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铂族金属循环利用技术开发现状及展望

中国工程科学 2024年第3期26卷 120-130页

作者：张深根何学峰史志胜丁云集南昌大学物理与材料学院南昌330031 北京科技大学新材料技术研究院北京100083

铂族金属(PGMs)是汽车、石化、能源、国防装备等领域不可或缺的战略性金属资源,但PGMs矿产资源极度匮乏,供需矛盾突出;开展PGMs循环利用是保障PGMs安全供应、支撑关联产业高质量发展的重要举措。本文分析了PGMs的供给和应用情况,明确了... 详细信息

铂族金属(PGMs)是汽车、石化、能源、国防装备等领域不可或缺的战略性金属资源,但PGMs矿产资源极度匮乏,供需矛盾突出;开展PGMs循环利用是保障PGMs安全供应、支撑关联产业高质量发展的重要举措。本文分析了PGMs的供给和应用情况,明确了当前PGMs市场的供需态势;全面梳理了PGMs湿法回收(含氰化法、盐酸+氧化剂工艺),火法回收(含铅捕集、铜捕集、锍捕集、铁捕集工艺)的技术特征与应用情况;着重从焙烧‒浸出、铁捕集‒酸浸、低温铁捕集‒电解‒离心萃取工艺等方面阐述了PGMs火法‒湿法联合回收技术的研发与应用进展。其中,低温铁捕集‒电解‒离心萃取成套工艺延续了低温铁捕集研究思路,通过低熔点渣型设计将铁捕集温度由1800℃以上降至约1400℃,富集得到Fe-PGMs合金后经电解进一步富集PGMs,再经离心萃取提纯依次得到Pd、Pt、Rh,实现了短流程分离提纯PGMs,具有绿色、高效、低成本的诸多优点。着眼PGMs循环利用产业高质量发展,建议围绕“PGMs富集、分离提纯、污染防控”全流程开展基础研究和技术攻关,加快建设PGMs循环利用全链条标准体系和绿色低碳的产业生态环境,全面开展业务流程的“互联网+”能力建设以实现“回收‒处理‒再利用”全流程的智能化。

关键词：铂族金属循环利用低温铁捕集‒电解‒离心萃取联合工艺

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废杂铜直接制杆产业化成套技术

铜业工程 2024年第3期 119-130页

作者：饶勇平张深根林映春丁云集黄崇祺欧惠赣州江钨新型合金材料有限公司江西赣州341000 南昌大学物理与材料学院江西南昌330031 北京科技大学新材料技术研究院北京100083 上海电缆研究所有限公司上海200093

中国废杂铜约94%用于再生铜杆,但存在废杂铜分类回收体系及渠道不规范、制杆技术和装备落后、评估标准和体系不完善等问题,以致再生铜杆品质不高。本文针对上述难题,在国家科技支撑计划项目等支持下,通过产学研合作,历经十年,研制出废... 详细信息

中国废杂铜约94%用于再生铜杆,但存在废杂铜分类回收体系及渠道不规范、制杆技术和装备落后、评估标准和体系不完善等问题,以致再生铜杆品质不高。本文针对上述难题,在国家科技支撑计划项目等支持下,通过产学研合作,历经十年,研制出废杂铜预处理系统,建立了废杂铜原料分类体系,实现了废杂铜快速除杂;集成创新了“竖炉+精炼炉+保温炉”新型冶金炉组,成功地以铜含量92%及以上的废杂铜连续生产出合格的电工用铜液(Cu+Ag≥99.90%,O<400×10^(-6)),实现了低品位废杂铜直接制杆;创新了五轮式连铸、两辊式连轧及其整个辅助系统,实现了连铸液位自动控制与冶金炉组联动控制,稳定生产出了高质量再生铜杆并建立了示范线。再生铜杆经国家电线电缆检测中心检测,主成分(Cu+Ag)≥99.90%,导电率≥100.5%IACS,氧含量<400×10^(-6),延伸率≥38%,达到了国标和行标的要求。

