钕铁硼在生产加工过程中,有超过30%的稀土金属转移到废料中,导致钕铁硼废料未能得到有效利用,而随着新能源汽车行业的快速发展,钕铁硼废料的绿色回收已成为该领域的研究热点。综述了目前国内外回收钕铁硼废料的湿法工艺研究现状,包括酸浸法、沉淀法、溶剂萃取法、碱分解法、离子液体回收法、水解法及微生物分解法等多种方法的原理及优缺点,同时指出了当前研究面临的技术难点,最后提出了未来钕铁硼废料回收利用的主要研究方向,为稀土资源二次利用提供有价值的参考。

研究了利用废旧磷酸铁锂(LFP)和钴酸锂(LCO)电池正极材料协同浸出锂,通过热力学分析了工艺可行性,考察了各因素对协同浸出的影响,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对浸出渣进行了表征。结果表明:在不添加任何氧化剂或还原剂条件下,LFP与LCO能在酸性体系中协同浸出锂;在硫酸浓度0.7 mol/L、浸出温度40 ℃、浸出时间60 min、n(LCO)∶n(LFP)=0.5、液固体积质量比10 mL/1 g最佳浸出条件下,废旧电池正极材料中的Li、Co、Fe、P浸出率分别为99.99%、99.99%、48.00%、43.77%。该法可实现在低酸条件下从复杂电池正极材料中回收有价金属的目的,具有一定推广应用价值。

从钕铁硼废料和抛光粉废粉中回收稀土时,存在试剂耗量大、处理成本高等问题。针对上述问题,利用钕铁硼废料中铁的还原性,研究了采用联合工艺回收2种废料中的稀土。结果表明:先用6 mol/L盐酸溶解钕铁硼废料,再向酸解液中加入稀土质量1.2倍的草酸,铁沉淀率为7.87%,而稀土沉淀率可达96.51%,稀土沉淀物经焙烧可得稀土总量为94.26%的氧化物;向沉淀后液中加入6 mol/L盐酸,用于从抛光粉废粉中还原浸出稀土,在抛光粉废粉与沉淀后液质量体积比为3 g/6 mL、盐酸与沉淀后液体积比为7/6、反应温度60 ℃、反应时间30 min条件下,抛光粉废粉中稀土平均浸出率可达82.41%,浸出的稀土经草酸沉淀、焙烧,所得氧化物的稀土总量为98.04%。该工艺可实现对2种废料中稀土的联合回收,显著降低稀土废料的处理成本,具有一定的推广应用价值。

针对稀土这一战略性资源及其共存氟资源的综合开发利用,鉴于白云鄂博特色产业对高丰度轻稀土与功能性氟化物的迫切需求,以稀土冶炼、稀土金属电解等行业普遍存在的低浓度含氟废酸为研究对象,研究开发了酸碱介质循环诱导结晶技术,并根据反应动力学原理及模板效应,设计诱导结晶稀土氟化物微观模型,综合考察了温度、浓度、瞬间相对物质的量、酸度等工艺条件对合成晶型稀土氟化物的影响规律,揭示了氟与诱导剂、稀土的晶化化合与置换机制,解决了液相合成稀土氟化物胶状沉淀的关键科学问题。整套技术能实现共伴生氟资源高值化利用,保障共伴生氟资源作为战略性矿产资源萤石的重要补充,经济社会效益显著,应用前景广阔。

研究合成了一种对磷酸根离子具有高度选择性的新型离子液体负载树脂,并用于富集湿法磷酸中磷酸,考察了磷酸质量浓度、吸附时间、温度对磷酸根吸附量的影响。结果表明:在优化吸附条件下,磷酸根吸附量可提升至307 mg/g;该树脂能有效避免磷灰石浸出液中诸多阳离子的影响,显著提高湿法磷酸纯度,且具有一定的环保和经济效益。

以印度尼西亚某高铁低品位红土镍矿为研究对象,采用硫酸亚铁作浸出剂浸出其中的主要有价金属,分析了浸出条件对浸出的影响,并对浸出渣中铁品位变化进行研究。结果表明:在氧分压0.4 MPa、硫酸亚铁用量280 kg/t、液固体积质量比3/1、搅拌速度300 r/min、原矿粒度140~200 μm、温度240 ℃条件下反应45 min,镍和钴浸出率分别达98.2%、98.1%;浸出渣中铁品位平均可提高至55.8%,较原矿品位提高约10%;在通氧加压浸出过程中,硫酸亚铁可氧化分解出硫酸和赤铁矿,有利于进一步提高浸出渣铁品位。

