氯是湿法炼锌过程中的一种有害元素,在锌电积过程中会腐蚀极板与设备并放出氯气等有毒气体,造成生产成本升高与环境污染。简要介绍了湿法炼锌过程中氯元素的来源及其对湿法炼锌过程的各种危害,总结了化学沉淀法、萃取法、离子交换法等主要除氯工艺的研究发展现状及优缺点,并指出了今后的主要研究发展方向。

单斜结构的磷酸钒锂(Li₃V₂(PO₄)₃,LVP)被认为是最有应用潜力的锂离子电池正极材料之一,具有容量高、安全性好、运用寿命长、低温功能优异等优点,但LVP的电子电导率和离子传导率较低,限制了其发展。介绍了LVP正极材料的结构及其电化学反应机制,综述了LVP的主要制备方法及其改性研究进展,并对LVP正极材料未来发展方向和应用前景进行了展望。

钕铁硼永磁体废料作为富含Nd、Pr、Dy等稀土元素的重要二次资源,其回收再利用不仅关乎稀土战略资源的供给安全,更对减少环境污染、促进可持续发展具有重要意义。总结了钕铁硼永磁体废料的来源、基础物化特性和稀土元素的回收技术,综述了火法、湿法和其他回收工艺的基本原理和研究进展,分析了技术优缺点,并对钕铁硼废料回收稀土技术的未来发展方向进行了展望,以期推动该领域的技术进步与可持续发展。

研究了先采用王水浸出电子固体废弃物CPU,得到金质量浓度为256.1 mg/L的浸出液,再采用溶剂萃取法回收酸浸液中的金。考察了萃取剂种类、浓度、萃取时间、萃取相比、萃取温度对金萃取效果的影响。结果表明:以浓度80%的二丁基卡必醇为萃取剂,在相比V_O∶V_A=1∶4、常温条件下振荡反应10 min,金萃取率可达99.86%,再用草酸进行反萃取即可获得海绵金产品,回收效果较好。该法在CPU等含金电子固废的综合回收方面具有一定推广价值。

系统研究了废旧三元锂电池中有价金属元素的回收及电极材料再生。以正极材料粉体为对象,采用酸浸—除杂—共沉淀—高温固相合成的工艺路线,开展了Ni、Co、Mn和Li等有价金属元素的回收研究。考察了H₂SO₄浓度、H₂O₂用量对酸浸的影响,通过NaOH调节浸出液pH去除Fe²⁺、Al³⁺杂质,进而合成三元锂电池正极材料前驱体及再生前驱体活性物质,并探讨了再生正极材料的电化学性能。结果表明:以0.3 mol/L H₂SO₄和8%H₂O₂为酸浸剂,Ni²⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Li⁺浸出率可分别达99.7%,99.1%,97.2%,99.5%;在pH为4.5~6.5条件下可完全沉淀去除Fe²⁺、Al³⁺等杂质,当pH升至10.0时即可完全共沉淀Ni²⁺、Co²⁺、Mn²⁺,获得前驱体;通过加入锂源可再生正极材料;电化学性能测试结果表明,在1 C下,三元锂电池循环1次的放电比容量可达143.7 mAh/g,循环100次后性能稳定,CV曲线有明显的氧化还原峰,不同倍率下循环放电性能良好。

为综合回收退役高镍三元锂电池中有价组分,研究了采用硫酸化焙烧—水浸工艺选择性提锂,水浸渣再经熟化浸出—除杂—共沉淀工艺制备镍钴锰氢氧化物。结果表明:硫酸化焙烧最佳条件为n(H₂SO₄)∶n(Li)=1.4∶1、焙烧温度600 ℃、焙烧时间1 h,焙烧水浸后,Li浸出率可达94.36%,Mn浸出率为11.03%,Ni、Co几乎不浸出;水浸渣在酸矿比1.74、熟化温度120 ℃、熟化时间120 min、液固体积质量比7.5/1 mL/g条件下熟化酸浸,Li、Ni、Co、Mn、Cu、Fe和Al浸出率分别为97.86%、89.16%、95.09%、100%、63.6%、99.71%和56.76%;酸浸液在pH=3.38、沉淀温度60 ℃、沉淀时间60 min最佳条件下进行水解沉淀除杂,溶液中Fe、Al、Cu沉淀率可达100%、98.07%和82.51%;除杂后液调整pH后进行共沉淀可形成镍钴锰氢氧化物,在pH=9.44、共沉淀温度55 ℃、共沉淀时间120 min最佳条件下,Ni、Co、Mn沉淀率可达99.6%、100%和98.72%。

