中国有色冶金

摘要:铅酸电池是一种广泛使用的二次电源,我国每年产生的废铅酸蓄电池高达 600 万 t 以上。 从废铅酸蓄电池中再生金属铅,可冶理废铅酸蓄电池回收混乱和污染重等问题,亦可缓解当前我国铅矿资源形势非常严峻的困境。 国家发改委 2020 年 6 月 2 日就《铅蓄电池回收利用管理暂行办法》征求意见,国家实行铅蓄电池回收目标责任制,制定发布铅蓄电池规范回收率目标,到 2025 年底,规范回收率要达到 70% 以上。 在废铅酸蓄电池回收和资源化利用方面,湘潭大学张俊丰教授带领的科研团队研发了 “机械破碎分选-铅膏规范高温熔炼冶“自动破碎分选-铅膏预脱硫低温熔炼冶 “智慧破碎分选铅膏免冶炼转化冶等 3 代技术,逐步实现了大规模机械化生产、清洁生产、绿色生产、6 环递进、 不断缩短铅资源循环的工艺链,并实现了“第一代机械化技术装备冶“第二代的清洁技术装备冶 “第三代的绿色技术装备冶等 3 代装备的迭代更新。 第一代机械化技术装备,打通了废铅酸蓄电池尺寸均一化难关、破碎力度适应性难关、强掺混的破碎混料高效分选难关,完全适应了我国废铅酸蓄电池行业的国情,国内行业占比曾高达 90% 。 第二代的清洁技术装备,占国内行业产能超过 60% 并被出口日本等近 20 个国家和地区,攻克了铅泥浆液等复混工业物料 10 多个关键特性参数的在线自动检测难关,实现了自动破碎分选;发明了“表面即时强制更新冶铅膏高效脱硫反应技术装备,打破了铅膏预脱硫反应慢、效率低的瓶颈,实现了高效脱硫;发明了深度除铅技术,突破了富铅体系中制备无铅硫酸铵的难关,在富铅母液中结晶析出不含铅的高品质硫酸铵农肥,形成了废铅膏铵法预脱硫及副产高品质硫酸技术,大幅降低了行业铅膏预脱硫环节的成本。 第三代的绿色技术装备,突破了混杂电池“因需施力冶的破碎技术壁垒,打破了电池外壳碎片及隔膜纤维残余与铅膏的深度分离技术瓶颈,制备了高纯度的“净铅膏冶,并研发成功铅膏免冶炼转化电源材料技术,已完成工业规模的验证试验。 针对行业难点、痛点和盲点,该团队打通了从“废铅酸蓄电池高效分离回收铅膏冶到“利用再生氧化铅制备铅酸电池电极活性材料冶全流程,提供了可落地实施的技术路径。本期栏目共计 4 篇论文,以废铅酸蓄电池回收和资源化利用为主题,综述了废铅酸蓄电池资源回收技术与装备及其发展,提出“双碳冶目标背景下产业技术与装备的发展方向,呈现“铅膏中物理性杂质的精细分离冶“铅膏碳酸氢铵脱硫冶“回收氧化铅用于铅蓄电池负极材料冶等关键性的科研成果,以期推动行业绿色发展和循环发展,厚植无废理念于人心,臻于资源、环境、 经济和社会共赢之境,以飨广大行业研究者。

摘要:废铅酸蓄电池的资源回收一直受到国家高度重视，其资源回收技术与装备也在不断进步与升级。本文介绍了再生铅行业的发展与技术装备进展，包括废铅酸蓄电池破碎分选、废铅膏资源回收等技术装备与发展，阐述了废铅酸蓄电池机械破碎分选、自动破碎分选、智能破碎分选的进化历程，重点陈述了废铅膏资源回收环节的高温熔炼、预脱硫-低温熔炼、免冶炼转化等技术的进步。废铅酸蓄电池资源回收技术与装备的系统性布局和模块化实施是行业技术装备进步的根本保障，智慧化和绿色化将是未来的发展趋势，废铅酸蓄电池智能破碎分选-废铅膏免熔炼短程制备铅基电源材料技术将有望引领行业的发展，适应“双碳”目标要求。

