2021年第4期目录
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    重有色金属
  • 张仕奇,杨洪英,佟琳琳,李佳峰,马鹏程,陈国民
    摘要:
    细菌浸出作为一种经济、环保的处理技术,广泛应用于金属硫化物的金属提取和预处理过程中。为进一步理解细菌在硫化物浸出过程中的作用,详细阐述了细菌在浸出过程中的作用机理及其在矿物表面的作用机制,系统描述了金属硫化物溶解的硫代硫酸盐与多硫化合物途径。同时,还重点介绍了常见浸矿细菌的生存环境,并对不同种类浸矿细菌之间的协同作用进行了分析。
  • 汪胜东,张登高,赵峰,王海北,冯林永,蒋伟,李达
    摘要:
    根据湿法炼锌置换渣特性及不同金属属性,经酸洗选择性分离镉与铜、镓、锗,实现铜、镓、锗在固相中的高效富集;并通过采用锌粉置换高效回收酸洗富镉溶液的镉,得到镉品位>20%的高镉渣。置换渣酸洗工艺中镉的高效回收有助于降低环境污染的风险,同时,铜、镓、锗在酸洗渣中的富集为后续实现资源的综合回收提供了便利。
  • 齐素慈,李建朝,许继芳
    摘要:
    不锈钢粉尘还原过程中FeCr2O4分解对Cr的分离回收影响显著。对气体和固体碳还原FeCr2O4的热力学过程和分解特征进行研究,探讨Cr在还原过程中存在形式和还原分离条件。结果表明,CO气体和H2气在标准状态下不能还原FeCr2O4,固体碳能将FeCr2O4还原为铬氧化物和铁氧化物,甚至还原成金属Cr和Fe。提高温度和降低体系总压可促进反应进行。温度为1 000~1 200 ℃,配碳量为β=0.25~0.5时,还原产物主要为Cr2O3+Fe;温度>1 250 ℃,配碳量β>1.0时,还原产物主要为Cr+Fe;900 ℃时体系总压在0.01~0.001 MPa还原产物主要为Cr2O3+Fe,低于0.5 kPa时还原产物主要为Cr+Fe。
  • 刘磊,费子桐,董鹏,孟奇
    摘要:
    复杂废旧混合正极材料存在浸出率较低、成本较高、酸浸液金属分离流程较长等问题。采用硫酸为酸浸剂、H2O2为还原剂对废旧混合正极材料进行浸出,采用碳酸盐共沉淀法合成三元NCM622,对其进行结构和形貌分析,以及电化学性能的测试。结果表明,浸出最优条件为:硫酸浓度2.5 mol/L、H2O2添加量0.6 mol/L、搅拌速率400 r/min、时间30 min、温度80 ℃,此条件下,Li、Ni、Co、Mn的浸出率分别为98.79%、97.05%、96.45%和96.31%。XRD测试表明,再生NCM622无杂峰,且呈典型的α-NaFeO2层状结构,SEM显示NMC622颗粒大小均匀、少团聚现象。电化学测试表明,1C倍率下首圈放电比容量为152.87 mAh/g,循环100圈后,容量保持率为91.35%。
  • 轻有色金属
  • 姚文贵,马鸿文,刘梅堂,蒯雨晴
    摘要:
    在综合分析锂辉石精矿矿物相组成基础上,采用OLI Analyzer软件对LiAlSi2O6-K2CO3-H2O体系锂辉石水热分解反应多相平衡进行模拟。结果表明,β-锂辉石在热力学上极易与K2CO3反应生成麦钾沸石和碳酸锂,当K2CO3加入量为K+/Li+≥1.4时,即可完全转化。水热试验获得的优化条件为:K2CO3加入量为K+/Li+=1.5、反应温度240 ℃、反应时间120 min、水固质量比4,此条件下锂辉石中锂的浸出率为96.43%,最终反应产物主要为麦钾沸石与碳酸锂,与模拟结果相一致。
  • 稀贵金属
  • 李超,刘述平,徐凌飞,黄雯孝,梁冠杰,何兰军
    摘要:
    某地稀土矿经选矿获得的稀土精矿,其稀土含量较低、铁含量高,分别进行了浓硫酸低温焙烧及浓硫酸高温焙烧试验。结果表明,以浓硫酸低温焙烧工艺处理该高铁稀土精矿,在较佳条件下,稀土浸出率达96.94%,钍浸出率达97.36%,铁浸出率亦达92.71%;以浓硫酸高温焙烧工艺处理该高铁稀土精矿,在较佳条件下,稀土浸出率可达90.15%,钍浸出率为42.10%,铁浸出率仅12.44%。浓硫酸低温焙烧工艺获得的稀土浸出液铁含量高、酸度大(Fe含量23 g/L左右,pH<0.5),从高铁、高酸稀土溶液中回收稀土产品,其工艺过程较繁琐。浓硫酸高温焙烧工艺处理该高铁稀土精矿,可获得铁含量较低(Fe含量约2.3 g/L)的稀土浸出液,从低铁含量的稀土溶液中回收稀土产品,其工艺流程较简短,废水较易治理,在生产成本上也具有优势。
  • 孙颖,张廷安,吕国志,张伟光,麻海兰
    摘要:
    采用叔胺萃取剂N235对含钒酸性溶液进行萃取,主要研究了萃取温度、振荡时间、萃取剂浓度、相比(O/A)及pH对钒、铁萃取分离效果的影响。结果表明,硫酸型N235从酸性溶液中萃取钒的机理是阴离子萃取,并且当温度为20~40 ℃,振荡时间3 min,N235浓度10%,O/A=1︰3,溶液pH为1.45~1.6时,单级萃取率可达到84%。
  • 张倩,刘涛,张一敏,薛楠楠,郑秋实
    摘要:
    通过在钒铬废渣硫酸直接酸浸工艺中添加亚硫酸钠助浸剂浸出钒钼,系统研究了亚硫酸钠用量、浸出温度、硫酸体积浓度、浸出时间对钒和钼浸出率的影响。结果表明,在亚硫酸钠用量12%、温度25 ℃、硫酸体积浓度20%、浸出时间2 h的最佳条件下,钒浸出率为94.55%(较未添加亚硫酸钠提高了11.84个百分点),钼浸出率为90.46%,铬、铁等其他金属元素浸出率均在5%以下。通过XRD、热力学分析可知,亚硫酸钠的添加显著降低了钒溶出反应的ΔG,促进钒酸钙还原浸出而提高钒浸出率,钼酸钙的酸溶液易溶性未发生改变,而三氧化二铬以及类质同象存在于其晶格的杂质元素铁因结构稳定,均难以溶出。
  • 汝娟坚,胡肖云,赵诗雨,卜骄骄,王道祥,王丁,付自碧
    摘要:
    氯化胆碱-尿素(ChCl-urea)低共熔溶剂可很好地溶解某些金属氧化物,为金属氧化物的电化学还原制备金属单质提供了一条新的途径。系统测定不同温度与V2O5浓度下ChCl-urea低共熔型离子液体的黏度和电导率。结果表明,ChCl-urea-V2O5溶液的黏度随温度的升高而降低,随V2O5浓度的升高则逐渐增大;电导率随温度的升高而增大,V2O5浓度对溶液电导率有一定影响,但变化范围较小。选择较高的反应温度与合适的V2O5浓度有利于后续V5+离子的还原和钒的提取。
  • 张保平,师沛然,肖煜坤,王尹,张恒
    摘要:
    以含PdCl3SC(NH2)2-溶液为原料,采用Fe-H2O2还原法回收溶液中的钯,研究了还原过程的机理,考察了pH、还原时间、H2O2用量和铁粉用量对还原率的影响。结果表明,铁粉被氧化后的Fe2+可催化H2O2而产生氧化能力极强的?OH自由基,该自由基对复杂的PdCl3SC(NH2)2-结构具有很强的破坏力,使稳定的PdCl3SC(NH2)2-以PdCl42-形态分离出来,提高了铁对钯的还原性能。在溶液体积20 mL,25 ℃,pH=2,H2O2用量0.10 mL/mL,反应时间60 min和铁粉用量0.50 mg/mL的条件下,钯的平均还原率可达99.25%。
  • 刘佳晨.,刘金辉.,徐玲玲.,周义朋.,张一诺.
    摘要:
    为充分利用有限的菌液生产量进行地浸采铀生产,需开展地下原位植菌生物地浸技术研究,其关键技术之一是地浸中浸铀菌株的铁氧化活性是否能满足地下浸铀的要求。对采集于新疆某铀矿床岩心与地下水样品分离纯化得到的具有铁氧化活性的Acidithiobacillus ferriooxidans菌株(512SCK-Af-17),在20 ℃的低温环境和地浸尾液中铁氧化活性及其生理生化特征进行了系统研究。结果表明,经过连续培养和逐级驯化,菌株的铁氧化活性明显增强,可在20 ℃低温环境30 h将体系内5 g/L Fe2+完全氧化;该菌种在Fe2+浓度为3 g/L,初始pH为1.8,温度30 ℃的尾液培养环境中最短生长周期为16 h,且菌株在接种量20%,起始pH=1.8,Fe2+浓度5~10 g/L的培养环境中Fe2+氧化速率最快。研究成果对砂岩型铀矿原位植菌生物地浸技术的应用提供了科学依据。
  • 贾秀敏,黄永,陈天宝,刘会武,刘忠臣,刘智,向秋林
    摘要:
    采用浓酸熟化工艺浸出某黑色页岩铀钒矿中的铀和钒,同时进行了在浸出过程中三价铁的去除研究。试验确定的最佳熟化条件为:酸用量12%、熟化温度90 ℃、熟化时间2.5 h、矿石粒度-0.15 mm;浸出条件为:室温水浸1 h后,加入硫酸钠0.6%,95 ℃下沉矾,沉矾时间0.5 h,浸出终点pH为1.2。在上述条件下,铀浸出率大于92%,钒浸出率大于68.5%,三价铁去除率大于75%。采用该工艺可有效降低后续金属分离及废水处理过程的试剂消耗。
  • 王世俊,周仲魁,葛玉波,孙占学,王丝雨
    摘要:
    针对铁、硫含量较低的铀矿,采用外源添加不同浓度的Fe3+及单质硫的方法强化铀矿生物浸出,研究外源Fe3+、单质硫对浸出体系中pH、氧化还原电位值Eh、铁离子浓度、铀浓度的影响。结果表明,Fe3+初始浓度分别为0、1、2、3和4 g/L时,铀浸出率分别为81.85%、92.61%、89.15%、86.28%和86.09%,Fe3+浓度为1 g/L时浸出铀浓度最大,不同初始浓度的Fe3+对铀矿浸出具有显著影响。在2 g/L Fe3+体系中,添加2 g/L单质硫与未添加单质硫相比,pH上升较慢,铀浸出率提高1.63个百分点;SEM-EDS分析表明,与原矿相比,铁体系中矿物表面粗糙且矿石结构疏散,矿石颗粒比表面积增加,浸出渣样中伴随黄钾铁矾等沉淀的产生,添加2 g/L单质硫的体系中黄钾铁矾显著降低。
  • 材料与设备
  • 李伟伟,张婷,刘慧,姚路,司江菊,李鹏发,郎五可
    摘要:
    采用溶胶—凝胶法制备了Na和Mg共掺杂的无钴富锂锰基正极材料,通过透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、充放电测试仪和电化学工作站对所制备样品的形貌、结构和电化学性能进行了测试。结果表明,所有样品颗粒大小约100 nm,呈近似球形,样品均无杂相峰出现,都具有良好的层状结构,Na+和Mg2+对Ni和Mn离子的氧化状态没有影响。LNi018具有最好的电化学性能,初始放电容量为225.5 mAh/g,库伦效率为78.0%,循环250周后容量保持率为83.1%。LNi018样品中Ni含量相对于其它样品较少,Ni2+和Mg2+的价态相同,离子半径近似(Ni2+ 6.9 nm,Mg2+ 7.2 nm),在晶格中Mg2+取代了Ni2+的位置,同时较大半径的Na+(10.2 nm)增大锂层间距,使晶体结构在充放电循环过程中更加稳定,因而能保持较高的放电电压和容量。