针对高硫石油焦气化灰渣中的钒二次资源,先通过氧化焙烧方式对钒进行预富集,再用硫酸进行浸出回收。探究了氧化焙烧灰分中钒的浸出规律,确定了最佳浸出条件,并探讨了浸出动力学。结果表明:在温度90 ℃、硫酸浓度30%、液固体积质量比8∶2、反应时间3 h条件下,灰分中的钒浸出率可达72.5%以上,酸浸渣中钒质量分数为1.91%;在试验温度范围内,钒浸出速率符合未反应收缩核模型的混合控制模型,表观反应活化能为22.97 kJ/mol。

针对高硫低铜矿石在生物堆浸过程中存在的酸铁过量累积的难题,采用生物柱浸法与MLA检测分析手段,研究了石灰石对高硫低铜矿石生物浸出铜的调控作用及其机制。结果表明:在1.4 t矿石中添加质量分数为2%、粒度为-10 mm+5 mm的石灰石,能显著调控浸出液pH与Eh,生物浸出7个月后,铜浸出率可达71.25%,比未添加石灰石的对照组提高52.83%;添加石灰石组的浸出渣中黄铁矿嵌布粒度增大,未发现黄钾铁钒钝化层,细粒级铜矿物解离度与浸出率呈正相关。添加石灰石可以有效提升高硫低铜矿石中铜浸出效率,降低酸铁废水处理压力,对硫化矿的可持续发展具有重要意义。

以2-乙基己基磷酸单(2-乙基己基)酯(P507)为萃取剂、介孔纳米二氧化硅材料(SBA-15)为载体,研究制备了一系列浸渍介孔二氧化硅SBA-15-P507,并考察了其对废水中Co²⁺、Ni²⁺的吸附性能。结果表明:在吸附剂用量5 g/L、Co²⁺和Ni²⁺初始质量浓度均为400 mg/L、吸附温度25 ℃条件下,Co²⁺和Ni²⁺平衡吸附量分别达58.90、23.45 mg/g,吸附平衡时间为40 min;Co²⁺和Ni²⁺的吸附过程均符合准二级动力学方程,Co²⁺和Ni²⁺的吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型,Co²⁺的吸附反应为吸热反应,Ni²⁺的吸附反应为放热反应;在含有Co²⁺、Ni²⁺的混合模拟体系中,SBA-15-P507(2.0)可选择性吸附Co²⁺;0.1 mol/L硫酸溶液对SBA-15-P507(2.0)所吸附的Co²⁺具有显著的洗脱效果。该研究可为含钴镍废水净化除钴提供一种新途径,具有一定的理论指导和实际应用价值。

研究了以石墨毡为基体材料,采用化学改性法和涂覆法制备偕胺肟修饰的铟-氮-碳电极材料(PAO/In-N-C),并利用电化学工作站从海水中提取铀。考察了电极材料用量、外加电压、加标海水pH、吸附时间对该电极材料从低浓度加标海水中提取铀的影响,测试了该电极材料的离子选择性和循环使用性能,探讨了该电极与铀酰离子的作用机制。结果表明:针对pH=8.10的加标海水,在外加电压为-3~0 V、PAO/In-N-C电极材料用量7 mg、吸附时间400 min条件下,铀提取率为71.16%;PAO/In-N-C电极还原加标海水中的铀分为电吸附和电沉积2步,先利用电磁场加速$\mathrm{UO}_{2}^{2+}$迁移到电极表面,再形成电中性化合物UO₂沉积在电极表面。该材料吸附动力学性能显著,具有较好的离子选择性和重复使用性,有望用于海水提铀。

针对当前湿法冶金设备控制和智能检测模型较为简单、泛化能力较弱等问题,提出了一种基于深度学习的湿法冶金设备智能控制和故障检测算法模型,首先利用基于SAC深度强化学习算法对湿法冶金设备进行智能控制,再根据智能控制的近期历史数据,采用改进ARIMA算法对设备进行故障检测。为了进一步提升算法的实时性,引入LoRA微调网络对模型进行低参数微调和加速,LoRA微调网络对模型进行低参数微调和加速。该模型对设备智能化控制精度达93.24%,故障检测准确率达91.34%,实际应用效果较好。