摘要:废铅酸蓄电池铅膏中物理性杂质（塑料、铅栅/粉和纤维）含量多，对铅膏颗粒的黏连强、难分离，会对铅膏免冶炼回收过程产生重要影响。本文以烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚（APEP）作为分散剂，对废铅膏颗粒进行分散，并设计双旋流强制分散装置和混动力精细筛分装置对物理性杂质进行精细分离。通过考察APEP添加量、pH值及装置参数对分离效果的影响，发现APEP用量为0.1mg/L、pH值为5.0时，乳化分散效果较好，废铅膏的Zeta电位达到22.5mV，平均粒径仅为3.2μm；在此条件下进一步优化设备参数，当混合物进口流速和气含率分别为8m/s和15%、回旋频率和压缩空气量分别为50次/min和2.5m3/h时，塑料、铅栅/粉和纤维的去除率分别可达到99.75%、82.54%和99.65%，各分离物对铅膏的夹带率仅为0.17%、0.06%和0.36%。该研究为再生铅行业提供了一条生产净铅膏稳定可靠高效的方法，为铅膏免冶炼回收技术的应用提供了有利条件。

摘要:铅膏预脱硫是再生铅行业清洁生产技术的核心环节，现有碳酸钠脱硫工艺存在原料钠碱贵而产物硫酸钠价格较低的问题，使得铅膏脱硫环节经济效益差，严重阻碍该清洁工艺的推行。本文针对碳酸氢铵脱硫过程传质受阻和反应体系体积膨胀的两大难题，基于铅膏浆液“储存与反应分离”脱硫新思路，研制了同时具备液气分离和表面破壳双重作用的铵法脱硫新装置，优化了储浆罐流场和强制脱硫部件结构，考察了反应条件对脱硫效果的影响。试验结果表明，相较传统机械搅拌装置，储反分离与柔性粒子辅助铵法脱硫新装置的浆液体积膨胀率大幅减小，传质速率大幅提升，在铅膏浆液浓度高达40%~60%条件下，反应60min，铅膏硫含量稳定低于0.5%，能很好适应铵法铅膏脱硫工业应用需求。以碳酸氢铵（NH4HCO3）作脱硫剂有望大幅提高铅膏脱硫的经济效益，具有良好的应用前景。

摘要:从废铅酸蓄电池回收铅膏制得的氧化铅可直接作为铅蓄电池电极活性材料，但是与球磨铅粉相比，整体电性能比较优势不明显。本文通过微波辅助方法来制备新型纳米硫酸铅乙炔黑（PbSO4@Pb/AB）复合材料作为废旧铅酸电池回收氧化铅制备的负极材料添加剂，系统研究了其理化特性及制备的铅蓄电池的性能。结果表明，与AB和AAB黑相比，PPA复合材料用作碳添加剂能够显著增大铅炭电极的电化学活性，有效保持回收铅粉制作的铅酸电池HRPSoC循环性能，且大幅提高其电池放电容量；添加3.0%纳米硫酸铅乙炔黑复合材料制作电池的高倍率部分荷电状态（HRPSoC）循环寿命（11551次）是空白电池（2960次）的3.9倍，尤其0.2C放电容量约942.5mAh，是空白电池94.8mAh的9.9倍。

摘要:银电解液净化过程中产生的净化渣中铜含量较高，采用火法工艺处理，存在除铜周期长、金银直收率低的问题，而且产生的含金银烟灰需要二次处理，增加了处理成本。本文探索使用硫酸法处理银电解液净化过程中产生的净化渣。结果表明，采用硫酸法湿法工艺处理净化渣，控制硫酸浓度6%、反应温度75℃、反应时间2h、液固比5∶1、食盐加入量为27.5kg/t的条件，净化渣中铜的浸出率可达到99%以上，反应后液中银含量降到0.5mg/L。生产实践中，浸出渣中银含量可稳定在70%以上，铜含量为0.4%以下，实现了银铜的分离。相较于传统处理工艺，本工艺具有操作简单，且具有良好的经济与环保效益。

摘要:山东某有色金属冶炼企业产铅阳极泥，在回收金银时产生的中间物料砷碱渣含碲量高达14%，现有工艺碲回收率低。本文针对在铅阳极泥熔炼生产三氧化二锑过程中产出的高碲砷碱渣开展湿法浸出试验研究，采用Na₂S-H₂O体系浸出砷碱渣中碲，研究液固比、NaOH浓度、Na₂S浓度、浸出时间、浸出温度对碲浸出率影响。研究结果表明，在液固比6∶1、NaOH浓度15g/L、Na₂S浓度40g/L、浸出时间1h、浸出温度50℃条件下，碲的浸出率能达到82%。相比传统水浸工艺，该工艺碲浸出率提高了20%。本文可为含碲物料的清洁、高效、短流程分离提取提供理论依据和数据支撑。