  • 于兵,刘玉宝,张全军,黄海涛,康佳,闫奇操
    摘要:
    利用500 A规模电解槽,在氟化锂-氟化镨钕-氟化铈熔盐体系中,以氧化铈与氧化镨钕混合物为电解原料,制备了不同金属配分的镨钕铈合金。研究了不同电解质组成、电解温度(980~1 060 ℃)以及加料速度对电解过程的影响。研究表明,电解质组成是控制合金中金属配分的关键因素,同时电解温度对金属配分的影响不大。但电解温度偏低或者加料速度偏慢会使电解质液面上升,导致“熔盐外溢”现象的发生。
  • 环境工程
  • 何登武,李冠超,李小燕,王杨,付晓辉,王昱莹
    摘要:
    通过溶剂热法制备了CuInS2可见光响应型材料,借助SEM和XRD对材料进行表征分析。探究了不同溶液pH、反应时间、CuInS2浓度、U(Ⅵ)初始浓度对CuInS2光催化还原U(Ⅵ)性能的影响。结果表明,CuInS2具有良好的光催化性能,在溶液pH=5.5、U(Ⅵ)初始浓度10.0 mg/L、CuInS2浓度0.8 g/L时,CuInS2材料对溶液中U(Ⅵ)的去除效果最佳,去除率为87.81%,去除量为12.13 mg/g。
  • 郑朝振,周起帆,黄胜,闫丽,秦树辰,邓超群
    摘要:
    废旧锂电池作为一种二次资源有着巨大的回收价值。运用热重分析手段,通过逐个对锂电池拆解物料进行差热分析,确定各类电池材料的高温破坏温度特性,并在此基础上开展了废旧锂电池的热解试验。结果表明,在400 ℃热解可获得良好的热解效果,黑粉回收率>97%。
  • 李小凡,豆志河,张廷安,刘燕
    摘要:
    系统总结了近年来铜渣综合利用的最新研究成果,主要包括铜渣中有价金属单独提取、有价组元协同还原高值化转化、铜渣协同处置制备建筑材料以及铜渣在环保治理等方面的研究进展,梳理出铜渣综合利用存在的问题,并对其未来发展趋势进行了预测。目前,铜渣缓冷浮选贫化,贫化后渣铜残留量可降至0.23%~0.26%,但选矿尾渣难以利用;传统火法贫化后渣中铜残留量仍在0.6%—1%左右,大量的铜仍未得到有效回收利用,需再次贫化;利用熔融铜渣适度涡流贫化-熔融原位还原制备含铜抗菌不锈钢/耐磨铸铁,联产水泥熟料,渣中铜残留量可降至0.27%左右,铜、铁、铅、锌的回收率分别为>98%、>95%、>90%、>95%,不仅实现了铜渣的无渣化资源化高值利用,同时有效利用了铜渣的余热,是未来最具发展潜力的铜渣大规模高值化资源化综合利用新技术。
  • 牛文军,于长军,夏熠,石凯,王旭东,冯晓强,张敬一,黄英凯,王玉
    摘要:
    选取三种类型铝灰和三种高温固相催化剂作为试验原料,通过温度、时间和催化剂对高温条件下铝灰中复合盐脱除效率影响的探讨,得出高效脱除铝灰中复合盐的最佳条件。结果表明,A型催化剂更适合高铝质铝灰中复合盐的脱除;B型催化剂更适合高铝质铝灰和高镁质铝灰中复合盐的脱除;C型催化剂更适合高硅质铝灰和高镁质铝灰中复合盐的脱除。在最优条件下,煅烧后的铝灰中复合盐脱除率高、含量低,可满足大多数氧化铝材料工业使用要求,有望作为工业原料或替代原料使用。
    重有色金属
  • 张仕奇,杨洪英,佟琳琳,李佳峰,马鹏程,陈国民
    摘要:
    细菌浸出作为一种经济、环保的处理技术,广泛应用于金属硫化物的金属提取和预处理过程中。为进一步理解细菌在硫化物浸出过程中的作用,详细阐述了细菌在浸出过程中的作用机理及其在矿物表面的作用机制,系统描述了金属硫化物溶解的硫代硫酸盐与多硫化合物途径。同时,还重点介绍了常见浸矿细菌的生存环境,并对不同种类浸矿细菌之间的协同作用进行了分析。
  • 汪胜东,张登高,赵峰,王海北,冯林永,蒋伟,李达
    摘要:
    根据湿法炼锌置换渣特性及不同金属属性,经酸洗选择性分离镉与铜、镓、锗,实现铜、镓、锗在固相中的高效富集;并通过采用锌粉置换高效回收酸洗富镉溶液的镉,得到镉品位>20%的高镉渣。置换渣酸洗工艺中镉的高效回收有助于降低环境污染的风险,同时,铜、镓、锗在酸洗渣中的富集为后续实现资源的综合回收提供了便利。
  • 齐素慈,李建朝,许继芳
    摘要:
    不锈钢粉尘还原过程中FeCr2O4分解对Cr的分离回收影响显著。对气体和固体碳还原FeCr2O4的热力学过程和分解特征进行研究,探讨Cr在还原过程中存在形式和还原分离条件。结果表明,CO气体和H2气在标准状态下不能还原FeCr2O4,固体碳能将FeCr2O4还原为铬氧化物和铁氧化物,甚至还原成金属Cr和Fe。提高温度和降低体系总压可促进反应进行。温度为1 000~1 200 ℃,配碳量为β=0.25~0.5时,还原产物主要为Cr2O3+Fe;温度>1 250 ℃,配碳量β>1.0时,还原产物主要为Cr+Fe;900 ℃时体系总压在0.01~0.001 MPa还原产物主要为Cr2O3+Fe,低于0.5 kPa时还原产物主要为Cr+Fe。
  • 刘磊,费子桐,董鹏,孟奇
