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低浓度轻稀土离子的选择性萃取分离

中国有色金属学报 2024年第2期34卷 625-639页

作者：吴江华张杜超杨天足中南大学冶金与环境学院长沙410008

本文研究了采用1,7-二氮杂15冠5醚(2N15C5)从多离子共存的复杂硫酸盐体系中选择性萃取分离轻稀土离子的过程。结果表明:水相中的高浓度杂质离子主要通过诱导稀土硫酸钠盐沉淀的生成来影响复杂硫酸盐体系的稳定性,从而降低2N15C5对轻稀... 详细信息

本文研究了采用1,7-二氮杂15冠5醚(2N15C5)从多离子共存的复杂硫酸盐体系中选择性萃取分离轻稀土离子的过程。结果表明:水相中的高浓度杂质离子主要通过诱导稀土硫酸钠盐沉淀的生成来影响复杂硫酸盐体系的稳定性,从而降低2N15C5对轻稀土离子的选择性萃取分配比。在水相pH<2.0、[SO_(4)^(2-)]/Σ[RE^(3+)]<10、相比R_(O/A)=2∶1、混相时间10 min的情况下,轻稀土离子组与重稀土离子组的单级萃取分离系数可达23.0023,经5级逆流萃取处理后,对应的累积萃取分离系数可达36.7016。该分组萃取分离法可从离子吸附型稀土矿原地浸出尾液中选择性萃取分离低浓度轻稀土离子,负载有机相经稀盐酸洗杂、乙二胺四乙酸溶液反萃处理后可得到轻稀土富集液,轻稀土离子的综合收率为83.98%。

关键词：氮杂冠醚低浓度轻稀土离子选择性萃取分组萃取原地浸出尾液

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真空蒸馏制备高纯金属的研究进展

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第5期34卷 1634-1654页

作者：许志鹏贾莉犁何志强郭学益田庆华中南大学冶金与环境学院长沙410083

随着科学技术的发展,高新技术产业对金属的纯度要求越来越高。然而,痕量杂质的存在会对金属的性能产生不良影响。真空蒸馏工艺因其金属回收率高、环保性能好、设备简单等优点,被广泛应用于制备高纯金属。本文作者围绕真空蒸馏的原理和工... 详细信息

随着科学技术的发展,高新技术产业对金属的纯度要求越来越高。然而,痕量杂质的存在会对金属的性能产生不良影响。真空蒸馏工艺因其金属回收率高、环保性能好、设备简单等优点,被广泛应用于制备高纯金属。本文作者围绕真空蒸馏的原理和工艺,系统地总结了高纯金属制备的总体进展。介绍了真空蒸馏的原理、真空蒸馏炉的改进设计、参数优化和仿真模拟。根据该技术制备高纯金属的现状,指出在科学研究中机理研究和仿真模拟是必不可少的。本研究对提高生产效率、节约生产成本及提高金属纯度具有一定的借鉴意义。

关键词：真空蒸馏高纯金属理论计算工艺研究模拟

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铜闪速熔炼多相流模型化研究进展

中国有色金属学报 2024年第1期34卷 207-228页

作者：姜保成郭学益王亲猛王松松陈建儒中南大学冶金与环境学院长沙410083

铜闪速熔炼具有高处理量、高富氧浓度、高冶炼效率和低环境污染的优势,已在世界范围内广泛推广应用,深入研究闪速熔炼过程中的物理化学现象和原理具有重要意义。然而,闪速炉内多相流间相互作用及熔炼动力学行为受到多方面因素的共同影响... 详细信息

铜闪速熔炼具有高处理量、高富氧浓度、高冶炼效率和低环境污染的优势,已在世界范围内广泛推广应用,深入研究闪速熔炼过程中的物理化学现象和原理具有重要意义。然而,闪速炉内多相流间相互作用及熔炼动力学行为受到多方面因素的共同影响,仅依靠生产经验、试验观测和理论分析难以全面解析炉内多相流传质传热过程、获取流体流动特性、揭示气固多相流相互作用规律,阻碍了闪速炉冶炼效能的进一步提升。当下计算流体力学数值模拟发展迅速,正为预测和分析闪速炉内多相流问题提供了高效、准确、直观的帮助。本文在介绍铜闪速炉结构、冶炼原理、理论模型的基础上,阐述了近年来铜闪速熔炼动力学反应机理、炉内流动特性方面模型化的研究成果及发展趋势,全面综述了铜闪速炉在喷嘴、沉淀池、上升烟道、锅炉优化方面的研究成果,为闪速炉生产优化及设计改进提供指导。

关键词：闪速炉多相流模型化喷嘴沉淀池上升烟道

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铜污酸中铼的分离提取研究进展

工程科学学报 2024年第3期46卷 397-406页

作者：乔晋玺郭学益李栋许志鹏王亲猛中南大学冶金与环境学院长沙410083

铼是一种战略性金属,在军工、航天及航空领域具有重要的地位,由于其独特的性质成为了航空航天发动机中不可或缺的材料.铼金属几乎没有独立矿床,其资源主要伴生于铜、钼等金属矿中.铜矿中铼资源经过铜冶炼工序后富集到废弃的污酸当中,从... 详细信息