摘要:卡尔多炉渣含有大量高熔点难熔物料，直接返回转炉处理对现有系统扰动大，返回量受限，堆存量逐年增加。本文采用理论与试验相结合方法探索卡尔多炉渣高效、低成本处理工艺。首先采用热力学计算得到熔炼卡尔多炉渣时主要反应的吉布斯自由能与时间的关系，表明温度在750~1500℃、以粒煤为还原剂、石灰石为熔剂的条件下，各主要反应均能发生，最终得到铜镍合金和硅酸钙渣。在此基础上，结合卡尔多炉渣中不同元素还原性的差异，利用粒煤作还原剂，在直流电弧炉中选择性还原熔炼卡尔多炉渣，获得合格的铜镍合金和弃渣。试验结果表明：在熔炼温度1420℃、还原剂用量10%、熔剂率15%、沉降时间60min条件下，获得高品位铜镍合金，合金品位均大于90.00%；铜、镍回收率均大于98.50%，炉渣中镍、铜含量分别降至0.15%、0.32%，实现了一步从炉渣中提取有色金属。本研究有利于提高有色金属二次资源回收率，为直流电弧炉熔炼卡尔多炉渣奠定了理论及实践基础。

摘要:电解铜箔生产过程所消耗的电能约占整个铜箔生产能耗的60%，存在很大节能空间。铜电解过程的能耗与电解过程的槽电压和电流效率直接相关，而铜电解过程影响因素复杂、工艺参数耦合严重，导致铜电解过程的能耗建模困难，能耗控制处于一种“盲目”的状态，难以运行在最优能耗工况。为此，本文提出了一种基于随机森林(Random Forest)的高精度拟合方法建立铜电解过程的能耗模型，建立了表征电流密度、硫酸浓度、铜离子浓度和电解温度作为输入变量与电解能耗内在联系的Random Forest回归模型，解决了铜电解过程能耗建模难的问题。根据建立的目标函数（能耗的Random Forest回归模型）以及电解过程约束条件，采用改进竞争群优化算法求解电解过程最优工艺参数，使铜箔生产的铜电解过程能耗从优化前5400kW·h/t降低到4850kW·h/t，大幅降低了企业的生产成本，有效提高了企业的生产效益。

摘要:目前，稀土熔盐电解法是制取稀土金属的主要工业生产方法之一，其中电解槽保温层是影响电解温度的重要条件之一。以赣州某企业8kA稀土电解槽为研究对象，利用COMSOL软件进行模拟仿真，研究电解槽保温层厚度不同的情况下电解槽的温度场和电场参数，得到不同保温层厚度下电解槽温度场与电场的分布情况。结果表明：电解槽在电解过程中保温层壁面的温度差要远大于石墨坩埚壁面温度差，表明保温层在电解槽电解过程中起着主要的保温作用；随着保温层厚度的增大，电解区域的温度逐渐增加，温度梯度逐渐减小，温度场分布更均匀；电解槽的阴极表面电流密度先增大后减小，在保温层厚度为78mm时，阴极表面电流密度达到最大值，即3.568×104^A/m²，阴极表面电流密度越大则电解槽电解效率越高。结合电场和温度场分布结果得出，当电解槽保温层的厚度为78mm时，电解槽的电解效率最高。

摘要:我国铝土矿对外依存度高，粉煤灰作为富铝产品，如何从粉煤灰中回收铝是铝及煤化工行业关注的热点之一，粉煤灰提铝技术的开发对于改善环境、实现资源优化配置具有重要意义。本文分析了不同产地（内蒙古、山西、安徽、北京）的粉煤灰的物化性能，介绍了从粉煤灰提取氧化铝的技术进展，系统总结了碱法（碱烧结法和碱溶法）、酸法（硫酸浸出法、盐酸浸出法和硫酸氢铵法）、酸碱联合法及其他方法（碳热还原法、微波助溶法和生物浸出法）的工艺流程、原理及不足之处，调查了对大唐国际、蒙西集团、神华集团、华电集团等企业在粉煤灰提取氧化铝项目的产业化进展，并提出开发更加经济高效的工艺、铝尾渣的进一步资源化利用和其他有价金属的提取等建议。