    摘要:
    复杂废旧混合正极材料存在浸出率较低、成本较高、酸浸液金属分离流程较长等问题。采用硫酸为酸浸剂、H2O2为还原剂对废旧混合正极材料进行浸出,采用碳酸盐共沉淀法合成三元NCM622,对其进行结构和形貌分析,以及电化学性能的测试。结果表明,浸出最优条件为:硫酸浓度2.5 mol/L、H2O2添加量0.6 mol/L、搅拌速率400 r/min、时间30 min、温度80 ℃,此条件下,Li、Ni、Co、Mn的浸出率分别为98.79%、97.05%、96.45%和96.31%。XRD测试表明,再生NCM622无杂峰,且呈典型的α-NaFeO2层状结构,SEM显示NMC622颗粒大小均匀、少团聚现象。电化学测试表明,1C倍率下首圈放电比容量为152.87 mAh/g,循环100圈后,容量保持率为91.35%。
  • 轻有色金属
  • 姚文贵,马鸿文,刘梅堂,蒯雨晴
    摘要:
    在综合分析锂辉石精矿矿物相组成基础上,采用OLI Analyzer软件对LiAlSi2O6-K2CO3-H2O体系锂辉石水热分解反应多相平衡进行模拟。结果表明,β-锂辉石在热力学上极易与K2CO3反应生成麦钾沸石和碳酸锂,当K2CO3加入量为K+/Li+≥1.4时,即可完全转化。水热试验获得的优化条件为:K2CO3加入量为K+/Li+=1.5、反应温度240 ℃、反应时间120 min、水固质量比4,此条件下锂辉石中锂的浸出率为96.43%,最终反应产物主要为麦钾沸石与碳酸锂,与模拟结果相一致。
  • 稀贵金属
  • 李超,刘述平,徐凌飞,黄雯孝,梁冠杰,何兰军
    摘要:
    某地稀土矿经选矿获得的稀土精矿,其稀土含量较低、铁含量高,分别进行了浓硫酸低温焙烧及浓硫酸高温焙烧试验。结果表明,以浓硫酸低温焙烧工艺处理该高铁稀土精矿,在较佳条件下,稀土浸出率达96.94%,钍浸出率达97.36%,铁浸出率亦达92.71%;以浓硫酸高温焙烧工艺处理该高铁稀土精矿,在较佳条件下,稀土浸出率可达90.15%,钍浸出率为42.10%,铁浸出率仅12.44%。浓硫酸低温焙烧工艺获得的稀土浸出液铁含量高、酸度大(Fe含量23 g/L左右,pH<0.5),从高铁、高酸稀土溶液中回收稀土产品,其工艺过程较繁琐。浓硫酸高温焙烧工艺处理该高铁稀土精矿,可获得铁含量较低(Fe含量约2.3 g/L)的稀土浸出液,从低铁含量的稀土溶液中回收稀土产品,其工艺流程较简短,废水较易治理,在生产成本上也具有优势。
  • 孙颖,张廷安,吕国志,张伟光,麻海兰
    摘要:
    采用叔胺萃取剂N235对含钒酸性溶液进行萃取,主要研究了萃取温度、振荡时间、萃取剂浓度、相比(O/A)及pH对钒、铁萃取分离效果的影响。结果表明,硫酸型N235从酸性溶液中萃取钒的机理是阴离子萃取,并且当温度为20~40 ℃,振荡时间3 min,N235浓度10%,O/A=1︰3,溶液pH为1.45~1.6时,单级萃取率可达到84%。
  • 张倩,刘涛,张一敏,薛楠楠,郑秋实
    摘要:
    通过在钒铬废渣硫酸直接酸浸工艺中添加亚硫酸钠助浸剂浸出钒钼,系统研究了亚硫酸钠用量、浸出温度、硫酸体积浓度、浸出时间对钒和钼浸出率的影响。结果表明,在亚硫酸钠用量12%、温度25 ℃、硫酸体积浓度20%、浸出时间2 h的最佳条件下,钒浸出率为94.55%(较未添加亚硫酸钠提高了11.84个百分点),钼浸出率为90.46%,铬、铁等其他金属元素浸出率均在5%以下。通过XRD、热力学分析可知,亚硫酸钠的添加显著降低了钒溶出反应的ΔG,促进钒酸钙还原浸出而提高钒浸出率,钼酸钙的酸溶液易溶性未发生改变,而三氧化二铬以及类质同象存在于其晶格的杂质元素铁因结构稳定,均难以溶出。
  • 汝娟坚,胡肖云,赵诗雨,卜骄骄,王道祥,王丁,付自碧
    摘要:
    氯化胆碱-尿素(ChCl-urea)低共熔溶剂可很好地溶解某些金属氧化物,为金属氧化物的电化学还原制备金属单质提供了一条新的途径。系统测定不同温度与V2O5浓度下ChCl-urea低共熔型离子液体的黏度和电导率。结果表明,ChCl-urea-V2O5溶液的黏度随温度的升高而降低,随V2O5浓度的升高则逐渐增大;电导率随温度的升高而增大,V2O5浓度对溶液电导率有一定影响,但变化范围较小。选择较高的反应温度与合适的V2O5浓度有利于后续V5+离子的还原和钒的提取。
  • 张保平,师沛然,肖煜坤,王尹,张恒
    摘要:
    以含PdCl3SC(NH2)2-溶液为原料,采用Fe-H2O2还原法回收溶液中的钯,研究了还原过程的机理,考察了pH、还原时间、H2O2用量和铁粉用量对还原率的影响。结果表明,铁粉被氧化后的Fe2+可催化H2O2而产生氧化能力极强的?OH自由基,该自由基对复杂的PdCl3SC(NH2)2-结构具有很强的破坏力,使稳定的PdCl3SC(NH2)2-以PdCl42-形态分离出来,提高了铁对钯的还原性能。在溶液体积20 mL,25 ℃,pH=2,H2O2用量0.10 mL/mL,反应时间60 min和铁粉用量0.50 mg/mL的条件下,钯的平均还原率可达99.25%。
  • 刘佳晨.,刘金辉.,徐玲玲.,周义朋.,张一诺.
