中国有色冶金

摘要:铝电解槽大修时产生的废旧阴极炭块已被列为危险固体废弃物，但其还蕴含丰富的C、F、Al等有价组分，回收价值高，必须对其进行合理处置。通过无害化处理和资源化利用有利于降低铝电解行业的环境污染性、推动铝电解行业绿色高效循环发展。本文阐述了废旧阴极炭块的排放规律和资源环境属性，并以火法处理工艺和湿法处理工艺为着力点，综述了废旧阴极炭块的综合回收利用方法，具体介绍了微波辅助高温焙烧法、真空焙烧法、超高温石墨化法等火法处理工艺；浮选法、化学浸出法、水浸法等湿法处理工艺。火法处理工艺具有单位处理量大、工艺流程简单的优势，但其在焙烧过程中伴随大量碳质材料的燃烧与烟气的产生；湿法处理工艺回收碳材料纯度高、处理量大、资源利用率高，但需要处理复杂的酸碱废液的二次污染问题。未来废旧阴极炭块的无害化处理不仅要解决污染问题，还要回收其中有价组分并制备多领域应用产品，以实现无污染、低成本、低能耗和高价值的回收目标。

摘要:稀土金属及其合金在当今社会已成为必不可少的资源，其主要采用熔盐电解法制备。本文介绍了高温熔盐和室温熔盐（离子液体）体系电解制备稀土金属及其合金的研究进展。关于高温熔盐体系，介绍了氯化物熔盐和氟化物熔盐体系电解制备稀土金属、不同阴极（惰性阴极、活性固态阴极、活性液态阴极）电解制备稀土合金以及我国稀土熔盐电解关于电解槽、自动化与智能化技术的研究进展。关于离子液体体系，介绍了卤素金属酸盐型、空气和水稳定型、任务特定型、深共晶溶剂几类离子液体电解制备稀土金属及其合金的研究进展。在高温熔盐体系中已经实现多种稀土金属及其合金的工业化生产，但随着“双碳”战略持续推进，稀土电解高能耗、高排放的问题已经是迫在眉睫，开发节能、环保的稀土电解新工艺及设备是稀土电解未来发展的方向。离子液体体系电解产物多为颗粒或薄膜状，制备出块体金属尚有一定困难，继续开发具有低黏度、高盐溶解度、高稳定性等优异理化性能的低成本离子液体，对于低温电解制备稀土金属及其合金具有重要意义。

摘要:我国铜渣的产生量及堆存量正在不断增长，难以被大规模消纳处理；铜渣中含有铜、铁、铅、锌等，大多企业采用缓冷-磨浮工艺实现了铜的回收，而选铜尾渣中的铁（含量大于40%）等资源处于弃置状态。很多学者对铜渣的资源化利用进行了研究，方法主要有选矿富集、湿法浸出、火法处理、直接利用工艺及联合工艺。铜渣中铁元素主要以铁橄榄石和磁铁矿物相赋存，磁选得到的磁选精矿中铅锌含量较高，难以直接用于高炉生产；直接资源化利用是大规模利用铜渣的有效途径，但铜渣成分存在波动，部分研究对铜渣用于建材、水泥、矿体回填材料处理时砷等有害元素的环境释放问题仍存在争议。铜渣中铁回收的关键是破坏分解铁橄榄石结构，碱浸-酸分解、还原/氧化处理可实现铁橄榄石物相的有效分解转变，再经熔分或磁选等处理后可得到铁产品，但处理时应考虑到砷等有害元素对提铁过程及产品的影响。多种工艺结合是实现铜渣中有价组分综合回收及尾渣资源化的有效途径，后续还应持续加强有关铜渣高效回收利用技术理论、装备研发及战略发展路径方面的研究，积极拓宽铜渣综合利用渠道，扩大综合利用规模，提高矿产资源利用效率。

