且由于Al(OH)_(3)溶胶的粘结架桥和网捕卷扫作用,形成易于沉降的大分子絮体,P507含量大幅降低;当pH为6~8,Al(OH)_(3)溶胶开始与OH^(-)反应,生成带负电荷的Al(OH)_(4)^(-)聚合物,使Zeta电位进一步降低,同时电中和、网捕卷扫等作用有所减弱,P507含量反而有所升高。Al(OH)_(3)胶体吸附萃余水相中乳化油滴后,由于颗粒间粘结架桥作用增强而发生团聚长大;Al(OH)_(3)胶体吸附乳化油滴的过程为物理吸附。

石榴石结构Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质掺杂改性研究进展

锂离子电池是目前发展最快的化学储能电源,使用固态电解质的固态锂离子电池相比传统液态电解质锂离子电池能量密度更高,安全性更好,是下一代锂离子电池的发展方向。石榴石结构Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固态电解质凭借较高的离子电导率、宽的电化学窗口及优异的稳定性,成为了最具商业前途的固态电解质之一。本文从石榴石结构LLZO电解质的发展脉络出发,剖析了石榴石结构LLZO电解质的结构特性、离子传导机制及其具有的高的结构稳定性和离子传导能力的本源,在此基础上综述了石榴石LLZO电解质的单元、双元、多元体相掺杂改性以提升电解质本征离子电导率,第二相掺杂改性以提升电解质的抗锂细丝生长能力、陶瓷致密度等性能,最后对石榴石结构LLZO电解质材料掺杂改性方向进行了分析和展望,为推动全固态锂离子电池电解质的发展提供参考。

汽车尾气催化剂贵金属含量手持XRF检测技术研究

汽车尾气催化剂可有效降低尾气排放,Pt、Pd、Rh贵金属是汽车尾气催化剂中的主要活性组分,贵金属含量在一定程度上决定着催化剂的活性、耐久性和使用寿命。贵金属含量检测对于汽车尾气催化剂的质量控制、市场监管以及废旧回收等十分重要。研究了手持X射线荧光(XRF)检测技术对陶瓷整体式汽车尾气催化剂、汽车尾气催化剂粉体、金属整体式摩托车尾气催化剂等样品进行贵金属含量测试。研究结果表明:与常规电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)方法相比,手持XRF检测技术是一种较为可靠、快速、方便、廉价的贵金属含量测试方法,对于汽车尾气催化剂粉体,手持XRF检测与ICP-OES认证值对于Pd含量相对标准偏差小于±5%。XRF也可直接用于陶瓷整体式汽车催化剂或金属整体式摩托车催化剂的贵金属含量测试,XRF检测不仅能快速测试催化剂贵金属含量,而且可以获知贵金属种类、贵金属分布以及贵金属涂层涂覆工艺等信息。