    摘要:
    为充分利用有限的菌液生产量进行地浸采铀生产,需开展地下原位植菌生物地浸技术研究,其关键技术之一是地浸中浸铀菌株的铁氧化活性是否能满足地下浸铀的要求。对采集于新疆某铀矿床岩心与地下水样品分离纯化得到的具有铁氧化活性的Acidithiobacillus ferriooxidans菌株(512SCK-Af-17),在20 ℃的低温环境和地浸尾液中铁氧化活性及其生理生化特征进行了系统研究。结果表明,经过连续培养和逐级驯化,菌株的铁氧化活性明显增强,可在20 ℃低温环境30 h将体系内5 g/L Fe2+完全氧化;该菌种在Fe2+浓度为3 g/L,初始pH为1.8,温度30 ℃的尾液培养环境中最短生长周期为16 h,且菌株在接种量20%,起始pH=1.8,Fe2+浓度5~10 g/L的培养环境中Fe2+氧化速率最快。研究成果对砂岩型铀矿原位植菌生物地浸技术的应用提供了科学依据。
  • 贾秀敏,黄永,陈天宝,刘会武,刘忠臣,刘智,向秋林
    摘要:
    采用浓酸熟化工艺浸出某黑色页岩铀钒矿中的铀和钒,同时进行了在浸出过程中三价铁的去除研究。试验确定的最佳熟化条件为:酸用量12%、熟化温度90 ℃、熟化时间2.5 h、矿石粒度-0.15 mm;浸出条件为:室温水浸1 h后,加入硫酸钠0.6%,95 ℃下沉矾,沉矾时间0.5 h,浸出终点pH为1.2。在上述条件下,铀浸出率大于92%,钒浸出率大于68.5%,三价铁去除率大于75%。采用该工艺可有效降低后续金属分离及废水处理过程的试剂消耗。
  • 王世俊,周仲魁,葛玉波,孙占学,王丝雨
    摘要:
    针对铁、硫含量较低的铀矿,采用外源添加不同浓度的Fe3+及单质硫的方法强化铀矿生物浸出,研究外源Fe3+、单质硫对浸出体系中pH、氧化还原电位值Eh、铁离子浓度、铀浓度的影响。结果表明,Fe3+初始浓度分别为0、1、2、3和4 g/L时,铀浸出率分别为81.85%、92.61%、89.15%、86.28%和86.09%,Fe3+浓度为1 g/L时浸出铀浓度最大,不同初始浓度的Fe3+对铀矿浸出具有显著影响。在2 g/L Fe3+体系中,添加2 g/L单质硫与未添加单质硫相比,pH上升较慢,铀浸出率提高1.63个百分点;SEM-EDS分析表明,与原矿相比,铁体系中矿物表面粗糙且矿石结构疏散,矿石颗粒比表面积增加,浸出渣样中伴随黄钾铁矾等沉淀的产生,添加2 g/L单质硫的体系中黄钾铁矾显著降低。
  • 材料与设备
  • 李伟伟,张婷,刘慧,姚路,司江菊,李鹏发,郎五可
    摘要:
    采用溶胶—凝胶法制备了Na和Mg共掺杂的无钴富锂锰基正极材料,通过透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、充放电测试仪和电化学工作站对所制备样品的形貌、结构和电化学性能进行了测试。结果表明,所有样品颗粒大小约100 nm,呈近似球形,样品均无杂相峰出现,都具有良好的层状结构,Na+和Mg2+对Ni和Mn离子的氧化状态没有影响。LNi018具有最好的电化学性能,初始放电容量为225.5 mAh/g,库伦效率为78.0%,循环250周后容量保持率为83.1%。LNi018样品中Ni含量相对于其它样品较少,Ni2+和Mg2+的价态相同,离子半径近似(Ni2+ 6.9 nm,Mg2+ 7.2 nm),在晶格中Mg2+取代了Ni2+的位置,同时较大半径的Na+(10.2 nm)增大锂层间距,使晶体结构在充放电循环过程中更加稳定,因而能保持较高的放电电压和容量。
  • 于兵,刘玉宝,张全军,黄海涛,康佳,闫奇操
    摘要:
    利用500 A规模电解槽,在氟化锂-氟化镨钕-氟化铈熔盐体系中,以氧化铈与氧化镨钕混合物为电解原料,制备了不同金属配分的镨钕铈合金。研究了不同电解质组成、电解温度(980~1 060 ℃)以及加料速度对电解过程的影响。研究表明,电解质组成是控制合金中金属配分的关键因素,同时电解温度对金属配分的影响不大。但电解温度偏低或者加料速度偏慢会使电解质液面上升,导致“熔盐外溢”现象的发生。
  • 环境工程
  • 何登武,李冠超,李小燕,王杨,付晓辉,王昱莹
    摘要:
    通过溶剂热法制备了CuInS2可见光响应型材料,借助SEM和XRD对材料进行表征分析。探究了不同溶液pH、反应时间、CuInS2浓度、U(Ⅵ)初始浓度对CuInS2光催化还原U(Ⅵ)性能的影响。结果表明,CuInS2具有良好的光催化性能,在溶液pH=5.5、U(Ⅵ)初始浓度10.0 mg/L、CuInS2浓度0.8 g/L时,CuInS2材料对溶液中U(Ⅵ)的去除效果最佳,去除率为87.81%,去除量为12.13 mg/g。