摘要:含钛高炉渣提钛废液中含有多种有价金属，对其进行回收利用，不但能解决环境污染问题，还可以通过在回收过程中制备工业产品提高企业收益率。根据浸出工艺可将提钛废液分为硫酸提钛废液、盐酸提钛废液、硫酸铵焙烧-硫酸提钛废液和硝酸提钛废液。硫酸提钛废液中含有大量的Al³⁺，常采用提取制备硫酸铝铵和氢氧化铝和废酸循环再利用方式实现综合利用，但制备副产品方法铝脱除率较低，产生的Al(OH)₃胶体过滤较为困难；对于盐酸提钛废液常采用沉淀法回收金属离子，但该方法最终处理废液中含有Cl^-，无法实现绿色排放；对于硫酸铵提钛废液常通过回收溶剂再循环浸出及结晶分离铝硅等组分实现综合利用，具有很好的工业应用价值，但此工艺对设备要求高，絮凝产物为胶冻状液体，过滤较为困难；对于硝酸提钛废液常通过沉淀制备氢氧化铝、碳酸钙、碳酸镁及蒸发母液制得硝酸铵肥料的方法进行综合利用，该方法在酸浸过程中没有消耗硝酸，且工艺简单，有很好的应用前景。未来该领域应在关注钛元素提取效率的同时，发展其他有价元素的回收利用工艺，研发生物浸出、电化学浸出等更为环保的处理技术，减少有害副产品的生成，实现更加可持续的处理流程。

摘要:镓是现代新能源和高科技产业的支撑材料，其需求量不断增长；我国低阶煤储量丰富且伴生有金属镓，但我国低阶煤具有碳硅含量高、镓含量低的特点，使得镓浸出干扰大，造成浸出率低和镓分离难。本文提出一种利用布多尔反应脱除低阶煤中碳元素的预处理工艺，研究在表征分析的基础上，进行了TG-DSC分析，并进行了低阶煤CO₂气化脱碳过程的单因素试验，得到以下主要结论。低阶煤的化学成分主要为碳、氧、铝、硅，镓含量为13μg/g，主要物相结构为高岭石、石英、方解石、赤铁矿和有机物等；低阶煤在Ar气氛下质量损失约29%，而在CO₂气氛下的质量损失超过75%，归因于在CO₂气氛下发生了布多尔反应；在脱碳温度为1100℃、脱碳时间为60min和CO₂气体流量为5L/min的较优脱碳条件下，低阶煤的脱碳率可以达到90.43%，且镓的含量从13μg/g提高到99μg/g，富集了6.6倍。该方法利用工业生产过程中产生的CO₂废气，将低阶煤中难以直接利用的碳资源转化为易于收集利用的气体能源CO，而且实现了低阶煤中镓元素的有效富集。

摘要:目前，工业上应用最广泛的制备金属钛的方法是Kroll法，但是Kroll法的生产过程不连续、生产周期长、成本高，导致钛金属的价格高昂，限制了钛的应用。因此，开发连续生产、短流程、低成本的钛冶炼新技术具有重要意义。氢辅助镁热还原法通过在系统中引入氢气使Ti-O固溶体转变为Ti-O-H固溶体，打破了镁热还原二氧化钛的热力学极限。本文通过氢辅助镁热还原法使用粒度为0.05mm的TiO2在650℃还原2h制备了高纯度的低氧氢化钛，并通过热力学计算研究了氢气对Ti-O固溶体的失稳作用，氢的存在使镁热还原二氧化钛过程所需的温度更低、时间更短、还原更加彻底；通过单因素试验考察粒度对产物的氧含量的影响，结果表明，粒度越大产物的表面氧含量越低，但过大的粒度会导致其晶格氧的还原效果变差；还原产物的脱氧是对其晶格氧的脱除。本研究结果可为氢辅助镁热还原法的进一步发展提供参考。

摘要:我国镁还原渣堆存量高达5000万t，目前利用方法主要集中在制备建筑材料、胶凝材料和墙体材料等，张廷安教授团队提出“浸钙-净化-电解-碳化”工艺处理镁还原渣制备食品级碳酸钙粉体的新方法，本文对工艺中的浸钙过程进行研究，提出盐酸二段式浸出方法，并采用单因素试验考察各工艺参数对镁渣中金属元素浸出的影响，得到以下主要结论。二段式盐酸浸出通过控制第一段浸出过程盐酸加入量控制硅胶的生成，有效避免了浸出的不利影响；在一段浸出工艺参数盐酸浓度3mol/L、液固比5L/kg、时间60min，二段浸出工艺参数盐酸浓度2.4mol/L、液固比5L/kg、浸出时间30min，且全程在转速500r/min搅拌强化的条件下，钙、镁、铁、铝四种金属的浸出率分别达到99.15%、96.45%、58.43%和90.21%；含钙浸出液中钙元素含量为45.1g/L，相当于氯化钙浓度为125g/L，具有较高的浓度，后续净化以后可通过电解等工序生产食品级碳酸钙等高附加值产品。该工艺产生的尾渣可以作为硅铁的原料，能有效实现镁还原渣废弃物的资源高效化利用。

