化学场强化亚熔盐法低价两性金属氧化物高效氧化溶出基础研究

Sub molten salt (SMS) is a novel reaction media, which is highly efficient to treat amphoteric ores. The reactivity of such media is dependent on the reactivity of reactive oxygen species (ROS) in the media, and thus the optimization of SMS reaction system can be achieved by controlling the reactivity of ROS quantitatively. In this study, by systematic investigation of the formation mechanisms, existence states, and controlling methodologies; the oxidation mechanisms of typical amphoteric oxide by ROS and the oxidation controlling strategies; the mechanisms of electrochemical oxidation of typical amphoteric oxide in SMS and the reaction controlling principles, a new method based on electrochemically strengthened SMS system to efficiently treat amphoteric oxides will be established. The results from this research will provide fundamentals for the development of the SMS technology, and be significantly beneficial for the promotion SMS reaction platform.

亚熔盐介质是一种可以高效氧化分解低价两性金属氧化物的新化学介质，其高反应活性的核心是介质中大量稳定存在的活性氧对矿物的催化氧化作用，因此对介质反应活性的调节可以通过对活性氧的量化调控实现。本项目以亚熔盐介质中活性氧的量化调控为目标，以电化学强化为手段，采用多学科交叉、多种研究手段集成的研究方法，通过对介质中活性氧生成机理、赋存规律及调控规律，活性氧催化氧化两性金属矿物机理及调控规律，电化学催化氧化两性金属矿物机理及调控规律等具体科学问题的研究，建立亚熔盐介质活性氧电化学量化调控规律，形成具有应用前景的电化学场强化亚熔盐法低价两性金属氧化物高效氧化溶出化学冶金新技术，为亚熔盐平台技术的产业化推广应用提供科学依据。

亚熔盐是一种可实现两性金属矿物高效氧化分解的强碱性离子化介质，其强氧化活性的本质在于介质中存在大量具备高反应活性的活性氧组分。本项目采用循环伏安法、和频光谱法和紫外-可见分光光度法对碱性介质中活性氧的形成及赋存等问题展开了系统的研究，研究发现活性氧的形成及存在状态深受介质碱浓度、温度及氧气分压的影响，持续升高温度和碱浓度会先促进后抑制活性氧的形成，提升氧气分压会促进活性氧的形成，基于此建立了碱性体系中活性氧的量化调控机制。通过综合采用循环伏安法、计时电流法、光谱检测法、理论分析法和测定数据拟合法等深入地研究了碱性体系中低价态两性金属氧化物在电化学场中的电化学氧化行为及其与介质中活性氧组分的交互作用机理，研究发现低价态金属氧化物会在低电势条件下经直接电化学氧化形式被氧化，也可与氢氧根阳极析氧过程产生的小粒径氧气和过氧氢根离子活性中间体产生原位作用，实现间接电化学氧化，两种氧化作用比例大约为3:7。基于上述研究，开发出碱性体系中铬铁矿的电化学氧化溶出技术、高铁酸根-电化学复合氧化溶出技术及钒渣电化学氧化溶出技术，实现了低温低浓度碱介质中两性金属矿物的高效氧化分解。基于METSim流程模拟软件对钒渣电解过程进行了物料和能量衡算，结果表明相对于现有亚熔盐法处理技术而言，电化学溶出技术可大幅降低原辅材料需求和能量消耗。同时由于这些电解过程通常在更温和的条件下进行，设备腐蚀问题和实际操作难度系数均明显降低，使电解工艺更具有工业化应用前景。