  • 郑朝振,周起帆,黄胜,闫丽,秦树辰,邓超群
    摘要:
    废旧锂电池作为一种二次资源有着巨大的回收价值。运用热重分析手段,通过逐个对锂电池拆解物料进行差热分析,确定各类电池材料的高温破坏温度特性,并在此基础上开展了废旧锂电池的热解试验。结果表明,在400 ℃热解可获得良好的热解效果,黑粉回收率>97%。
  • 李小凡,豆志河,张廷安,刘燕
    摘要:
    系统总结了近年来铜渣综合利用的最新研究成果,主要包括铜渣中有价金属单独提取、有价组元协同还原高值化转化、铜渣协同处置制备建筑材料以及铜渣在环保治理等方面的研究进展,梳理出铜渣综合利用存在的问题,并对其未来发展趋势进行了预测。目前,铜渣缓冷浮选贫化,贫化后渣铜残留量可降至0.23%~0.26%,但选矿尾渣难以利用;传统火法贫化后渣中铜残留量仍在0.6%—1%左右,大量的铜仍未得到有效回收利用,需再次贫化;利用熔融铜渣适度涡流贫化-熔融原位还原制备含铜抗菌不锈钢/耐磨铸铁,联产水泥熟料,渣中铜残留量可降至0.27%左右,铜、铁、铅、锌的回收率分别为>98%、>95%、>90%、>95%,不仅实现了铜渣的无渣化资源化高值利用,同时有效利用了铜渣的余热,是未来最具发展潜力的铜渣大规模高值化资源化综合利用新技术。
  • 牛文军,于长军,夏熠,石凯,王旭东,冯晓强,张敬一,黄英凯,王玉
    摘要:
    选取三种类型铝灰和三种高温固相催化剂作为试验原料,通过温度、时间和催化剂对高温条件下铝灰中复合盐脱除效率影响的探讨,得出高效脱除铝灰中复合盐的最佳条件。结果表明,A型催化剂更适合高铝质铝灰中复合盐的脱除;B型催化剂更适合高铝质铝灰和高镁质铝灰中复合盐的脱除;C型催化剂更适合高硅质铝灰和高镁质铝灰中复合盐的脱除。在最优条件下,煅烧后的铝灰中复合盐脱除率高、含量低,可满足大多数氧化铝材料工业使用要求,有望作为工业原料或替代原料使用。
    重有色金属
  • 张仕奇,杨洪英,佟琳琳,李佳峰,马鹏程,陈国民
    摘要:
    细菌浸出作为一种经济、环保的处理技术,广泛应用于金属硫化物的金属提取和预处理过程中。为进一步理解细菌在硫化物浸出过程中的作用,详细阐述了细菌在浸出过程中的作用机理及其在矿物表面的作用机制,系统描述了金属硫化物溶解的硫代硫酸盐与多硫化合物途径。同时,还重点介绍了常见浸矿细菌的生存环境,并对不同种类浸矿细菌之间的协同作用进行了分析。
  • 汪胜东,张登高,赵峰,王海北,冯林永,蒋伟,李达
    摘要:
    根据湿法炼锌置换渣特性及不同金属属性,经酸洗选择性分离镉与铜、镓、锗,实现铜、镓、锗在固相中的高效富集;并通过采用锌粉置换高效回收酸洗富镉溶液的镉,得到镉品位>20%的高镉渣。置换渣酸洗工艺中镉的高效回收有助于降低环境污染的风险,同时,铜、镓、锗在酸洗渣中的富集为后续实现资源的综合回收提供了便利。
  • 齐素慈,李建朝,许继芳
    摘要:
    不锈钢粉尘还原过程中FeCr2O4分解对Cr的分离回收影响显著。对气体和固体碳还原FeCr2O4的热力学过程和分解特征进行研究,探讨Cr在还原过程中存在形式和还原分离条件。结果表明,CO气体和H2气在标准状态下不能还原FeCr2O4,固体碳能将FeCr2O4还原为铬氧化物和铁氧化物,甚至还原成金属Cr和Fe。提高温度和降低体系总压可促进反应进行。温度为1 000~1 200 ℃,配碳量为β=0.25~0.5时,还原产物主要为Cr2O3+Fe;温度>1 250 ℃,配碳量β>1.0时,还原产物主要为Cr+Fe;900 ℃时体系总压在0.01~0.001 MPa还原产物主要为Cr2O3+Fe,低于0.5 kPa时还原产物主要为Cr+Fe。
  • 刘磊,费子桐,董鹏,孟奇
    摘要:
    复杂废旧混合正极材料存在浸出率较低、成本较高、酸浸液金属分离流程较长等问题。采用硫酸为酸浸剂、H2O2为还原剂对废旧混合正极材料进行浸出,采用碳酸盐共沉淀法合成三元NCM622,对其进行结构和形貌分析,以及电化学性能的测试。结果表明,浸出最优条件为:硫酸浓度2.5 mol/L、H2O2添加量0.6 mol/L、搅拌速率400 r/min、时间30 min、温度80 ℃,此条件下,Li、Ni、Co、Mn的浸出率分别为98.79%、97.05%、96.45%和96.31%。XRD测试表明,再生NCM622无杂峰,且呈典型的α-NaFeO2层状结构,SEM显示NMC622颗粒大小均匀、少团聚现象。电化学测试表明,1C倍率下首圈放电比容量为152.87 mAh/g,循环100圈后,容量保持率为91.35%。