铼是一种战略性金属,在军工、航天及航空领域具有重要的地位,由于其独特的性质成为了航空航天发动机中不可或缺的材料.铼金属几乎没有独立矿床,其资源主要伴生于铜、钼等金属矿中.铜矿中铼资源经过铜冶炼工序后富集到废弃的污酸当中,从污酸中回收铼成为铼冶金的重要研究内容.本文综述了污酸中铼提取的主要技术难点,对现有的分离提取方法进行了阐述及对比,主要包括化学沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法、吸附法等,分析了各技术现阶段存在的问题,为污酸中铼的分离提取技术发展提供参考.最后展望未来,污酸中铼的分离提取应向绿色环保、短流程、高选择性的方向发展.

关键词：铼铜污酸分离提取溶剂萃取离子交换

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含砷尾矿中砷铊矿相特征及其释放机制

地学前缘 2024年第2期31卷 20-30页

作者：梁慧芝郭朝晖张云霞徐锐中南大学冶金与环境学院湖南长沙410083

含砷尾矿中砷(As)及伴生元素铊(Tl)等毒性元素易向周边水和土壤介质中迁移,揭示尾矿中毒性元素的矿相特征及其释放机制具有重要意义。本研究以某雄黄矿区含砷尾矿为研究对象,结合化学分析、矿物学表征等手段,通过静态浸出实验探究含砷... 详细信息

含砷尾矿中砷(As)及伴生元素铊(Tl)等毒性元素易向周边水和土壤介质中迁移,揭示尾矿中毒性元素的矿相特征及其释放机制具有重要意义。本研究以某雄黄矿区含砷尾矿为研究对象,结合化学分析、矿物学表征等手段,通过静态浸出实验探究含砷尾矿中As和Tl的矿相特征及其释放机制。研究结果表明,含砷尾矿中As和Tl的环境行为明显受到其矿相特征及赋存形态影响。矿物学分析结果显示尾矿中As的主要矿物相为砷铂矿和砷铁矿,矿物解离度表明砷矿物处于风化状态,As释放风险较高;而Tl则以伴生元素形式存在于Ca、Mn和Mg等矿物相中,这些矿物的沉淀溶解控制着尾矿中Tl的释放。尾矿中As主要以铁锰氧化物结合态和有机结合态存在,Tl主要以铁锰氧化物结合态和残渣态存在。酸性浸出条件下金属的活性态比例增高,可交换态As由0.29%上升至1.67%,可交换态Tl从5.46%升高至8.67%;尾矿中As释放加强而Tl受到抑制,表明尾矿中As与Tl释放存在竞争关系。As的浸出符合双常数模型,为多因素控制的物理和化学过程;Tl的浸出符合抛物线扩散模型,由结构掺入和表面吸附等扩散机制控制。本研究明确了含砷尾矿As和Tl的释放特性、化学形态转变及矿物相特征,为含砷尾矿中As和Tl污染风险控制提供了科学依据。

关键词：含砷尾矿砷铊矿相特征释放机制

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蛇纹石硫酸浸出液制备超细高纯氢氧化镁

中南大学学报（自然科学版） 2024年第7期55卷 2468-2477页

作者：陈莹丽杨喜云童丽嵘朱静中南大学冶金与环境学院湖南长沙410083

以NH_(3)·H_(2)O沉淀硫酸镁溶液制备超细氢氧化镁,用NaOH脱硫得到超细高纯氢氧化镁,研究MgSO4浓度、NH_(3)·H_(2)O浓度、反应温度以及分散剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)添加量对氢氧化镁粒度与纯度的影响,分析添加剂的作用机理。研究... 详细信息

以NH_(3)·H_(2)O沉淀硫酸镁溶液制备超细氢氧化镁,用NaOH脱硫得到超细高纯氢氧化镁,研究MgSO4浓度、NH_(3)·H_(2)O浓度、反应温度以及分散剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)添加量对氢氧化镁粒度与纯度的影响,分析添加剂的作用机理。研究结果表明:以蛇纹石硫酸浸出液为原料,用质量分数为10%的活性MgO悬浮液为沉淀剂,H_(2)O_(2)为氧化剂,控制终点pH为7.5,反应温度为80℃,能完全脱除浸出液中的Fe^(3+)、Al^(3+)、Cr^(3+)、Ni^(2+)、Co^(2+)、Mn^(2+),得到纯净的硫酸镁溶液;采用直接沉淀法制备超细氢氧化镁最佳工艺条件,即反应温度为35℃,MgSO4浓度为0.15 mol/L,NH_(3)·H_(2)O浓度为4 mol/L,CTAB添加量为3%,在此最佳工艺条件下制备的氢氧化镁产品平均粒度为2μm,氢氧化镁纯度大于98%;加入CTAB后,合成体系中氢氧化镁ζ电位由4.53 mV升高到15.40 mV,抑制了氢氧化镁颗粒间的团聚,粒度分布范围变窄;同时,氢氧化镁(001)与(101)晶面衍射峰强度之比I(001)/I(101)增大,优先在(001)晶面生长,得到晶形完整、呈六方片状、分散性好的晶体。

