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有色金属(冶炼部分) 2025年第2期 109-115页

作者：王驰许东兵常朝蒋子超谭博仁王晨晔王勇李会泉赵泽森桂夏辉杨建国中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心徐州221116 中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 中国科学院过程工程研究所绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100190

萃取柱具有连续性强,安全性高,通量大的优点,受到相似金属分离、精细化工等工业分离领域的青睐。液泛特性是萃取柱稳定运行的关键参数之一,低界面张力萃取体系分散相液滴极易破碎的特征是导致萃取柱易发生液泛的本质原因。采用新型气体... 详细信息

萃取柱具有连续性强,安全性高,通量大的优点,受到相似金属分离、精细化工等工业分离领域的青睐。液泛特性是萃取柱稳定运行的关键参数之一,低界面张力萃取体系分散相液滴极易破碎的特征是导致萃取柱易发生液泛的本质原因。采用新型气体搅拌技术,以气泡上浮过程中的动能和不均匀流场产生的弱曳力作用代替传统搅拌、脉冲能量形式破碎液滴。选取三种不同界面张力萃取体系,研究了气体搅拌条件下的萃取柱液特性,发现分散相液泛流速随着气速与连续相流速的增大逐渐降低,并且高界面张力体系降低的程度比低界面张力体系高。基于试验值,通过最小二乘法回归分析,提出预测误差为10.05%的液泛流速预测关联式,为后续气体搅拌萃取柱的设计与放大提供参考。

关键词：液泛特征气体搅拌折流板萃取柱预测关联式

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曝气式搅拌强化含钒矿物金属元素的氧化和浸出研究

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有色金属(冶炼部分) 2025年第2期 125-132,139页

作者：胡文斌王晨晔孙宇佳李会泉金永龙杜浩李兰杰李会林王佩赵备备李鹏阳中国科学院绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心中国科学院过程工程研究所北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049 河钢集团有限公司石家庄050023 河钢材料技术研究院石家庄052165 承德钒钛新材料有限公司河北承德067000

转炉钒渣和含钒废催化剂等二次资源是提钒的重要原料,但由于浸出过程中钒的氧化浸出受传质效率和气体扩散系数影响,浸出率难以进一步提高。因此,如何实现含钒矿相中低价钒的高效氧化对于钒的可持续性生产至关重要。以曝气式搅拌反应器... 详细信息

转炉钒渣和含钒废催化剂等二次资源是提钒的重要原料,但由于浸出过程中钒的氧化浸出受传质效率和气体扩散系数影响,浸出率难以进一步提高。因此,如何实现含钒矿相中低价钒的高效氧化对于钒的可持续性生产至关重要。以曝气式搅拌反应器作为浸出装置,通过流体力学计算模拟(CFD)研究了搅拌过程中气液混合分布规律,并将其应用于钒渣中钒、铬的液相氧化浸出过程。结果发现,曝气式搅拌有利于促进气液相混合均匀,并将气液混合相向反应器底部推进,增加气相停留时间,提高了后续氧化效率。通过曝气式搅拌,反应器内形成高密度的细微气泡,提高金属氧化效率,将钒渣中铬的氧化效率提高到98%以上。进一步通过EPR对浸出渣分析发现,曝气式搅拌可以直接促进固相钒铬尖晶石的氧化和分解,提高后续浸出效率。本研究通过CFD模拟和试验验证,为曝气式搅拌用于提高液相氧化浸出过程中低价金属的氧化和浸出效率提供依据,为实际搅拌釜的设计和操作提供了重要的参考价值。

关键词：钒液相氧化流体力学计算模拟曝气

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碳化铌高温磷化制备MAX相Nb_(2)PC

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矿冶 2025年第1期34卷 104-111,168页

作者：丛良伟庞昇王志李来时吴玉胜沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870 中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京100190