摘要:为了优化钼冶炼二次氨浸渣处理工艺，提高生产效益，本文考察了常压氢氧化钠+碳酸钠浸出、氧压碳酸钠浸出、低温加压氢氧化钠+碳酸钠浸出三种方案处理氨浸渣的浸出效果及经济效益，得到以下主要结论。氨浸渣中钼形态主要为6.73%的氧化钼、0.67%的钼酸盐、0.36%的硫化钼，采用氧压浸出可以缩短浸出时间，提高钼浸出率；三种方案在优化工艺条件下的钼浸出率分别为91.70%、97.22%、94.21%，渣含钼分别为0.89%、0.265%、0.60%，氧压碳酸钠浸出方案指标最优；该方案的优化工艺参数为碳酸钠50g/L、液固比L/S=4、温度210℃、氧压0.5MPa、搅拌浸出时间1h，此条件下，处理1t氨浸渣运行成本为1441元，利润为3.73万元，可以弥补与其他两种方案对比的设备投资成本差额。氧压碳酸钠浸出方案具有钼回收率高、药剂消耗少、浸出杂质低和经济效益显著等优点，为含钼氨浸渣处理提供了参考。

摘要:碱性燃料电池，由于其能量转换效率高、工作温度相对较低、绿色无污染等优点，近年来备受关注。然而，阴极的氧还原反应动力学缓慢是碱性燃料电池的关键限制因素，开发应高活性、稳定和低成本的氧还原反应催化剂具有重要意义。本研究以不同比例的钴锌双金属为金属源，将前驱体直接热解制备了一种新型二维片状结构的钴基催化剂，记为Co@NC-L-Co_xZn_y。采用SEM、TEM、SAED、EDS-Mapping、XRD、XPS、BET、ICP-MS和Raman等分析技术表征了催化剂的形貌结构，在碱性环境中测试了Co@NC-L-Co_xZn_y的电化学性能。结果表明，Co@NC-L-Co₃Zn₁呈现出叶片状结构，具有优异的电催化活性与稳定性，在0.1mol/L KOH电解液中初始电压（E_on-set）和半波电位（E_1/2）分别为0.918V和0.853V，计时电流法运行10000s后维持初始电流的87.3%，其性能与商用催化剂20wt%Pt/C相当。

摘要:储氢合金能够极大程度缓解风能、太阳能等进行电解水制氢间歇供电时组分的溶出问题，钒基固溶体储氢合金相较于稀土系储氢合金，在室温条件下具备独特的可逆吸放氢过程，能更有效避免电极组分在断电过程中的溶出。本文从提升电极抗间断供电能力和降低析氢过电位两个角度出发，以钒、钛、镍金属粉末为原料，采用粉末固相烧结法制备了钒基多孔合金析氢材料，并考察了制备工艺条件对材料表面形貌和析氢催化能力的影响。结果表明，热力学计算结果显示温度700℃时Ti2-Ni相消失，Ti-Ni相达到峰值，含量约26%，温度950~1000℃时，Ti-Ni相熔化，产生液相；在造孔剂碳酸氢铵添加量30%、成型压力150MPa、烧结温度950℃、保温时间4h的条件下，所制钒基合金性能较好，孔隙率52.99%，开孔隙率32.56%，能够为析氢反应提供较多的活性位点；该钒基合金析氢过电位268mV、电荷转移电阻92.7Ω、电化学活性表面积ECSA为5.69cm2，析氢过电位低于铁片电极和铜片电极。

