从铂族金属废料中回收再利用钌对于实现行业可持续发展、节约资源和环境保护都有着重大影响。钌废料一般包括含钌废催化剂、含钌合金材料、含钌核废料和其他含钌废料等。综述了不同钌废料的综合回收处理方法,分别介绍了氧化蒸馏法转化可溶性盐、熔融—还原—氧化法、熔融—氧化—蒸馏法、微波浸出—浊点萃取法、蒸馏—熔融—还原法、熔融—还原—氧化法、离子交换法、氧化挥发法、电解法、生物吸附法和物理吸附法等工艺,总结了现有钌废料回收技术的优缺点,并对未来钌废料回收工艺的发展方向进行了展望。

研究了采用空白焙烧—酸浸工艺从某石煤钒矿中提取钒,考察了磨矿细度、焙烧时间、焙烧温度、硫酸用量、助浸剂CaF₂用量、浸出温度、浸出时间和液固体积质量比对钒浸出率的影响。结果表明:适宜的空白焙烧条件为磨矿细度-74 μm占70%,焙烧温度775 ℃和焙烧时间5 h;适宜的酸浸条件为硫酸用量10%、助浸剂CaF₂用量3%,液固体积质量比1.5∶1,浸出温度25 ℃和浸出时间1.5 h;适宜条件下,钒浸出率可达81.5%。

为了对相山铀矿伴生稀土资源进行有效的经济开发,研究了利用一株全新的具有特异性铀识别能力的微杆菌Microbacterium sp.6-1对相山富稀土铀矿石进行浸出。结果表明:该株微杆菌可定向附着在含铀矿物表面,高效浸出铀元素及伴生稀土元素。在30 d内可浸出原岩约81%铀元素和约62%稀土元素,且能进一步富集浸出液中重稀土元素。研究结果对综合开发铀-稀土伴生矿资源具有重要参考意义。

针对白云鄂博尾矿中含铌矿物综合回收利用中存在的问题,研究了用氢氟酸浸出含铌矿物中的铌,确定了最佳工艺条件,并探讨了浸出动力学。结果表明:在反应温度90 ℃、液固体积质量比7/1、氢氟酸浓度20 mol/L、反应时间2 h、搅拌速率300 r/min条件下,铌浸出率达90.91%;铌的浸出过程符合核收缩模型,浸出过程由化学反应和扩散混合控制,表观活化能为35.459 kJ/mol。该法能有效提取尾矿中的铌,有利于后续分离提纯。

在采用焙烧―氨浸法生产钼酸铵过程中,通过ICP、XPS、SEM等手段研究了钼焙砂氨浸过程中钾元素的浸出规律,并借助MLA和Factsage热力学软件考察了氨浸过程中钾元素的赋存形态变化。采用未反应核模型、抛物线扩散方程、双常数方程、Elovich方程及一级动力学方程等动力学模型探讨了钾释放的动力学规律。结果表明:钼焙砂氨浸过程中钾的浸出可分为2个阶段:前期为离子钾的浸出过程,主要发生KCl、K₂SiF₆的离子交换反应,浸出活化能较小,仅为4.79 kJ/mol,Elovich模型对该阶段的拟合效果最好;后期主要为矿物钾中钾的浸出过程,浸出活化能较大,为34.55 kJ/mol,最优动力学模型为双常数模型。浸出后期,钾的释放速率较慢,4种含钾矿物的释钾能力由弱到强顺序为:伊利石<钡铁云母<云母<正长石。

研究了采用盐酸酸化法从菱镁矿低温煅烧所得轻烧粉中浸出镁,考察了盐酸添加方式、盐酸浓度、液固体积质量比、外力作用方式和反应时间对镁浸出率的影响,采用收缩核模型分析了超声条件下轻烧粉的浸出动力学,并进一步分析浸渣的粒度分布、矿物成分及矿物嵌布特征。结果表明:在反向缓慢添加盐酸、盐酸浓度14.8%、液固体积质量比9.8/1、搅拌速度400 r/min、浸出时间12.5 min条件下,镁浸出率达70.48%;引入超声可使硬团聚产生裂纹或碎解,有利于固液传质,将镁浸出率提高至90.56%;轻烧粉的浸出过程符合表面化学反应及产物层扩散的混合控制模型;硬团聚内部镁氧比为1.33,边缘为1.65,内部有大量未反应的镁,超声作用使浸渣粒度由42.61 μm减小至24.39 μm,超声的气泡振动力和空泡破灭形成的冲击波可有效防止硬团聚的形成或使硬团聚重新碎解分散。