理论计算结果已经证实MAX相Nb_(2)PC机械性能优于其它MAX相,是极具发展潜力的结构材料。但受限于现有含磷MAX相制备过程存在的原料成本高(原料需使用高纯金属、红磷、石墨粉体)、反应器设计复杂(反应需在密闭石英反应器中进行)以及反应... 详细信息

理论计算结果已经证实MAX相Nb_(2)PC机械性能优于其它MAX相,是极具发展潜力的结构材料。但受限于现有含磷MAX相制备过程存在的原料成本高(原料需使用高纯金属、红磷、石墨粉体)、反应器设计复杂(反应需在密闭石英反应器中进行)以及反应时间长(由于磷沸点低,需进行长时间的低温磷化—高温反应制备MAX相)等瓶颈问题,含磷MAX相的深入研究一直被忽视。基于此,提出基于气固反应机理的含磷MAX相高温磷化制备新思路,利用磷铁渣中的FeP高温释放磷蒸汽特征,使其在高温下对Nb_(2)O_(5)碳热还原产物NbC进行磷化,成功实现了MAX相Nb_(2)PC的高效制备。同时,探究了原料配比、烧结温度及保温时间对产物纯度的影响。结果表明,当NbC与磷铁渣摩尔比为1∶5时,在1200℃下保温1 h可得到纯度大于99%的Nb_(2)PC。该方法有望为含磷MAX相的低成本、规模化制备提供技术基础。

关键词：磷铁渣 NbC 高温磷化气固反应 Nb_(2)PC

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电化学法浸出废HDS催化剂中关键金属研究

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有色金属(冶炼部分) 2025年第4期 106-115页

作者：李聪聪王晨晔李会泉胡文斌厉岩郭占成刘明坤中国科学院绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心中国科学院过程工程研究所北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049 北京科技大学绿色低碳钢铁冶金全国重点实验室北京100083

加氢脱硫催化剂(HDS)在石油品质提升中发挥着重要作用,但其长期使用后因烧结和失活而转化为废弃催化剂,属于HW50危险废物。我国废HDS催化剂的产生量庞大,对环境污染风险显著。金属钒(V)和钼(Mo)是废HDS催化剂的关键成分,而传统的钠化焙... 详细信息

加氢脱硫催化剂(HDS)在石油品质提升中发挥着重要作用,但其长期使用后因烧结和失活而转化为废弃催化剂,属于HW50危险废物。我国废HDS催化剂的产生量庞大,对环境污染风险显著。金属钒(V)和钼(Mo)是废HDS催化剂的关键成分,而传统的钠化焙烧工艺虽能有效回收这些金属,但过程耗碱量大且需高温(>800℃),亟需开展低碳回收方式探索。通过热力学计算和试验研究,揭示了在温和碱介质中,电化学条件变化对废HDS催化剂中V、Mo浸出机制的影响。研究发现,通过调节体系的氧化还原电位(Eh)和pH,可以实现V和Mo的迁移转化,其在碱介质中以Na_(2)V_(2)O_(7)和Na_(2)Mo_(2)O_(7)的形式稳定存在。试验优化结果显示,在浸出温度20℃、电压3 V、浸出时间6 h、NaOH浓度1 mol/L和液固比10∶1的条件下,V和Mo的浸出率分别达到了85.43%和82.47%。浸出过程符合传质控制动力学模型,电化学条件调控有效促进了活性氧的生成,显著提升了固体表面低价金属的浸出效率。研究结果为在温和条件下高效回收废HDS催化剂中有价金属提供了一种创新的技术途径。

关键词：钒钼电化学氧化浸出废HDS催化剂电势-pH图

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废旧三元锂电池不同组分热解产物识别与分质回收策略

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有色金属(冶炼部分) 2025年第06期 1-9页

作者：寸之亘李会泉邢鹏戴煜王晨晔王海北柯艳春周强王兴瑞王艳艳周鹏飞中国科学院绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心中国科学院过程工程研究所中国科学院大学化学工程学院湖南顶立科技股份有限公司矿冶科技集团有限公司中国资源循环集团有限公司

