结构分析方法在湿法冶金物理化学中的新应用

现代冶金技术的发展，亟待建立冶金物理化学研究新方法，以推动冶金学科的跨越发展和冶金技术的原始创新。围绕湿法冶金体系组成复杂、高维结构信息难于解析、新兴技术和研究方法在该领域的应用缺乏系统集成的问题，针对湿法冶金体系以无机物为主、短程配位、局域长程有序的结构特点，本项目通过研究湿法冶金体系谱学性质解析方法、微观结构计算化学方法、溶液结构与宏观性质反演方法、典型湿法冶金过程界面行为实时观测分析方法等，提出高维谱学数据处理新算法，建立多元多相复杂体系结构信息获取和结构性质解析方法，构建能描述和预测复杂溶液体系的宏观性质并能反演其结构的物理模型，形成将谱学分析与解析方法、计算化学方法与宏观性质反演方法相结合的结构分析方法并应用于湿法冶金溶液和界面结构性质的研究，在原子分子层次建立多元多相强相互作用体系结构与反应性能的系统研究方法，构建 "多科学交叉应用桥梁"，推动冶金物理化学学科从经典走向现代。

传统冶金物理化学研究方法的唯象性极大限制了其在复杂冶金体系中的应用，亟待建立物理化学研究新方法，以推动冶金学科发展和冶金新技术形成。本项目以典型湿法冶金体系和过程为研究对象，研究元多相相互作用反应体系结构与性质的对应关系，揭示湿法冶金过程的微观本质。主要研究成果：. (1) 应用多谱学（UV,EXAFS）与多重理论计算(DFT,MD)相互匹配认证的结构研究方法，研究高浓度高吸光度湿法冶金体系结构，解决了高浓度体系谱学信号溢出、细微结构难以区分的难题，发现了在高浓度冶金体系溶剂活度对溶质缔合常数具有不可忽视的影响。. (2) 建立了湿法冶金过程的界面研究方法：针对金属电解过程反应快导致界面研究困难的难题，借助同步辐射X-射线成像技术，建立了金属电沉积过程的原位界面研究方法，揭示了金属沉积物的微观演变规律及其添加剂的作用机制；针对固液界面化学吸附量低，界面结构难以直接表征的难题， 采用XPS、FT-IR等与基于第一性原理的理论化学计算相结合方法，用“吸附前后特征元素的结合能位移实验值与理论计算值相一致”作为判据，确定了界面吸附微观结构，发展了光谱表征与量化计算相结合的界面研究方法。. (3)设计制造了电解质水溶液组分活度的高温测试系统，测试了缔合体系的组分在高温下水的活度，发现在高温高浓度缔合体系由于盐的加入而引起水的活度升高的奇异现象。测试了典型湿法冶金体系热焓数据，推导了通过热焓数据把热力学模型参数从常温推广到高温的方法。提出了基于溶液结构选择参数的新思路，使预测复杂体系宏观性质的热力学模型更具预测能力。. (4)建立了由宏观性质（活度，溶解度等）反演微观结构的理论模型方法，模型预测了氯化铜体系的物种分配规律，开发出新型螯合树脂，有效实现了镍电解液的深度除铜。