关键词：废杂铜再生制杆冶金炉组高值利用精炼

铁捕集铂族金属富集物的锌碎化-酸解原理及工艺研究

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稀有金属 2022年第1期46卷 57-66页

作者：丁云集崔言杰张深根北京科技大学新材料技术研究院金属材料循环利用研究中心北京100083 北京科技大学顺德研究生院广东佛山528399

废汽车尾气催化剂是铂族金属(PGMs)最重要的二次资源,铁捕集PGMs技术因环境友好、回收率高等优点成为研究的热点。本文以铁捕集得到的Fe-PGMs合金为研究对象,采用Zn粉在高温下对合金碎化、盐酸溶解碎化产物获得PGMs富集物以及王水浸出PG... 详细信息

废汽车尾气催化剂是铂族金属(PGMs)最重要的二次资源,铁捕集PGMs技术因环境友好、回收率高等优点成为研究的热点。本文以铁捕集得到的Fe-PGMs合金为研究对象,采用Zn粉在高温下对合金碎化、盐酸溶解碎化产物获得PGMs富集物以及王水浸出PGMs,详细讨论了Zn碎化、酸解对PGMs浸出规律的影响,揭示了Zn碎化Fe-PGMs合金机制。结果表明,Fe-PGMs合金碎化主要由合金中碳化物氧化形成裂缝,以及Zn蒸气在裂缝中氧化生成氧化锌致合金内应力增大引起。在空气气氛、Fe-PGMs与Zn质量比为4∶1、碎化温度1300℃、时间2 h条件下,实现了Fe-PGMs合金完全碎化,碎化产物主要为Fe_(3)O_(4),以及少量的FeO, Fe_(2)O_(3)和 ZnFe_(2)O_(4)。采用盐酸对碎化产物进行一次溶解,在H^(+)浓度为6.0 mol·L^(-1)、固液比1∶20、酸解温度70℃、时间2 h条件下,碎化产物溶解率达到97.87%,Pt,Pd和Rh浸出率分别为46.62%,80.24%和30.06%;最后采用王水浸出PGMs富集物,Pt,Pd和Rh总浸出率分别达到99.54%,99.87%和99.11%。本工艺环境优好、成本低,实现了Fe-PGMs合金高效碎化和溶解,提高了PGMs回收率。

关键词：铁捕集铂族金属氧致碎化酸解

废均相催化剂氧化-络合浸出铑工艺及其动力学

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工程科学学报 2023年第2期45卷 214-222页

作者：丁云集李佳怡郑环东崔言杰刘波张深根北京科技大学新材料技术研究院金属材料循环利用研究中心北京100083 北京科技大学顺德创新学院佛山528399 有研资源环境技术研究院(北京)有限公司生物冶金国家工程实验室北京101407

基于Rh在废均相催化剂中的赋存状态,研发出绿色解离Rh-P化学键及Rh的络合浸出新技术,实现了Rh的绿色高效浸出,杜绝了传统废均相催化剂焚烧-碎化-酸浸工艺流程长、污染严重、回收率低等问题.首先通过蒸馏将低熔点有机物去除,然后采用H_(2... 详细信息

基于Rh在废均相催化剂中的赋存状态,研发出绿色解离Rh-P化学键及Rh的络合浸出新技术,实现了Rh的绿色高效浸出,杜绝了传统废均相催化剂焚烧-碎化-酸浸工艺流程长、污染严重、回收率低等问题.首先通过蒸馏将低熔点有机物去除,然后采用H_(2)O_(2)将均相铑膦络合物中的Rh^(+)氧化成Rh^(3+),减少有机配体对Rh的束缚;同时Rh^(3+)与Cl^(-)络合形成水溶性的RhCl_(6)^(3-)进入溶液中.研究了蒸馏温度、Cl^(-)浓度、H_(2)O_(2)用量、H^(+)浓度、反应时间等对Rh的回收率影响,并采用响应曲面法优化了Cl^(-)浓度、H_(2)O_(2)用量和反应时间等工艺参数.结果表明:各参数对Rh回收率的影响大小为:H_(2)O_(2)用量>Cl^(-)浓度>反应时间,优化的工艺参数为:蒸馏温度260℃、Cl^(-)浓度3.0 mol·L^(-1)、H_(2)O_(2)用量为废均相催化剂的37%(体积分数)、H^(+)浓度1.0 mol·L^(-1)、反应时间4.5 h,Rh的回收率达到98.22%.最后,采用分光光度法研究了Rh的氧化-络合动力学行为,表明该反应的活化能为39.24 kJ·mol^(-1),属于化学反应控速.