热解是废旧三元锂电池预处理脱除有机物的有效手段。开展了废旧三元锂电池热解产物识别研究，通过TG-DTA、XRD、GC、GC-MS分析，探究了热解气、热解油及热解渣的组成和特性。结果表明：热解气主要由还原性小分子气体组成，热解油主要由... 详细信息

热解是废旧三元锂电池预处理脱除有机物的有效手段。开展了废旧三元锂电池热解产物识别研究，通过TG-DTA、XRD、GC、GC-MS分析，探究了热解气、热解油及热解渣的组成和特性。结果表明：热解气主要由还原性小分子气体组成，热解油主要由长链的烃、醇类化合物以及电解液溶剂组成，黑粉主要为正负极材料。多组分热解能够促进正极材料的还原，并影响热解油和热解气的成分。基于热解产物的组成特性，设计了废旧三元锂电池全组分热解分质回收方案，为废旧三元锂电池的回收提供了新思路。

关键词：废旧三元锂电池热解产物识别分质回收

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二次铝灰中氟氮物相的光谱分析

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光谱学与光谱分析 2022年第11期42卷 3588-3594页

作者：黄形中武文粉李占兵李会泉刘青青李少鹏中国科学院过程工程研究所绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049

二次铝灰是电解铝、铝加工、铝回收行业产生的危险废物,不同生产过程排放的二次铝灰具有矿相复杂、化学组成波动大的特点,造成现有处置技术对各类二次铝灰的处理效果差异较大,资源化利用率低。通过明确典型铝合金生产过程排放二次铝灰... 详细信息

二次铝灰是电解铝、铝加工、铝回收行业产生的危险废物,不同生产过程排放的二次铝灰具有矿相复杂、化学组成波动大的特点,造成现有处置技术对各类二次铝灰的处理效果差异较大,资源化利用率低。通过明确典型铝合金生产过程排放二次铝灰中含氮、含氟物相等毒害组分的赋存形态及分布规律,判断氟氮物相形成途径,有利于开发高适性的二次铝灰无害化技术,实现二次铝灰中毒害组分和有价组分的高效分离,有效解决其资源化利用难题。结合化学与仪器分析,利用X射线衍射、X射线荧光光谱定量研究了生产过程中不同系列三种铝合金产生的二次铝灰中含氟物相、含氮物相等物相含量,采用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜与能谱系统分析氟、氮元素的结合形态和分布特征。结果表明,使用光谱分析方法与化学分析方法对二次铝灰中氮化物、氟化物的定量检测结果基本相符。铝-硅、铝-镁、铝-镁-硅三种系列铝合金生产过程得到的二次铝灰中含氮物相含量为4.30%~5.48%,含氮物相均主要以AlN形式存在,由生产过程中铝熔体与氮气反应生成物进入二次铝灰。AlN主要分布在体相中,颗粒形貌呈球端条状或棱块状,以游离单独颗粒或与含铝物相连生的形式存在;二次铝灰中含氟物相含量为1.04%~2.29%,铝-硅系列合金生产过程得到的二次铝灰中含氟物相以NaF,CaF_(2),MgF_(2)和Na_(3)AlF_(6)形式存在,在铝-镁、铝-镁-硅合金生产得到的二次铝灰中含氟物相以CaF_(2),MgF_(2)和KF形式存在;含氟物相均作为添加剂在铝产品生产过程中进入二次铝灰,在二次铝灰生成过程中未发生其他反应生成新相。三种样品中含氟物相在表面富集,形貌呈团絮状或不规则块状,以附着、包覆大颗粒,与其他组分连生、游离单独颗粒的形式存在。本研究可为二次铝灰中氟、氮等毒害杂质的脱除提供理论依据及基础支撑。

关键词：二次铝灰氟化物氮化物物相分析赋存形态

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二次铝灰硫酸铵焙烧提铝过程机理

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中国有色金属学报 2022年第5期32卷 1418-1429页