  • 轻有色金属
  • 姚文贵,马鸿文,刘梅堂,蒯雨晴
    摘要:
    在综合分析锂辉石精矿矿物相组成基础上,采用OLI Analyzer软件对LiAlSi2O6-K2CO3-H2O体系锂辉石水热分解反应多相平衡进行模拟。结果表明,β-锂辉石在热力学上极易与K2CO3反应生成麦钾沸石和碳酸锂,当K2CO3加入量为K+/Li+≥1.4时,即可完全转化。水热试验获得的优化条件为:K2CO3加入量为K+/Li+=1.5、反应温度240 ℃、反应时间120 min、水固质量比4,此条件下锂辉石中锂的浸出率为96.43%,最终反应产物主要为麦钾沸石与碳酸锂,与模拟结果相一致。
  • 稀贵金属
  • 李超,刘述平,徐凌飞,黄雯孝,梁冠杰,何兰军
    摘要:
    某地稀土矿经选矿获得的稀土精矿,其稀土含量较低、铁含量高,分别进行了浓硫酸低温焙烧及浓硫酸高温焙烧试验。结果表明,以浓硫酸低温焙烧工艺处理该高铁稀土精矿,在较佳条件下,稀土浸出率达96.94%,钍浸出率达97.36%,铁浸出率亦达92.71%;以浓硫酸高温焙烧工艺处理该高铁稀土精矿,在较佳条件下,稀土浸出率可达90.15%,钍浸出率为42.10%,铁浸出率仅12.44%。浓硫酸低温焙烧工艺获得的稀土浸出液铁含量高、酸度大(Fe含量23 g/L左右,pH<0.5),从高铁、高酸稀土溶液中回收稀土产品,其工艺过程较繁琐。浓硫酸高温焙烧工艺处理该高铁稀土精矿,可获得铁含量较低(Fe含量约2.3 g/L)的稀土浸出液,从低铁含量的稀土溶液中回收稀土产品,其工艺流程较简短,废水较易治理,在生产成本上也具有优势。
  • 孙颖,张廷安,吕国志,张伟光,麻海兰
    摘要:
    采用叔胺萃取剂N235对含钒酸性溶液进行萃取,主要研究了萃取温度、振荡时间、萃取剂浓度、相比(O/A)及pH对钒、铁萃取分离效果的影响。结果表明,硫酸型N235从酸性溶液中萃取钒的机理是阴离子萃取,并且当温度为20~40 ℃,振荡时间3 min,N235浓度10%,O/A=1︰3,溶液pH为1.45~1.6时,单级萃取率可达到84%。
  • 张倩,刘涛,张一敏,薛楠楠,郑秋实
    摘要:
    通过在钒铬废渣硫酸直接酸浸工艺中添加亚硫酸钠助浸剂浸出钒钼,系统研究了亚硫酸钠用量、浸出温度、硫酸体积浓度、浸出时间对钒和钼浸出率的影响。结果表明,在亚硫酸钠用量12%、温度25 ℃、硫酸体积浓度20%、浸出时间2 h的最佳条件下,钒浸出率为94.55%(较未添加亚硫酸钠提高了11.84个百分点),钼浸出率为90.46%,铬、铁等其他金属元素浸出率均在5%以下。通过XRD、热力学分析可知,亚硫酸钠的添加显著降低了钒溶出反应的ΔG,促进钒酸钙还原浸出而提高钒浸出率,钼酸钙的酸溶液易溶性未发生改变,而三氧化二铬以及类质同象存在于其晶格的杂质元素铁因结构稳定,均难以溶出。
  • 汝娟坚,胡肖云,赵诗雨,卜骄骄,王道祥,王丁,付自碧
    摘要:
    氯化胆碱-尿素(ChCl-urea)低共熔溶剂可很好地溶解某些金属氧化物,为金属氧化物的电化学还原制备金属单质提供了一条新的途径。系统测定不同温度与V2O5浓度下ChCl-urea低共熔型离子液体的黏度和电导率。结果表明,ChCl-urea-V2O5溶液的黏度随温度的升高而降低,随V2O5浓度的升高则逐渐增大;电导率随温度的升高而增大,V2O5浓度对溶液电导率有一定影响,但变化范围较小。选择较高的反应温度与合适的V2O5浓度有利于后续V5+离子的还原和钒的提取。
  • 张保平,师沛然,肖煜坤,王尹,张恒
    摘要:
    以含PdCl3SC(NH2)2-溶液为原料,采用Fe-H2O2还原法回收溶液中的钯,研究了还原过程的机理,考察了pH、还原时间、H2O2用量和铁粉用量对还原率的影响。结果表明,铁粉被氧化后的Fe2+可催化H2O2而产生氧化能力极强的?OH自由基,该自由基对复杂的PdCl3SC(NH2)2-结构具有很强的破坏力,使稳定的PdCl3SC(NH2)2-以PdCl42-形态分离出来,提高了铁对钯的还原性能。在溶液体积20 mL,25 ℃,pH=2,H2O2用量0.10 mL/mL,反应时间60 min和铁粉用量0.50 mg/mL的条件下,钯的平均还原率可达99.25%。
  • 刘佳晨.,刘金辉.,徐玲玲.,周义朋.,张一诺.