摘要:铅银渣是湿法炼锌热酸浸出工序产出的一种危险废物，其中有价金属高效富集和回收对促进湿法炼锌行业绿色循环发展具有重要意义。本文采用烟化挥发法从脱硫处理后的铅银渣中回收有价金属，用FactSage8.1热力学软件研究了烟化法挥发锌、铅、铟、镉的可行性，并分析了烟化挥发过程影响金属挥发率的主要因素。研究表明：烟化挥发过程Zn、In、Cd先还原后氧化，最终以氧化物富集在烟尘中；在烟化挥发温度1250℃、烟化挥发时间60min、配碳比25%的最佳条件下，Zn、Pb、In、Cd的挥发率分别为99.69%、82.26%、99.09%、99.90%，实现了有价金属的高效富集。SEM研究表明，烟化渣含有金属Fe、铝硅酸钙等，可通过磁选回收铁资源，具有再利用价值。该研究为火法冶金处理铅银渣的工业化应用提供理论和数据支撑。

摘要:本文基于目前工业上对含氟废气处理的方法-干法净化法，以某种国产拜耳法氧化铝和某种高铝粉煤灰盐酸法制备的氧化铝作为吸附剂，从预期的试验条件出发，自行设计、搭建、调试了一套静态吸附法试验装置，在实验室采用氟化氢体积浓度为5×10^-2%的混合气体，进行氧化铝的静态吸附试验。试验研究了吸附温度(25℃、80℃、95℃、110℃)和吸附时间(12min、20min、30min、45min、60min)对2种氧化铝吸附氟化氢过程的影响。采用氟离子选择电极法测量吸附反应后载氟氧化铝中的氟含量，通过氧化铝的载氟量计算吸附过程的累计平均吸附效率。对某种粉煤灰氧化铝和某种国产拜耳法氧化铝的氟化氢吸附能力进行对比研究，不同温度下，2种氧化铝的载氟量随时间曲线呈现不同的规律。对于拜耳法氧化铝，在吸附前期110℃时，氧化铝对氟化氢的吸附速度快于其他反应温度，110℃时100g Al₂O₃的饱和吸附量为3.06g HF；对于粉煤灰酸法氧化铝，吸附前期95℃时的吸附速度最快，95℃时 100g Al₂O₃的饱和吸附量为2.94g HF。

摘要:针对铜渣含铁量较高导致铜渣活性较低的问题，提出了利用磁选预处理清除铜渣中磁性矿粉的方法，以提高铜渣活性。采用SEM、XRD等手段研究磁选对铜渣物相结构的改变，并利用未磁选及磁选的铜渣为主要材料制备铜渣粉胶凝材料，探究磁选对胶凝材料抗压强度的影响。结果表明：①通过对铜渣进行磁选预处理可减少铜渣内部分区域的磁性氧化物含量，使得物相结构发生改变；②磁选率会随着铜渣粒径的减小而增大，当铜渣粒径小于74μm时，磁选率达到9.8%；③利用磁选铜渣制备的胶凝材料，养护3d、7d、28d抗压强度分别提升25%、32.5%、61.6%，28d抗压强度达到20.18MPa，表明磁选可改变铜渣物相结构，提高胶凝材料抗压强度。磁选预处理为进一步提高铜渣粉活性提供新思路，对实际工程有一定的参考价值。

摘要:冶金工业和水泥工业是全球CO₂排放的主要行业，面临着巨大的“碳减排”挑战。钢渣是冶金工业产生的大宗固体废弃物，在富CO₂的环境下具有较高的碳化反应活性。本文以钢渣为主要原料，研究钢渣在常温常压下的碳捕集能力，制备了用于水泥行业的碳化钢渣掺合料，并探索了其对水泥砂浆流动度、力学强度和微结构的影响。结果表明，钢渣可在常温常压下捕集CO₂，钢渣的碳化增重最高可达9.11%，表明每吨钢渣可捕集约90kg CO₂；经过碳化处理的钢渣由于表面形成了多孔碳化产物，吸水率会增加，因此会对水泥砂浆的流动度有一定的影响；掺有碳化钢渣的水泥基材料结构更为致密，水泥砂浆后期力学强度优于掺有未碳化钢渣的水泥基材料，并且碳化增重率越高，水泥砂浆的28d抗压强度也越高。

摘要:钢渣作为钢铁生产过程中产生的副产品，其中含有多种有用成分，但是国内目前对钢渣的处理，主要作为钢渣砖，路基材料和处理废水等低价值利用，未对钢渣中的有效成分进行再次利用，而钢渣中含量为40%~60%的钙基，对制备工业级碳酸钙产品有积极作用，因此研究钢渣的钙组元提取技术对钢渣的综合利用和减碳具有重大意义。文章着重分析了国内外对钢渣的钙组元浸出处理技术研究，主要有去离子水浸出法、酸浸出法和铵盐浸出法，简述了近年来我国钢渣提取钙组元技术的研究进展，对比了几种主流浸出方法的优点和缺陷，并对其目前技术的局限性简单的做了建议和对未来发展方向进行展望。