作者：雷炳宏刘宏辉张红玲张笛董玉明娄太平徐红彬中国科学院绿色过程与工程重点实验室中国科学院过程工程研究所北京100190 战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心中国科学院过程工程研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 东北大学冶金学院沈阳110819

二次铝灰是电解铝工业产生的一种含铝危险废弃物,由于成分复杂,其中的铝资源尚未得到有效利用。通过二次铝灰与硫酸铵混合焙烧形成易浸取的硫酸铝铵,可实现二次铝灰中铝资源的高效回收。本文采用热重−红外联用仪、XRD、SEM和HSC等研究... 详细信息

二次铝灰是电解铝工业产生的一种含铝危险废弃物,由于成分复杂,其中的铝资源尚未得到有效利用。通过二次铝灰与硫酸铵混合焙烧形成易浸取的硫酸铝铵,可实现二次铝灰中铝资源的高效回收。本文采用热重−红外联用仪、XRD、SEM和HSC等研究了二次铝灰与硫酸铵焙烧提铝过程机理。结果表明:二次铝灰中主要含铝物相为Al_(2)O_(3)、AlN、Na_(3)AlF_(6)、Al和NaAl_(11)O_(17),二次铝灰与硫酸铵混合物料的热分解过程可分为六个阶段。在30~215℃阶段,主要为物理水挥发;在215~300℃阶段,(NH_(4))_(2)SO_(4)分解为NH_(4)HSO_(4)并产生NH_(3);在300~337℃阶段,NH_(4)HSO_(4)开始分解为SO_(2)、NH_(3)、H_(2)O;在337~437℃阶段,Al_(2)O_(3)与(NH_(4))_(2)SO_(4)反应生成NH_(4)Al(SO_(4))_(2)并产生NH_(3)、H_(2)O,含量相对较少的含铝物相(Al、AlN和NaAl_(11)O_(17))及氟化物(Na_(3)AlF_(6)、CaF2)逐渐与硫酸铵反应生成相应的硫酸盐;在437~556℃阶段,NH_(4)Al(SO_(4))_(2)分解生成Al_(2)(SO_(4))_(3)、SO_(2)、NH_(3)、H_(2)O;在556~900℃阶段,Al_(2)(SO_(4))_(3)分解生成Al_(2)O_(3)和SO_(2)。因此,二次铝灰硫酸铵焙烧提铝优化温度区间为300~500℃。

关键词：二次铝灰铝资源硫酸铵焙烧过程机理

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工业副产铁矾渣资源化利用研究进展

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材料导报 2022年第16期36卷 159-167页

作者：刘明坤孙振华李少鹏王启宝王栋民李会泉中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 中国科学院过程工程研究所战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心绿色过程与工程重点实验室北京100190

铁矾渣是湿法冶金工业利用黄铁矾法除铁产生的典型固体废弃物,因其组成复杂、附加值低且通常含少量重金属元素,无害化、规模化利用难度大,目前其处理方式以直接堆存和填埋为主。随着冶锌行业和锂电池回收等行业的迅速发展,铁矾渣产生量... 详细信息

铁矾渣是湿法冶金工业利用黄铁矾法除铁产生的典型固体废弃物,因其组成复杂、附加值低且通常含少量重金属元素,无害化、规模化利用难度大,目前其处理方式以直接堆存和填埋为主。随着冶锌行业和锂电池回收等行业的迅速发展,铁矾渣产生量将大幅增长,其资源化利用技术和途径也将具有愈加重要的环保价值和经济价值。针对铁矾渣资源化、无害化利用技术的研究目前已取得一些有益成果,主要表现在三个方面。(1)利用湿法冶金、火法冶金、火法-湿法联用等方式可实现铁矾渣中Pb、Cu、Cd、Ni、Zn和Ag等有价金属元素的回收,其中部分金属元素的回收率超过90%;(2)将铁矾渣用于水泥、烧结砖等建筑材料的生产,以及作为水泥掺合料应用到建造工程的施工中;(3)利用铁矾渣制备其他高附加值材料(如用于储能系统的电极材料等)。本文主要回顾和总结了针对铁矾渣的金属回收技术和资源化利用技术的国内外研究进展,并分析和探讨了可能存在的问题及今后的研究方向。