针对U₃O₈原料粒级分布呈“两头多”现象,提出了细颗粒U₃O₈快速溶解、大颗粒U₃O₈设备底部持续溶解的工艺思路,设计了一种槽式连续溶解装置。通过微型、小型和扩大试验验证了该槽式溶解装置的合理性、U₃O₈硝酸连续溶解工艺的可行性,以及对不同原料的适用性。结果表明:在硝酸浓度6 mol/L、溶解温度约60 ℃、停留时间40 min条件下,溶解液中铀平衡质量浓度在350~400 g/L之间,不同来源的U₃O₈原料均能得到有效溶解。

研究了用碳酸钠焙烧活化—硫酸浸出法从粉煤灰中提取锂,考察了粉煤灰与碳酸钠质量比、焙烧温度、焙烧时间、液固质量比,硫酸浓度、酸浸温度及酸浸时间等因素对锂浸出率的影响,并采用缩芯模型对浸出过程进行了动力学分析研究。结果表明:在800 ℃条件下,将粉煤灰与碳酸钠按质量比1∶1混合焙烧180 min后,再于温度90 ℃条件下用2 mol/L硫酸浸出120 min,浸出效果显著,锂浸出率可达99.97%;浸出过程主要受扩散作用控制。研究结果对固废资源中锂元素的浸出回收具有一定参考价值。

赤泥存放量逐年增加带来的环境问题严重制约了我国氧化铝行业发展,因此加强对赤泥的综合利用十分重要。针对云南某铝厂的赤泥,研究了采用钙化-碳化法从中回收钠和铝,并通过XRD和SEM-EDS等手段对钙化-碳化赤泥进行了表征。结果表明:钙化过程的最佳条件为反应温度65 ℃、反应时间36 h、钙钠物质的量比4/1、液固质量比4/1,在该条件下,氧化钠回收率达最高,为59.94%;碳化的最佳条件为反应时间3 h、反应温度110 ℃、液固质量比5/1、二氧化碳压强1.1 MPa,该条件下氧化铝回收率为16.15%;赤泥中的水合铝硅酸钠在钙化过程中转换成了水化石榴石,释放出钠;水化石榴石在碳化过程中分解成CaCO₃、CaSiO₃和Al(OH)₃。该法为赤泥的综合回收利用提供了一种新思路。

研究了新型烷基羟肟酸DX201与P204组成的萃取体系在硫酸溶液中萃取镓的性能,考察了萃取及反萃取条件对其萃取镓性能的影响,并绘制了萃取与反萃取等温线。结果表明:对于硫酸质量浓度为20 g/L的硫酸盐溶液中,在有机相组成为10%DX201+15%P204+75%260^#溶剂油、萃取相比V_O/V_A=1/1、萃取温度25 ℃、萃取时间15 min条件下,镓的单级萃取率为97.52%;采用2.5 mol/L稀硫酸溶液从负载有机相中反萃取镓,在反萃取相比V_O/V_A=2/1、反萃取温度25 ℃、反萃取时间2 min条件下,镓的单级反萃取率为94.21%;用DX201进行3级逆流萃取镓,萃取率可达99.64%,萃取性能稳定。

研究了以纳米四氧化三铁(Fe₃O₄)为内核、MgCl₂为镁源,制备磁性多孔氧化镁(m-MgO),并用于吸附水溶液中的U(Ⅵ)。采用FT-IR、XRD、VSM及Zeta电位表征了MgO和m-MgO的理化性质,考察了溶液pH、吸附剂用量、振荡时间对MgO和m-MgO吸附U(Ⅵ)的影响,并探讨了吸附动力学。结果表明:m-MgO吸附铀的最优条件为溶液pH=3.5、吸附剂用量10 mg、振荡时间720 min;吸附过程符合准二级动力学模型和Sips等温吸附模型,理论吸附量为454.16 mg/g,升高温度有助于吸附自发进行。m-MgO有望用于从放射性废水中分离回收铀。