关键词：铑废均相催化剂蒸馏响应曲面法动力学

废汽车催化剂铁捕集熔炼渣一步法制备微晶玻璃研究

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工程科学学报 2022年第12期44卷 2090-2099页

作者：郑环东丁云集何学峰史志胜菅金鑫张深根北京科技大学新材料技术研究院金属材料循环利用研究中心北京100083 北京科技大学顺德创新学院佛山528399

低温铁捕集技术是回收废汽车催化剂中铂族金属最有前途的技术之一.铁捕集熔炼渣以硅铝酸盐为主,同时含有少量有毒重金属(如Cr、Ba、Ni、Mn等),其处置与资源化利用是当前行业的难题.本文致力于铁捕集熔炼渣的重金属固化和资源化利用,充... 详细信息

低温铁捕集技术是回收废汽车催化剂中铂族金属最有前途的技术之一.铁捕集熔炼渣以硅铝酸盐为主,同时含有少量有毒重金属(如Cr、Ba、Ni、Mn等),其处置与资源化利用是当前行业的难题.本文致力于铁捕集熔炼渣的重金属固化和资源化利用,充分利用硅铝酸盐为网络形成体,以重金属和酸洗污泥中CaF2为形核剂,通过一步法制备微晶玻璃.差示扫描量热分析结果表明,随着酸洗污泥用量(质量分数)从7%增至28%,样品的玻璃化转变温度与析晶温度间隙由211℃降低到150℃,基础玻璃的析晶活化能从321.8 kJ·mol^(-1)降低到303.5 kJ·mol^(-1),Avrami指数由1.7增至3.7.表明酸洗污泥可以降低成核与析晶的温差,有利于实现一步法工艺.酸洗污泥添加量(质量分数)为21%时,在900℃下热处理1.2 h制备的微晶玻璃具有较佳性能,即密度3.04 g·cm^(-3),吸水率(质量分数)0.11%,维氏硬度和抗弯强度分别为742.72 HV和119.32 MPa.浸出毒性试验表明重金属Cr、Ba、Ni等均满足美国环保局提出的毒性浸出实验(TCLP)标准.玻璃结构分析表明酸洗污泥有利于增加基础玻璃中的非桥氧含量,降低玻璃网络聚合度,增强结晶趋势.

关键词：废催化剂酸洗污泥微晶玻璃一步法结晶

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废催化剂中铂族金属回收现状与研究进展

工程科学学报 2020年第3期42卷 257-269页

作者：丁云集张深根北京科技大学新材料技术研究院北京100083

我国铂族金属(Platinum group metals, PGMs)储量少,消费量大,对外依存度高,PGMs二次资源的回收利用是缓解我国PGMs短缺最重要的途径.废催化剂是PGMs最主要的来源,其回收成为研究的热点.本文详细介绍了PGMs消费结构与回收现状,全球PGMs... 详细信息

我国铂族金属(Platinum group metals, PGMs)储量少,消费量大,对外依存度高,PGMs二次资源的回收利用是缓解我国PGMs短缺最重要的途径.废催化剂是PGMs最主要的来源,其回收成为研究的热点.本文详细介绍了PGMs消费结构与回收现状,全球PGMs回收量约占原矿产量的20%~30%,且将保持持续增长的趋势.样品的精准分析对PGMs回收有至关重要的作用,同时还原、焙烧、机械球磨等预处理能提高PGMs回收率.相对于传统氰化法和王水溶解,近年来开发出氯化浸出法、超临界萃取法、载体溶解法等较环保的浸出工艺.尽管部分湿法浸出工艺已经产业化应用,但存在废水量大、产生有毒气体及回收率低(特别是Rh)的问题.火法富集是以铅、铜、铁、镍锍为捕集剂,与PGMs形成合金富集,载体熔化造渣.本文对上述富集方法进行了综述并总结了优缺点,基于现有技术存在的污染严重、PGMs回收率不高等问题,展望了PGMs绿色高效回收技术,如活化预处理、协同提取有价金属和载体利用、贱金属协同冶炼和铁捕集–电解等,为从事该领域的科研工作者提供了良好的参考.