研究设计了一套铝灰水解制氢装置,考察了反应温度、液固体积质量比、搅拌速度及铝灰粒径对铝灰水解制氢过程的影响,并探讨了铝灰水解制氢过程的动力学。结果表明:铝灰水解制氢的最佳工艺条件为反应温度85 ℃,液固体积质量比10 mL/1 g,搅拌速度130 r/min,铝灰粒径>80目;最佳条件下所得水解渣的主要物相为MgAl₂O₄、Al(OH)₃及Al₂O₃;铝灰水解制氢过程受化学反应控制,化学表观活化能为67.01 kJ/mol,浸出过程符合Avrami-Erofeyev模型。该法可为铝灰水解制氢工艺过程的设计提供一定技术参考。

采用共沉淀法研究制备了不同质量比的磁性介孔碳(MMC)与羟基磷灰石(HAP)复合材料(MMC@HAP-x,x=1、4和6)并用于去除溶液中U(Ⅵ)。采用XRD、FT-IR、Zeta等方法表征了MMC、HAP和MMC@HAP-x的结构、功能基团及表面电位等理化性质。探讨了MMC@HAP-x吸附U(Ⅵ)的动力学、热力学及吸附机制。结果表明:MMC@HAP-x对U(Ⅵ)的吸附最佳pH均为4.0,达到吸附平衡所需时间均小于10 min,MMC@HAP-6的理论饱和吸附量可达1 164.62 mg/g,且吸附过程是自发的化学吸附过程。U(Ⅵ)在MMC@HAP-x的固定是由于HAP与$\mathrm{UO}_{2}^{2+}$相互作用形成了Ca(UO₂)₂(PO₄)₂·3H₂O。MMC@HAP-6是一种快速的铀吸附剂,有望用于放射性废水中铀的去除。

针对西藏碳酸型盐湖,采用吸附法进行连续离子交换提锂试验研究,考察了H₂TiO₃型锂离子筛在盐湖卤水提锂的吸附—解吸过程,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对吸附前后锂离子筛的晶型和形貌进行了表征。结果表明:造粒后H₂TiO₃锂离子筛表面颗粒分散性良好,孔道疏松,晶体结构稳定,循环使用后结构未发生明显变化;在连续离子交换系统中,按吸附—洗料—解吸—洗酸4段工序将30柱分配为6∶1∶2∶1,H₂TiO₃型锂离子筛在吸附进料流速12 BV/h、三级吸附、吸附时间3 h、洗料流速10 BV/h、冲洗时间30 min、解吸过程盐酸为0.1 mol/L、解吸温度30~40 ℃、循环解吸1 h、洗酸流速8 BV/h、冲洗时间30 min条件下连续吸附卤水运行30个周期,吸附性能稳定,吸附量约6.67 mg/g,吸附率约80%,富锂解吸液中Li⁺质量浓度约为1.2 g/L,ρ(Li⁺)/ρ(Na⁺)约为1。该法具有一定工业化推广应用价值。

研究了以聚苯胺(PANI)包覆四氧化三铁制备Fe₃O₄@PANI磁性吸附材料,并用于吸附水中的碘单质。采用SEM、TEM、FT-IR、XRD、VSM、XPS和Raman等方法对该复合材料吸附前后的形貌与性质进行表征,探究了该复合材料的吸附机制,同时考察了吸附时间、碘溶液浓度、吸附温度及再生对吸附性能的影响。结果表明:聚苯胺包覆四氧化三铁吸附溶液中的I₂时,碘分别与聚苯胺的苯环、醌环及醌环结构单元的氮原子结合;Fe₃O₄@PANI对I₂的吸附为自发吸热的过程,符合准二级动力学模型与Langmuir等温吸附模型;在303.15 K时,理论最大吸附量为1 777.13 mg/g,负载吸附剂用乙醇脱附并循环使用3次后,其吸附率可达第1次吸附率的44.22%。

以4N阴极铜为原料,研究了用硝酸体系电解精炼制备高纯铜新工艺,探讨了电解液成分对阴极铜中S、Cl、典型正电性杂质及负电性杂质质量分数的影响规律,分析了Cu(NO₃)₂·3H₂O原料纯度、电解液组分(Cu²⁺、HNO₃和Cl^-质量浓度)和电解周期对阴极铜纯度、杂质质量分数、电流效率和直流电耗的影响规律。结果表明:在Cu(NO₃)₂·3H₂O纯度99%下配制电解液,控制电解液中Cu²⁺质量浓度50 g/L、HNO₃质量浓度31.5 g/L、Cl^-质量浓度0.1 g/L、电解周期72~120 h最佳工艺条件下可制得纯度达6N5、主控杂质元素均达到GB/T 26017—2020标准中HPCu-6N要求的高纯阴极铜。