关键词：铁矾渣金属回收建筑材料资源利用

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浓硫酸活化五氧化二钒制备高浓度全钒液流电池正极电解液

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化工学报 2023年第S01期74卷 338-345页

作者：胡超董玉明张伟张红玲周鹏徐红彬中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室北京100190 战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心中国科学院过程工程研究所北京100190 燕山大学环境与化工学院河北应用化学重点实验室河北秦皇岛066004 中国科学院大学北京100049

全钒液流电池是大规模储能领域首选的化学储能技术之一。因电解液成本占比较高,通常采用成本相对较低的五氧化二钒作为原料来制备全钒液流电池电解液。针对五氧化二钒在硫酸中溶解度较小、直接使用硫酸溶解五氧化二钒难以制备出高浓度... 详细信息

全钒液流电池是大规模储能领域首选的化学储能技术之一。因电解液成本占比较高,通常采用成本相对较低的五氧化二钒作为原料来制备全钒液流电池电解液。针对五氧化二钒在硫酸中溶解度较小、直接使用硫酸溶解五氧化二钒难以制备出高浓度电解液的问题,本研究通过将硫酸与五氧化二钒进行升温活化处理,水溶后即可实现高浓度五价钒电解液的制备。采用XRD、Raman、FT-IR等手段对活化后固体的组成、结构和溶解过程进行分析。结果表明,在活化温度为180℃、活化时间为3 h、硫酸与五氧化二钒摩尔比为4时,五氧化二钒溶解质量分数高达98.5%,溶解的钒离子浓度高达3 mol·L^(-1)。硫酸与五氧化二钒升温活化后生成V2O_(3)(SO_(4))_(2),改变原有的五氧化二钒的结构,导致活化后的物质水溶时溶解性增加,并且溶解后的钒离子价态以V(Ⅴ)形式存在。溶液中高浓度的V(Ⅴ)离子会与SO_(4)^(-)络合反应生成VO_(2)SO_(4)^(-),同时溶液中VO^(+)_(2)也会发生聚合形成V_(2)O_(3)^(4+)、V2O_(4)^(2+)等多聚体。

关键词：五氧化二钒正极电解液全钒液流电池溶解度升温活化

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红土镍矿加压浸出反应釜结垢机理

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中国有色金属学报 2024年

作者：赵泽森陈杰王晨晔李会泉中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心

加压酸浸技术是目前提取红土镍矿中镍钴应用最为广泛的湿法提取技术，具有能耗低、碳排放量少、镍钴回收率高等优点，但高压釜易结垢导致其有效容积减小、釜内流体流型改变、管线堵塞。本文为了明晰红土镍矿加压酸浸高压釜结垢生成机理... 详细信息

加压酸浸技术是目前提取红土镍矿中镍钴应用最为广泛的湿法提取技术，具有能耗低、碳排放量少、镍钴回收率高等优点，但高压釜易结垢导致其有效容积减小、釜内流体流型改变、管线堵塞。本文为了明晰红土镍矿加压酸浸高压釜结垢生成机理，通过化学分析、MLA矿物自动定量分析系统、扫描电镜等手段对高压釜结垢的矿物组成、主要矿物颗粒、元素赋存状态、嵌布特征和粒度分布等矿物学特征进行了研究。结果表明，高压釜结垢主要以水合硫酸铝为骨架，包裹红土镍矿浸出渣中的赤铁矿、铬铁矿等矿相形成。镍、钴、锰、镁等金属元素通过吸附进入高压釜结垢，其中镍和钴主要是被含铁矿相吸附。

关键词：红土镍矿湿法冶金加压浸出高压釜结垢

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