关键词：铂族金属氯化浸出有毒气体废催化剂造渣富集方法持续增长二次资源

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废加氢催化剂的回收现状与研究进展

化工进展 2021年第10期40卷 5302-5312页

作者：史志胜丁云集张深根北京科技大学新材料技术研究院北京100083 北京科技大学顺德研究生院广东佛山528399

废加氢催化剂因含难降解有机物和Mo、W、Ni、Co、V等战略金属,是危险废弃物和重要的二次资源,资源化利用具有显著的经济、社会和环境效益。本文介绍了加氢催化剂概况,综述了废加氢催化剂的回收现状,包括酸浸出、碱浸出、焙烧-浸出、火... 详细信息

废加氢催化剂因含难降解有机物和Mo、W、Ni、Co、V等战略金属,是危险废弃物和重要的二次资源,资源化利用具有显著的经济、社会和环境效益。本文介绍了加氢催化剂概况,综述了废加氢催化剂的回收现状,包括酸浸出、碱浸出、焙烧-浸出、火法富集。文章指出,回收前需采用溶剂洗涤法、机械法或焙烧法进行有机物脱除。酸法浸出酸浓度较高,对设备腐蚀性大;碱法浸出对Ni和Co的回收率低,采用碱法、酸法两步浸出可实现多金属高效回收;但湿法回收存在废水量大、污染严重等问题。焙烧-浸出是目前主流回收方法,已产业化应用,但存在回收流程长、后续浸出废水量大等问题。针对现有技术废水量大、污染严重等问题,本文提出了碳热还原富集回收有价金属、尾渣用于绿色建材的方法。

关键词：加氢催化剂废物处理回收浸取

高速钢和45^#钢焊接刀具在热加工过程中产生圆弧型裂纹的分析和研究

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工具技术 1990年第3期24卷 4-8页

作者：丁云集汉江工具厂

本文比较全面地阐述了高速钢对焊件热处理后发生断裂的原因,分析了淬火方法、焊缝位置与裂纹的关系,可供有关厂家解决类似问题时参考。

关键词：高速钢焊接刀具热处理裂纹

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报废光伏板回收利用的研究现状

稀有金属 2019年第9期43卷 987-996页

作者：刘波李佳怡丁云集郑环东张深根北京科技大学新材料技术研究院

为了应对化石能源枯竭和能源环境污染等问题,光伏发电得到了快速发展。光伏装机量的激增也将在未来伴生出数量庞大的报废光伏板,报废光伏板中含有铝、银、镓、铟、硅片、玻璃等有价组分,极具回收价值。另一方面,这些固废中还含有铅、镉... 详细信息

为了应对化石能源枯竭和能源环境污染等问题,光伏发电得到了快速发展。光伏装机量的激增也将在未来伴生出数量庞大的报废光伏板,报废光伏板中含有铝、银、镓、铟、硅片、玻璃等有价组分,极具回收价值。另一方面,这些固废中还含有铅、镉等重金属及粘合封胶等有机物,不当处理会对环境安全造成极大威胁。为了保护环境和回收资源,报废光伏板回收已成为研究热点。本文概述了报废光伏板预处理及有价金属回收的研究方法,预处理主要包括物理处理、化学处理、物理与化学结合处理的方法,有价金属回收主要包括银、稀散金属及其他金属的回收,总结了不同技术的优缺点和共性问题。物理法处理能力大但能耗高,产品纯度不稳定;化学法流程简单、成本低但尾液产量大,需二次处理。最后指出多法联用是未来发展的趋势。将为报废光伏板的绿色、高效回收提供有益的借鉴。

关键词：报废光伏板有价金属回收