文献】适用于采矿和加工废弃物中关键金属回收的金属提取技术综述

发布时间: 2022-08-30 点击数量:0  来源: 全球地质和矿产信息网

 为了应对预计至少到本世纪中叶仍将上升的全球地表温度,众多国家和组织已承诺在未来几十年减少温室气体排放。为了实现这些减排目标,需要通过实施包括可再生能源和替代能源以及碳捕获和封存在内的技术,向低碳经济过渡。这些技术往往依赖于所谓的“关键”金属、准金属和矿物,这些金属和矿物被认为对社会很重要,并且易受供应中断的影响。例如,钴是电动汽车和混合动力汽车电池和储能装置的重要金属,70%以上的钴产自刚果(金),因此很容易受到供应中断的影响。因此,目前许多国家和组织将钴视为关键金属。向低碳经济的转型,以及高科技的进步和电子设备(如计算机)的快速普及(这些设备通常也依赖于关键金属),将导致未来数十年全球对关键金属和矿物的需求扩大。因此,全球都在寻找和开发关键金属和矿物资源。

 许多关键金属是作为主要商品开采的副产品生产的。这通常是因为在商品的主要矿物中,一种关键金属对类似的贱金属产生了类质同象取代。这方面的两个实例是铟和铼。铟用于电子产品(包括触摸屏和平板显示屏),铼用于高温超合金和铂铼催化剂,导致这两种金属的需求量高。铟主要是作为锌精炼的副产品生产的,铟对矿物闪锌矿[(Zn,In)S]中化学性质相近的锌产生了类质同象取代。同样,铼也是斑岩铜矿开采的副产品,用来对辉钼矿[(Mo,Re)S2]中化学性质相近的钼产生类质同象取代。经济含量的关键金属也可以作为矿物中的结构成分产出。例如,锂形成矿物锂辉石[LiAl(SiO3)2]的结构成分,以经济含量产出于伟晶岩中。也可以从新旧废料的循环中回收关键金属。例如,2019年从新废料中回收了大量的镓和锗。

 另一种大量未开发的关键金属资源是采矿和加工废弃物。采矿和加工废弃物是采矿、矿物加工和冶金精炼过程的副产品,可以以固体、液体或气体形式存在。据报道,由以下三方面原因导致大量关键金属进入采矿和加工废弃物:①关键金属回收的加工基础设施效率低或不适用;②关键金属回收的经济不利性;③矿物学因素。一个例子是铟,Werner等(2017)估计全球采矿废物中含有2.4万吨的铟。随着金属市场范围和规模的扩大,一些历史上的采矿和冶金固废现已成为关键金属的宝贵来源。这些废弃物的再加工将有助于满足未来的关键金属需求,符合通过废弃物高附加值过程将矿业行业转型为循环经济体系的趋势,并支持国际上对获得社会许可日益增长的重视。虽然近年来发表了数项重点在于确定关键金属存在和丰度的研究,但这些研究往往没有对最适合回收目标金属的金属提取技术进行明确描述,这凸显了本综述的必要性。

 在循环采矿系统中,关键金属的提取始于矿物加工。矿物加工包括利用破磨(粒度减小)、分级(粒度筛分)和分离技术从开采的资源中将经济金属和矿物进行解离和富集。紧接着,将精矿进行金属提取,顾名思义,包括从精矿中提取有价金属和含金属的化合物,并利用化学反应去除脉石矿物和金属。然后对金属和化合物进行金属回收,包括去除杂质并将提取的金属和化合物富集成纯度更高的形式。最后,在整个提取过程中产生的废弃物和残渣经过价格评估,通过转化为高附加值产品而得到经济利用。在从采矿废弃物和加工废弃物中回收关键金属的背景下,矿物加工、金属提取和金属回收是必不可少的,而提升产品附加值是创建循环采矿系统所必需的。

 本综述概述了适用于从固体采矿和加工废弃物中提取11种关键金属(和准金属)的技术。本综述中考虑的11种金属是钴(Co)、镓(Ga)、锗(Ge)、铟(in)、锂(Li)、镍(Ni)、铼(re)、碲(Te)、锡(Sn)、钨(W)和钒(V),选择这些金属是因为在澳大利亚将其考虑为关键金属。尽管在澳大利亚认为稀土元素(REE)同样至关重要,但由于在其他综述中已包含适合从采矿和加工废弃物中提取稀土元素的加工技术,因此本综述未涉及稀土元素。


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