研究了采用HCl浸出与电化学沉积法从粉煤灰中回收提取铁元素。通过SEM-EDS、XRF、ICP及XRD手段系统分析了粉煤灰的微观形貌及元素组成,考察了浸出过程中的关键因素及其影响,以及电化学沉积阶段pH、电流密度和Fe离子浓度的动态变化规律,并深入探讨了所得铁的相组成特性。结果表明:在浸出阶段,随HCl浓度升高、液固体积质量比增大、温度升高及浸出时间延长,铁浸出率呈升高趋势;而在电化学沉积阶段,pH逐渐上升,电流密度和Fe离子浓度则呈下降趋势;最佳浸出工艺参数为HCl浓度6 mol/L,液固体积质量比(HCl溶液与粉煤灰)8∶1,反应温度90 ℃,反应时间90 min;对于电化学沉积过程,电压为3 V,最适宜的pH范围在0.5~1.9之间,最终沉积物为纯铁单质。

研究了采用热活化强化盐酸浸出法从高硅铝比、高铁煤矸石中脱除铁,考察了煅烧温度、煅烧时间、盐酸浓度、浸出温度、液固质量比、浸出时间对铁浸出率的影响,并通过正交试验优化了工艺条件。结果表明:在煅烧温度500 ℃、煅烧时间1 h、盐酸浓度20%、浸出时间3 h、浸出温度90 ℃、液固质量比4/1的优化条件下,Fe浸出率为94.25%。该法能高效脱除煤矸石中的铁,同时使Si、Al元素得到有效富集,可为煤矸石资源化利用提供一定技术参考。

针对某矿区含硫铀废石堆含铀酸性超标渗出水,研究了其超标组分的去除方法。首先在超标废水中添加1 g/L矿粉去除Cd、Cu及部分U,再将南、北两侧废石堆场渗出水pH分别由2.78、2.66调节至4.70、4.30,并在最佳接触反应时间为30 min条件下,对比了Mg(OH)₂、Ca(OH)₂、Na₂CO₃和NaOH深度法除矿粉处理后渗出水中U、Mn、Zn的效果。结果表明:相较而言,Ca(OH)₂对U、Mn、Zn去除效果最优;在南、北两侧废石堆场渗出水的Ca(OH)₂加入量分别为0.32和0.96 g/L、渗出水pH为7~8条件下,U去除率达99.8%以上,Cu、Cd去除率均达90%以上,Zn去除率达95%以上,Mn去除率达75.5%以上,且沉降速度快,静置60 min悬混液体积可缩减70%左右;对Ca(OH)₂加入过程中离子浓度变化的精确计算和沉淀物表征结果表明,净化过程中有类水滑石物质生成,Mn²⁺、Zn²⁺进入水滑石结构中被去除,铀酰离子可能通过与水滑石间静电吸附、表面配合或通过层间阴离子交换等方式实现去除。

通过粒子图像测速技术(PIV)研究了双层折流板三弧叶组合桨搅拌槽内转速N、离底距C₁及桨间距C₂的变化对流场产生的影响,并对双层折流板三弧叶桨和双层无折流板三弧叶桨的釜内流场特性进行了模拟对比。结果表明:当N=110 r/min时,釜内流场速度分布相对均匀,釜内高速区集中在桨叶附近;桨间距的提升会影响上下桨叶之间的相互配合效果;当C₂=0.27h(h为搅拌釜液面高度)时,桨叶之间连接流稳定,釜内的整体混合能力显著增强;C₁对近液面区域及釜底区域的混合效果影响较大,当C₁=0.29h时,釜内低速区面积大幅减少;双层折流板三弧叶桨的折流板限制了其径向推流能力,但轴向推流能力得到了显著增强。研究结果可为双层折流板三弧叶桨在实际工业中的应用提供参考。

针对湿法冶金工艺参数预测中存在的预测模型计算效率低及智能化程度不足等问题,提出了一个基于1D-CNN算法预测铜离子浓度、Seq2Seq模型预测传质速率,并以经济效益最大化为目标的流程优化控制模型,并采用DDPG算法求解最优化问题。数值仿真和实证研究结果表明,该模型对铜萃取流程工艺参数的预测准确度较高,可实现对参数的有效优化调整,从而促进经济效益提升。

针对现有煤系样品中稀土元素的测定存在前处理效率低、质谱干扰较大等问题,建立了一种在HNO₃-HF-HClO₄-H₂SO₄混酸体系中采用高温高压微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定煤及粉煤灰样品中稀土元素的方法,并考察了前处理方式、称样量、消解体系、质谱干扰等对测定结果的影响。结果表明:方法校准曲线线性相关系数均大于0.999 6,检出限为0.003 7~0.042 μg/g,各元素测定值的相对标准偏差(RSD,n=11)均在5.85%以内,加标回收率为95.0%~107.2%,相对误差均小于6.95%。该方法准确性高,稳定性好,可极大提高工作效率。