针对以刚果(金)铜钴多金属共生矿石为原料的提钴工艺,研究了采用活性氧化镁选择沉淀模拟含钴溶液中的钴并制备粗氢氧化钴,探讨了溶液中氢氧化物沉淀的动力学,考察了氧化镁粒径、氧化镁添加量及添加方式、反应时间、温度对铁、钴、锰沉淀的影响。结果表明:通过添加30%过氧化氢能快速去除模拟含钴溶液中的杂质铁;按照添加量0.68/1、多次加入方式向模拟含钴溶液中添加粒径小于45 μm活性氧化镁,在常温下反应6 h所得一级沉淀符合行业标准一级品要求,次级沉淀符合三级品要求。该工艺具有成本低、实用性强等优点,可有效提高氧化镁沉钴效率。

针对高氟铀铍矿提铀过程中,利用所得BeSO₄溶液制备氢氧化铍时存在杂质较高问题,研究了采用重溶水解法处理高Fe、Al杂质的粗氢氧化铍沉淀,考察了粗Be(OH)₂沉淀方式、NaOH用量、重溶温度对粗Be(OH)₂重溶效果的影响。结果表明:采用重溶水解法能使Be与$\mathrm{SO}_{4}^{2-}$高效分离,大幅降低产品中Fe、Al含量;将所得纯度较高Be(OH)₂进行焙烧可制备符合工业标准的高纯BeO产品。

氮化铝的去除是二次铝灰无害化处理的关键工序之一。研究了在氧化钙-葡萄糖水解体系中去除二次铝灰中的氮化铝,考察了氧化钙添加量、葡萄糖添加量、水解温度、水解时间、液固体积质量比对氮化铝去除率的影响,并探究了添加剂促进氮化铝水解去除的机制。结果表明:在水解温度90 ℃、水解时间2 h、液固体积质量比10 mL/1 g、氧化钙添加量10%、葡萄糖添加量0.75%最佳试验条件下,氮化铝去除率达95.42%。通过分析表征确定,在氧化钙-葡萄糖水解体系中,葡萄糖起缓凝剂作用,可抑制氮化铝颗粒表面铝酸钙包覆层的形成,使氮化铝水解反应彻底进行,从而提高其去除率。

湿法炼锌中产生的污酸经硫化、锌焙砂中和、碳酸钙中和后可去除砷、氟,同时还可有效减少石膏渣产量,但中和后液中氯含量较高,无法返回至湿法系统重复利用。研究了采用铜渣除氯法去除该溶液中的氯,结果表明:在过氧化氢加入量2.3 mL/L、铜渣系数6.8、初始酸质量浓度15 g/L、温度35 ℃条件下反应2 h,溶液中的氯可由0.62 g/L降至0.17 g/L,氯脱除率为72.58%,溶液铜质量浓度为2.69 g/L,通过锌粉或铁粉回收铜后溶液可返回至湿法系统中重复利用。

以某钨冶炼企业产生的含氟废水为研究对象,针对现有工艺除氟后废水中F^-质量浓度无法达标问题,对比研究了氯化钙沉淀法、氯化钙-铝盐混凝沉淀法、离子交换树脂除氟法3种工艺的除氟效果。结果表明:单独采用氯化钙沉淀法除氟难以保证废水达标排放;氯化钙-铝盐混凝沉淀法除氟和离子交换树脂除氟均可使废水中F^-质量浓度从58. 45 mg/L降至10 mg/L以下,实现达标排放;相较而言,离子交换树脂除氟效果最好,除氟率可达99.64%,有望作为深度除氟工艺,与化学沉淀法联用。

电潜泵是我国地浸采铀工艺中实现浸出液有效提升的主要装备,但目前针对介质举升状态下电潜泵水力部件内部流场作用机制的研究较少。试验以叶轮-导叶内部结构为研究对象,应用CFD方法对介质流动特性开展非定常分析,研究了叶轮和叶轮出口段内部的压力脉动变化规律,并利用瞬态流场数据对叶轮截面压力流场进行动模态分解(DMD)与压力流场重构,揭示了介质举升状态下由动静干涉引起的压力脉动周期性变化规律与动静部件距离对动静干涉强度的影响规律。结果表明,叶片通过频率值与快速傅里叶变换(FFT)频率值基本一致。试验结果可对减少由压力脉动引发的泵体无效震动、优化电潜泵水力部件结构参数和提升系统效率提供一定理论参考。