研究了以离子液体氯化胆碱替代二氧化硒作为添加剂,在模拟工业电解条件下电解锰,通过SEM、XRD对电解产物进行了表征,并利用循环伏安法(CV)、阴极极化曲线法(LSV)等手段分析了阴极的电化学机制。结果表明:以离子液体氯化胆碱为添加剂所得电解产物表面光滑致密、具有金属光泽;添加氯化胆碱可促进锰沉积反应,抑制析氢反应;模拟工业电解条件下,电流效率最高可达68.1%。

为了提高锂电池负极材料硫化亚锡(SnS)的电化学性能,研究了采用一步水热法对SnS进行铌阳离子与硒阴离子双重掺杂,再利用盐酸多巴胺(DA)包覆制备SNSS/DA前驱体,然后通过热处理制备SNSS/C复合材料。探讨了纳米碳层和共掺杂机制协同作用对SNSS/C复合材料的导电性及电池循环稳定性的影响。结果表明:SNSS/C复合材料具有良好的包覆形态和碳包覆结构,碳纳米层厚度为10~30 nm;通过掺杂Nb与Se两种元素,可增大晶体体积,使锂离子在嵌入/脱嵌过程中获得更宽阔的通道,进一步增强材料的导电性与锂离子的扩散效率;SNSS/C材料电化学性能优异,首圈充放电循环的放电比容量为814.6 mAh/g,库伦效率为96.3%。

为了开发一种高效、环保、低能耗的重金属Cr(Ⅵ)吸附剂,研究了以碱改性生物质炭为基质,在FeSO₄·7H₂O和FeCl₃·6H₂O混合溶液中共沉淀反应赋磁制备磁性生物质炭(MBC),再以聚乙烯亚胺(PEI)为胺化试剂、戊二醛为交联剂,制备聚乙烯亚胺功能化磁性生物炭复合材料(PEI/MBC)并用于吸附溶液中的Cr(Ⅵ)。采用SEM、XRD、FT-IR对PEI/MBC进行了表征,考察了溶液pH、吸附剂投加量、竞争性离子浓度对PEI/MBC 吸附Cr(Ⅵ)性能的影响。结果表明:在溶液中Cr(Ⅵ)初始质量浓度50 mg/L、吸附剂投加量0.2 g/L、温度30 ℃、pH=2条件下,Cr(Ⅵ)吸附量最高,为105.94 mg/g;竞争性阴离子浓度和温度均会影响吸附效果;PEI/MBC对Cr(Ⅵ)的吸附过程更符合准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型,吸附为自发的吸热过程,ΔG<0,ΔS=144.82 J/(mol·K),ΔH=39.84 kJ/mol。

研究了以P204为萃取剂,采用络合萃取法从锌冶炼废酸中高效去除氟化物,考察了水相中氟、铝浓度、pH、萃取温度及时间对氟萃取率和铝脱除率的影响,并探讨了氟铝的资源化处理方法。结果表明:在P204浓度1 mol/L、水相中Al³⁺浓度0.1 mol/L、F^-浓度≤0.025 mol/L、pH=3.0~3.5、常温条件下萃取8 min,氟萃取率可达96.18%;用1.0 mol/L硫酸溶液对负载氟铝有机相进行反萃取,F^-和Al³⁺反萃取率分别为81.88%和39.39%;反萃液通过沉淀能得到冰晶石,pH=4条件下更有利于冰晶石的合成。

高氯锌灰中含有金属锌、少量重金属及有害元素氯,为简便快速降低其氯含量,对比研究了水洗与氨洗对高氯锌灰中杂质的脱除效果,通过单因素试验考察了氨水浓度、液固体积质量比、洗涤温度对氨洗过程中锌沉淀率的影响,并通过正交试验确定了最佳氨洗条件。结果表明:在氨水浓度0.05%、液固体积质量比6 mg/1 L、反应温度30 ℃条件下,Cl、Na、K去除率均大于99%,Zn沉淀率为98.7%。

建立了一种湿法冶金设备控制的经济效益最优化模型,引入了基于深度双Q网络(Double Deep Deterministic Q-Network,DDQN)模型优化求解算法,同时结合残差网络(Residual Network,ResNet)的深度学习能力,以实现对设备运行异常状态的检测和预警。对比仿真试验结果表明:该智能控制算法不仅能大幅提高湿法冶金设备运行效率,还可增强系统的稳定性与可靠性,提高企业经济效益。