关键词： CTAB 超细高纯粒度氢氧化镁

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苛碱体系低模数硅酸钠溶液的结构

中南大学学报（自然科学版） 2024年第4期55卷 1281-1290页

作者：连选彭志宏申雷霆齐天贵周秋生李小斌刘桂华中南大学冶金与环境学院湖南长沙410083

通过红外光谱测试技术,研究二氧化硅质量浓度、模数以及放置时间对苛碱体系低模数m(m≤1)硅酸钠溶液结构的影响,比较纯硅酸钠溶液和预脱硅溶液在结构上的差异。研究结果表明:苛碱体系预脱硅溶液结构与纯硅酸钠溶液结构相似,模数0.75≤m... 详细信息

通过红外光谱测试技术,研究二氧化硅质量浓度、模数以及放置时间对苛碱体系低模数m(m≤1)硅酸钠溶液结构的影响,比较纯硅酸钠溶液和预脱硅溶液在结构上的差异。研究结果表明:苛碱体系预脱硅溶液结构与纯硅酸钠溶液结构相似,模数0.75≤m≤1.00,ρ(SiO2)≤20 g/L的硅酸钠溶液主要含有硅氧环状和三元环状这2种复杂阴离子;模数m≤0.50、30≤ρ(SiO2)≤50 g/L的硅酸钠溶液以单体和线型这2种简单形态出现;钠硅渣形成过程主要消耗单体硅酸根离子,ρ(SiO2)=50 g/L左右的预脱硅溶液结构稳定,溶液中的铝酸根离子不会影响硅酸根离子结构。

关键词：苛碱体系纯硅酸钠溶液预脱硅溶液结构红外光谱

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废旧磷酸铁锂正极材料提锂渣再生电池级磷酸铁

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环境工程学报 2024年第8期18卷 2277-2288页

作者：邓景焜周康根吴业惠子彭长宏陈伟中南大学冶金与环境学院

针对目前废旧磷酸铁锂电池正极材料回收中仅局限于高经济价值的锂元素提取，由于铝杂质分离困难而导致提锂渣利用率低的问题，提出了一种基于“铜粉强化硫酸浸出-铁粉置换-选择性分铝”策略的湿法工艺，旨在从提锂渣中高效再生磷酸铁。... 详细信息

针对目前废旧磷酸铁锂电池正极材料回收中仅局限于高经济价值的锂元素提取，由于铝杂质分离困难而导致提锂渣利用率低的问题，提出了一种基于“铜粉强化硫酸浸出-铁粉置换-选择性分铝”策略的湿法工艺，旨在从提锂渣中高效再生磷酸铁。通过对铜粉强化硫酸过程进行优化及动力学研究，着重考察了铜粉用量、硫酸用量、液固比、反应温度及反应时间等参数的影响，确定了铁粉置换回收铜和选择性分铝过程的相关优化参数。研究结果表明，铜粉强化提锂渣硫酸浸出过程符合混合扩散控制模型，其表观活化能为37.12 k J·mol-1，主要受溶液边界层的扩散和界面处的化学反应共同控制。此外，经过净化处理后，溶液中铜和铝的浓度分别降至小于1、41 mg·L-1，可直接用于电池级磷酸铁的制备。本研究为磷酸铁锂提锂渣的回收利用提供了一种新思路。

关键词：磷酸铁提锂渣正极材料还原沉淀动力学模型再生

矿物高值化利用现状及其固体废物回收利用展望

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中国有色金属学报 2024年第5期34卷 1667-1689页

作者：黄俊楠孟迪尹萍赵伟渲胡文吉豪中南大学冶金与环境学院长沙410083 中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083

根据组成成分,固体废物中密度大的矿物类固体废物的高值化利用具有可实际应用的经济性和普适性,是实现可持续发展的关键。本文从矿物类固体废弃物原料出发,以煤矸石、粉煤灰、炉渣、废锂离子电池和硫酸矿渣等固体废物为来源,结合其固体... 详细信息

根据组成成分,固体废物中密度大的矿物类固体废物的高值化利用具有可实际应用的经济性和普适性,是实现可持续发展的关键。本文从矿物类固体废弃物原料出发,以煤矸石、粉煤灰、炉渣、废锂离子电池和硫酸矿渣等固体废物为来源,结合其固体废物中含有的矿物成分以及矿物本质特点,重点介绍了其中的黏土矿类、硫化矿类、氧化矿类以及我国战略性矿产资源石墨和萤石等典型矿物的物理化学特性,同时分析总结这些矿物在生物医药、光催化和膜材料等新兴领域的应用,为固体废物处理和高值化利用提供新的研究思路。

关键词：固体废物高值化利用黏土矿物硫化矿氧化矿