摘要:我国对钯资源市场需求量很大，但储量匮乏，回收含钯二次资源对我国的工业发展意义重大。钯灰是回收含钯二次资源过程的一种产物，建立一种快速、准确、易掌握的检测方法为提高钯回收率和贸易提供了有力保障。本文采用过氧化钠在750±10℃对试样进行熔融后用盐酸浸出分解试样，加入丁二酮肟络合钯形成沉淀后分离杂质，再通过盐酸-过氧化氢返溶丁二酮肟钯沉淀；使用电感耦合等离子发射光谱在最佳工作条件下对试样进行测定，选择分析谱线Pd340.458nm计算结果。该方法分别与碱熔-碲共沉淀法、密闭消解法和容量法比对，测定结果高度吻合，方法加标回收率为97.8%~100.7%，相对标准偏差（RSD）为0.36%~0.80%，测定范围为1%~15%，是一种简单、高效、准确的检测方法。

摘要:采用吸附技术处理含铀废水具有操作简单、绿色清洁、去除性能优异等优点，开发高效且制备简单的新型吸附材料是该领域的重要研究课题。双金属氢氧化物具有合成简单、吸附性能优异等特点，成为高效处理含金属离子废水的潜在吸附材料，但文献报道的钴镁双金属氢氧化物对铀的最大吸附量仅为9.84mg·g-1且成本昂贵。本研究采用一步合成法简易制备出新型铁钡双金属氢氧化物吸附材料，对其进行表征与分析，并进行单因素条件试验考察优化工艺参数，得到以下主要结论：Fe-Ba双金属氢氧化物为不规则的类颗粒结构并存在一定的孔隙，主要由Fe(OH)3、Ba(OH)2和BaCO3所组成，含有丰富的羟基和碳酸根，羟基和碳酸根对铀的络合为主要的吸附机理；该吸附材料去除废水中U(VI)的较优条件为温度25℃、pH=5.5、固液比0.2g·L-1、时间50min，该条件下对含U(VI)10mg·L-1废水中铀去除率为96.52%；该吸附材料受干扰离子和腐殖酸的影响较小，处理含U(VI)10mg·L-1废水对铀具有一定的选择性；吸附模型分析表明，该吸附材料对铀的去除以单层和化学吸附为主，最大吸附量可达163.93mg·g-1。该吸附材料适合处理含铀5~10mg·L-1废水，且具有制备简单、无二次污染及成本低的优势，具有工业应用价值。

摘要:锂云母作为提锂的重要矿石，在冶炼过程中会产出大量含氟废水及浸出渣，对环境造成严重污染。本文以锂云母浸出渣为基本骨架，通过高温焙烧、硫酸铝溶液浸泡等方式对其进行改性，制备新型除氟材料，通过SEM、TEM、XRD、FTIR对改性后的材料进行形貌和结构分析，采用静态吸附试验研究其除氟性能，并通过吸附动力学和等温吸附线模型研究其吸附机理。结果表明：改性未将锂云母浸出渣中的氟脱离出来，但极大改变了材料的表面形貌，增加了表面的活性位点数量；采用焙烧-硫酸铝溶液浸泡-碱改性制备吸附剂的工艺条件为焙烧温度450℃、焙烧时间2h、硫酸铝溶液浓度（以Al³⁺计）12g/L，在吸附剂投加量5g/L、反应温度25℃、含氟溶液初始浓度5mg/L的条件下，吸附1min时，除氟率达到91.56%，180min达到吸附平衡，除氟率高达95.12%；吸附剂吸附氟离子过程与Langmuir模型和准二级动力学模型高度拟合，即以单分子层吸附和化学吸附为主。改性锂云母浸出渣对水中氟展现出良好的吸附能力，可有效去除氟污染，且改性过程中渣中氟不会脱离，可以应用至其他高氟地下水的处理。

摘要:我国电炉镍铁渣（FNS）产出较多，该渣具有一定碱水化活性，可作为辅助胶凝材料；高炉渣（GGBS）具有优良的水化胶凝活性，是性能最佳的辅助胶凝材料之一。为了最大资源化利用镍铁渣，本文采用在高炉渣中掺入镍铁渣的方式制备活性复合微粉，并考察了其活化性能和力学性能等指标，得到以下主要结论。增加镍铁渣粉比表面积，能够提高镍铁渣-水泥砂浆试件力学强度，但会降低韧性；当镍铁渣在复合微粉中占比低于20%时，能够达到S105级矿渣微粉活性要求；占比为20%~40%时，能够达到S95级活性要求；掺入镍铁渣能够降低易磨性，故混配成复合微粉之前，镍铁渣需预磨至一定细度；掺入镍铁渣后能导致砂浆早期强度损失，但随龄期增加镍铁渣水化活性逐渐显现；当微粉比表面积为410~432m²/kg时，活性可达到Ⅱ级复合掺合料标准，比表面积增至519m²/kg，活性可达到Ⅰ级标准；镍铁渣价格低于高炉渣，掺入镍铁渣能降低复合微粉生产成本，但掺加比例不宜超过20%，此时成本可降低约10%，同时具有较好的技术经济性。