摘要:为促进赤泥和磷石膏两大工业固废的资源化利用，以赤泥、磷石膏和胶凝材料（包括水泥、钢渣、矿渣）为原料制备复合材料砂浆，研究了磷石膏添加量对复合材料物化性质的影响。试验结果表明，当赤泥添加量为70%，磷石膏添加量为10%时，复合材料7d抗压强度和28d抗压强度分别为14.97MPa和15.2MPa。采用XRD、SEM-EDS、TG和FTIR对复合材料矿物结构和微观形貌进行表征和分析，结果表明加入适量磷石膏可有效填充复合材料的内部结构，提高机械性能；加入过量磷石膏会形成大量的钙矾石，增大复合材料内部孔径，同时磷石膏中磷、氟成分大量富集会降低复合材料机械性能；复合材料合理配比，可固定赤泥中的钠元素，有效缓解赤泥基建筑材料的泛霜行为。对复合材料进行浸出试验，ICP-OES检测表明复合材料浸出液中重金属元素浓度满足Ⅲ类地下水排放标准，可用于工程应用。

摘要:为实现危险废物侧吹熔炼含铁冶炼渣的无害化处理，本文采用高温熔融玻璃化技术进行处理，通过掺杂不同质量比例的氧化硅控制碱度，在不同熔融温度、不同冶炼气氛下进行熔融，而后进行水碎。结果表明: 随着碱度的下降，熔渣的玻璃态物质占比升高、半球温度明显降低、Fe³⁺/Fe²⁺比例略微下降、黏度上升；同时，当冶炼气氛氧分压下降时，熔渣的玻璃态物质占比和半球温度明显降低，Fe³⁺/Fe²⁺比例均呈下降趋势；1380~1420℃区间内，熔炼温度对上述性质影响不太明显；温度升高，玻璃态物质占比、半球温度和黏度略有下降；熔融温度1400℃时，在CO和CO₂分压比例1∶1、保温时间3h、碱度0.7的最佳工艺下，用含铁冶炼渣制备出的玻璃体中有害元素的浸出毒性及酸溶失率远低于相关表征限值要求，可以实现无害化处置。

摘要:微波脱砷具有升温快、不产生热源气体以及升温过程物料无需翻动利于物料于炉内烧结造块的技术优势。本文对锌冶炼次氧化锌烟灰开展砷物相化学分析、热力学计算分析以及微波脱砷结块试验研究。结果表明：锌冶炼次氧化锌中砷的主要物相为砷（Ⅲ）氧化物，还含有少量的高价砷（Ⅴ）氧化物、硫化砷以及砷酸盐；脱砷温度升高以及脱砷时间延长有利于次氧化锌中砷的脱除。热力学分析表明，在低温微波脱砷结块过程中，主要发生的脱砷反应为砷（Ⅲ）氧化物的挥发反应。低温微波脱砷结块试验的适宜反应条件为：微波脱砷温度580℃，脱砷时间60min，结块温度750℃。在此条件下，脱砷结块的烟灰平均含砷0.87%，脱砷率89.29%，结块率72.41%。该研究对含砷固废资源化回收技术水平的提升具有重要意义。

摘要:铀矿堆浸作为我国目前主要的浸出手段之一，具有成本低、对环境无二次污染的优点，但堆浸也存在浸出周期较长、容易造成堵塞等缺点。为改善以往浸铀周期较长的问题，本文对铀矿柱浸过程进行研究，使用5g/L硫酸、5g/L Fe³⁺作为浸出剂，分别对酸化和加铁浸铀2个阶段考察不同粒径和不同渗流速率对pH值、Eh值、铁浓度、浸铀周期的影响。试验结果发现渗流速率对浸铀周期有显著影响，即渗流速率越快，酸化时间越短、浸铀周期越短，同时过高的渗流速率会使溶浸液与矿石无法充分反应，导致浸出率偏低；渗流速率为382.16L·h-1·m^-2、178.34L·h^-1·m^-2、127.38L·h^-1·m^-2的体系（粒径为-8mm）浸铀周期逐渐延长，分别为38h、50h、72h，最终铀浸出率分别为81.14%、84.48%、85.02%；高速渗流的情况下，粒径越小，反应周期越长，浸出率越高; -5mm、-8mm粒径体系（5g/L硫酸、5g/L Fe³⁺、178.34L·h^-1·m^-2渗流速率）的铀浸出率分别为88.61%、84.48%，浸铀周期分别为60h、54h。本研究旨在为绿色高效浸铀提供参考。