复杂铜镍矿物氯化重构与电化学提取集成技术基础研究

This project aims to combine the selective chloridization phase-reconstruction process and ionic liquid electrochemical extraction process to develop a new whole process flow applying to separate/extract valuable component from complex Cu/Ni-containing minerals. Intractable phase mixed polymetallic ore mineral will be reconstructed to form chloride intermediates by selective chloridization, then, the chloride mineral components will be dissolved in specific ionic liquids, finally, the high value of metal element will be produced through electrochemical controllable electrolytic /electric deposition.Research will be proven to form existence morphology and reconstruction mechanism of chloride for different elements in the mixed ore, to reveal dissolved control factors for chloride components in ionic liquids, to obtain the reaction mechanism and regulation mechanism of electrochemical controlled precipitation process in ionic liquids, to construct the complete separation of minerals dissolved chloride reaction path and controllable extraction process, to establish the new metallurgical technology for low temperature ionic liquid electrochemical extraction route. This integration research project, will realize from theory to application basis, from resources to the materials. This new integration technology route will greatly save required traditional high-temperature process energy consumption, process development reflects the new period of green and high efficiency requirements.

本项目拟探索将选择性氯化物相重构和离子液体电化学提取流程相结合，开发适用于复杂铜镍矿物的分离提取全流程新技术。项目针对特定的难处理多金属多矿相的复杂混合矿进行选择性氯化实现物相重构，形成氯化物中间体，再通过特定低温离子液体对氯化矿物组分进行选择性溶解，最后结合电化学可控电解/电沉积实现高价值组元的可控提取。研究将探明混合矿中不同组元的存赋形态和氯化重构机理；揭示氯化物组分在离子液体中溶解控制影响因素；获取离子液体中电化学可控析出过程的反应机理和调控机制；构建矿物氯化溶解分离并可控提取过程的完整反应路径，形成低温离子液体中矿物电化学提取冶金新技术路线。本项目的多技术集成，将实现从理论基础到应用基础、从资源到材料的一体化研究。这一新的集成技术路线，必将极大节省传统高温工艺所需的能量消耗，体现新时期绿色化、高效化的工艺发展要求。

镍、铜是我国重要的战略金属并应用广泛，随着对铜镍矿资源开采的不断深入，高品位硫化铜镍矿资源日益枯竭，因此，如何实现低品位复杂硫化铜镍矿的高效综合利用是关键。本项目以中国金川铜镍矿为难处理多金属多矿相的复杂混矿为研究对象，进行选择性氯化实现物相重构，再通过低温离子液体对氯化矿物组分进行选择性溶解，最后结合电化学可控电解/电沉积实现制备高价值合金。主要研究结果如下：.高镍锍添加NaCl氯化焙烧的最佳条件为：温度500 °C、氯化焙烧时间30 min、添加量40 wt%。在浸出液固比150 mL/g、浸出时间16 h、浸出温度50 °C的最佳浸出条件下，Ni、Cu浸出率分别达到40.24%和58.21%。浸出渣物相为NiO、CuO、Na2Ni(SO4)2和Na2SO4。以高镍锍为前驱体，经高镍锍－氯化胆碱/尿素离子液体电沉积可以制备Ni-Mo-Cu三元合金，合金镀层元素分布均匀，镀层形貌致密，Tafel斜率为175 mV•dec-1，交换电流密度为1.30 mA•cm-2，析氢过电位η10为93 mV。12h连续析氢后，具有更好的析氢活性与析氢稳定性。.低冰镍添加KCl氯化焙烧的最佳工艺条件为：采用KCl作为氯化剂、随炉升温焙烧方式、KCl添加量为40 wt%、焙烧温度为450 °C、焙烧时间为45 min，最终产物的主要物相组成为硫酸复盐（K2Ni2(SO4)3）、氧化铁（Fe2O3）以及金属氯盐（NiCl2、CuCl、KCuCl3）。将焙烧产物溶解于氯化胆碱/尿素离子液体中，Fe、Ni和Cu的浸出率分别为0.33%、49.17 %、73.28%。以低冰镍为前驱体并添加适量SnCl2后可以在胆碱类离子液体中电沉积得到Sn-Ni-Cu三元合金，作为电极材料充放电循环50次之后的可逆容量为533 mAh/g，库仑效率达到了98%，且循环后结构保持稳定，具有较高的可逆容量以及优异的循环性能。.本项目同时进行了在ChCl/urea电沉积制备Zn、Cu-Zn合金负极材料及性能研究、Ni-AC复合电极研究；在 [EMIm]BF4-SnCl2 (0.05 M)、[EMIm]TfO-SnCl2 (0.05 M)和[EMIm]DCA-SnCl2 (0.05 M)电沉积制备Sn基负极材料及性能研究。本研究将为高效提取复杂矿相有价金属绿色流程开发提供理论与实践支撑。