摘要:垃圾焚烧飞灰高温熔融无害化处置可实现二噁英等有机物分解和重金属元素的固化，飞灰无害化程度高，但飞灰中含有的大量氯盐会为熔融过程带来极大阻碍。本文以飞灰渣盐熔融分离为目标，设计选取了理想的低熔点渣型，CaO-FeO-SiO2-Al2O3-Fe2O3五元熔渣，CaO∶SiO2∶FeO∶Al2O3∶Fe2O3=36∶34∶21∶7∶2，熔渣完全熔化温度在1250℃左右；热态试验结果表明，最佳渣型配比方案在实现渣盐高效分离的同时，有效抑制了氯盐挥发，渣盐熔融分离后Cl、K、Na元素富集于熔盐相，比例分别达到76.40%、97.54%、88.19%；炉渣水碎实现了对Pb、Zn等重金属固化，相比于原料飞灰，水碎渣中Pb、Zn、Cr等元素浸出浓度值降幅分别可达99.48%、90.00%、72.00%，水碎渣浸出毒性测试满足玻璃化产品要求；将飞灰渣盐分离后尾渣与焚烧底渣协同处置制备玻璃化产品，可实现垃圾焚烧发电过程灰渣“零排放”。

摘要:针对镁法烟气脱硫产物氧化速率低和难利用的问题，本文利用加压强制氧化亚硫酸镁的方法，研究了加压条件下工艺制度对亚硫酸镁氧化行为的影响，并借助分子动力学（MD）模拟方法，计算了氧气在溶液中的扩散系数（D），探究了系统相对压力（系统压力为0.1MPa）对氧气在溶液中扩散行为的作用机制。结果表明，高压系统中高温和酸性环境能增大氧气的扩散系数。另外，随温度的升高，亚硫酸镁的氧化速率呈先升高后降低的趋势，当温度为318K时氧化速率达到最高；而随pH值的增大，亚硫酸镁的氧化速率呈先降低后升高的趋势，当pH=7.0时氧化速率达到最高。当系统相对压力为0.3MPa、温度为301K和pH=7.0时，亚硫酸镁的氧化率可达到91.58%，且其氧化速率是常压鼓泡反应的3.99倍，该结论对于镁法脱硫产物的资源化利用具有重要参考价值。

摘要:探究含铜物相在渣中的赋存特性对提高其后续高温还原、浮选及湿法浸出等资源化回收处理利用率具有重要意义。本研究利用MLA、SEM-EDS及粒度分析等手段揭示了铜在渣中的物相存在形式及其与各相间的赋存关系。结果表明，渣中含铜物相包括Cu₂S、Cu₅FeS₄、Cu及CuSb，其含量分别为3.01%、0.28%、2.38%及0.04%。Cu₂S、Cu₅FeS₄颗粒粒度主要分布区间分别为6.8~75μm（69.74%）、3.4~27μm（79.46%）。粒径大于53μm的金属铜颗粒占比为58.4%。CuSb颗粒较小，93.32%的颗粒粒径在6.8~38μm。Cu₂S、Cu₅FeS₄主要与渣中Fe₃O₄、Fe₂SiO₄、(Pb,Zn,Fe,Al,Ca,K)SiO4呈连生或包裹状态，其自由表面积比例分别为79.57%、74.74%。自然铜与Fe₃O₄、Fe₂SiO₄、Cu₂S连生或被其包裹，部分包裹少量PbS，其自由表面积比例为50.40%。CuSb在渣相中含量低，主要被Cu₂S、Cu、Fe₃O₄、Fe₂SiO₄所包裹，自由表面积比例仅为28.14%。研究结果为制定渣中不同含铜物相高效分离回收工艺提供了参考依据。