    摘要:
    为充分利用有限的菌液生产量进行地浸采铀生产,需开展地下原位植菌生物地浸技术研究,其关键技术之一是地浸中浸铀菌株的铁氧化活性是否能满足地下浸铀的要求。对采集于新疆某铀矿床岩心与地下水样品分离纯化得到的具有铁氧化活性的Acidithiobacillus ferriooxidans菌株(512SCK-Af-17),在20 ℃的低温环境和地浸尾液中铁氧化活性及其生理生化特征进行了系统研究。结果表明,经过连续培养和逐级驯化,菌株的铁氧化活性明显增强,可在20 ℃低温环境30 h将体系内5 g/L Fe2+完全氧化;该菌种在Fe2+浓度为3 g/L,初始pH为1.8,温度30 ℃的尾液培养环境中最短生长周期为16 h,且菌株在接种量20%,起始pH=1.8,Fe2+浓度5~10 g/L的培养环境中Fe2+氧化速率最快。研究成果对砂岩型铀矿原位植菌生物地浸技术的应用提供了科学依据。
  • 贾秀敏,黄永,陈天宝,刘会武,刘忠臣,刘智,向秋林
    摘要:
    采用浓酸熟化工艺浸出某黑色页岩铀钒矿中的铀和钒,同时进行了在浸出过程中三价铁的去除研究。试验确定的最佳熟化条件为:酸用量12%、熟化温度90 ℃、熟化时间2.5 h、矿石粒度-0.15 mm;浸出条件为:室温水浸1 h后,加入硫酸钠0.6%,95 ℃下沉矾,沉矾时间0.5 h,浸出终点pH为1.2。在上述条件下,铀浸出率大于92%,钒浸出率大于68.5%,三价铁去除率大于75%。采用该工艺可有效降低后续金属分离及废水处理过程的试剂消耗。
  • 王世俊,周仲魁,葛玉波,孙占学,王丝雨
    摘要:
    针对铁、硫含量较低的铀矿,采用外源添加不同浓度的Fe3+及单质硫的方法强化铀矿生物浸出,研究外源Fe3+、单质硫对浸出体系中pH、氧化还原电位值Eh、铁离子浓度、铀浓度的影响。结果表明,Fe3+初始浓度分别为0、1、2、3和4 g/L时,铀浸出率分别为81.85%、92.61%、89.15%、86.28%和86.09%,Fe3+浓度为1 g/L时浸出铀浓度最大,不同初始浓度的Fe3+对铀矿浸出具有显著影响。在2 g/L Fe3+体系中,添加2 g/L单质硫与未添加单质硫相比,pH上升较慢,铀浸出率提高1.63个百分点;SEM-EDS分析表明,与原矿相比,铁体系中矿物表面粗糙且矿石结构疏散,矿石颗粒比表面积增加,浸出渣样中伴随黄钾铁矾等沉淀的产生,添加2 g/L单质硫的体系中黄钾铁矾显著降低。
  • 材料与设备
  • 李伟伟,张婷,刘慧,姚路,司江菊,李鹏发,郎五可
    摘要:
    采用溶胶—凝胶法制备了Na和Mg共掺杂的无钴富锂锰基正极材料,通过透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、充放电测试仪和电化学工作站对所制备样品的形貌、结构和电化学性能进行了测试。结果表明,所有样品颗粒大小约100 nm,呈近似球形,样品均无杂相峰出现,都具有良好的层状结构,Na+和Mg2+对Ni和Mn离子的氧化状态没有影响。LNi018具有最好的电化学性能,初始放电容量为225.5 mAh/g,库伦效率为78.0%,循环250周后容量保持率为83.1%。LNi018样品中Ni含量相对于其它样品较少,Ni2+和Mg2+的价态相同,离子半径近似(Ni2+ 6.9 nm,Mg2+ 7.2 nm),在晶格中Mg2+取代了Ni2+的位置,同时较大半径的Na+(10.2 nm)增大锂层间距,使晶体结构在充放电循环过程中更加稳定,因而能保持较高的放电电压和容量。
  • 于兵,刘玉宝,张全军,黄海涛,康佳,闫奇操
    摘要:
    利用500 A规模电解槽,在氟化锂-氟化镨钕-氟化铈熔盐体系中,以氧化铈与氧化镨钕混合物为电解原料,制备了不同金属配分的镨钕铈合金。研究了不同电解质组成、电解温度(980~1 060 ℃)以及加料速度对电解过程的影响。研究表明,电解质组成是控制合金中金属配分的关键因素,同时电解温度对金属配分的影响不大。但电解温度偏低或者加料速度偏慢会使电解质液面上升,导致“熔盐外溢”现象的发生。
  • 环境工程
  • 何登武,李冠超,李小燕,王杨,付晓辉,王昱莹
    摘要:
    通过溶剂热法制备了CuInS2可见光响应型材料,借助SEM和XRD对材料进行表征分析。探究了不同溶液pH、反应时间、CuInS2浓度、U(Ⅵ)初始浓度对CuInS2光催化还原U(Ⅵ)性能的影响。结果表明,CuInS2具有良好的光催化性能,在溶液pH=5.5、U(Ⅵ)初始浓度10.0 mg/L、CuInS2浓度0.8 g/L时,CuInS2材料对溶液中U(Ⅵ)的去除效果最佳,去除率为87.81%,去除量为12.13 mg/g。
  • 郑朝振,周起帆,黄胜,闫丽,秦树辰,邓超群
    摘要:
    废旧锂电池作为一种二次资源有着巨大的回收价值。运用热重分析手段,通过逐个对锂电池拆解物料进行差热分析,确定各类电池材料的高温破坏温度特性,并在此基础上开展了废旧锂电池的热解试验。结果表明,在400 ℃热解可获得良好的热解效果,黑粉回收率>97%。
  • 李小凡,豆志河,张廷安,刘燕
    摘要:
    系统总结了近年来铜渣综合利用的最新研究成果,主要包括铜渣中有价金属单独提取、有价组元协同还原高值化转化、铜渣协同处置制备建筑材料以及铜渣在环保治理等方面的研究进展,梳理出铜渣综合利用存在的问题,并对其未来发展趋势进行了预测。目前,铜渣缓冷浮选贫化,贫化后渣铜残留量可降至0.23%~0.26%,但选矿尾渣难以利用;传统火法贫化后渣中铜残留量仍在0.6%—1%左右,大量的铜仍未得到有效回收利用,需再次贫化;利用熔融铜渣适度涡流贫化-熔融原位还原制备含铜抗菌不锈钢/耐磨铸铁,联产水泥熟料,渣中铜残留量可降至0.27%左右,铜、铁、铅、锌的回收率分别为>98%、>95%、>90%、>95%,不仅实现了铜渣的无渣化资源化高值利用,同时有效利用了铜渣的余热,是未来最具发展潜力的铜渣大规模高值化资源化综合利用新技术。
  • 牛文军,于长军,夏熠,石凯,王旭东,冯晓强,张敬一,黄英凯,王玉
    摘要:
    选取三种类型铝灰和三种高温固相催化剂作为试验原料,通过温度、时间和催化剂对高温条件下铝灰中复合盐脱除效率影响的探讨,得出高效脱除铝灰中复合盐的最佳条件。结果表明,A型催化剂更适合高铝质铝灰中复合盐的脱除;B型催化剂更适合高铝质铝灰和高镁质铝灰中复合盐的脱除;C型催化剂更适合高硅质铝灰和高镁质铝灰中复合盐的脱除。在最优条件下,煅烧后的铝灰中复合盐脱除率高、含量低,可满足大多数氧化铝材料工业使用要求,有望作为工业原料或替代原料使用。

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