【摘要】：隨著社會的發(fā)展與人們環(huán)保意識的提高,傳統(tǒng)鎳礦冶煉工藝已無法滿足綠色化、高效化的工藝發(fā)展要求。因此,尋求一條綠色、高效、短流程的工業(yè)技術(shù)路線,實(shí)現(xiàn)從低附加值原料到高附加值材料的轉(zhuǎn)變已成為綠色、高效處理鎳礦資源的關(guān)鍵。本課題將選擇性氯化物相重構(gòu)和低共熔溶劑電化學(xué)提取技術(shù)相結(jié)合,開發(fā)適用于高鎳锍的有價金屬提取新技術(shù)。研究采用NaCl為固體氯化劑,探究了高鎳锍NaCl氯化焙燒工藝,以Reline低共熔溶劑作為浸出劑提取焙燒產(chǎn)物中的有價金屬,然后采用電沉積工藝在Reline低共熔溶劑中制備Cu-Ni、Ni-Mo-Cu鍍層,分析了鍍層的析氫性能和析氫控速步驟,證明了高鎳锍短流程制備為鎳基析氫電極材料的技術(shù)可行性。主要研究內(nèi)容如下:(1)熱力學(xué)分析了高鎳锍NaCl氯化焙燒過程中硫化物氯化的優(yōu)先順序,研究焙燒溫度、焙燒時間、氯化劑添加量對氯化焙燒結(jié)果的影響,結(jié)果表明高鎳锍NaCl氯化焙燒的最佳條件為:氯化焙燒溫度500℃、氯化焙燒時間30 min、氯化劑添加量40 wt%。隨后以Reline低共熔溶劑為浸出劑進(jìn)行高鎳锍焙燒產(chǎn)物的浸出實(shí)驗。在浸出液固比150 mL/g、浸出時間16 h、浸出溫度50℃的最佳浸出條件下,Ni、Cu浸出率分別達(dá)到40.24%和58.21%,雜質(zhì)Fe、Co濃度可控制在14.5 mg/L和16 mg/L。浸出渣物相為NiO、CuO、Na_2Ni(SO_4)_2和Na_2SO_4。(2)Reline低共熔溶劑浸出高鎳锍焙燒產(chǎn)物后得到Reline浸出液,將含有有價金屬Ni、Cu的Reline浸出液作為電解液。探究了Cu(II)、Ni(II)在Reline低共熔溶劑中的電化學(xué)還原過程,Cu(II)的電化學(xué)還原過程為兩步還原過程,Ni(II)的電化學(xué)還原過程為一步還原過程。通過電沉積工藝制備Cu-Ni鍍層,改變電沉積參數(shù)能調(diào)控Cu-Ni鍍層的成分、形貌及析氫性能。Cu-Ni鍍層的最佳電沉積工藝參數(shù)為電解液溫度60℃、電沉積電位-1.0 V、電沉積時間30 min,該電沉積條件下制備的Cu-Ni鍍層的Tafel斜率為216 mV·dec~(-1),交換電流密度為2.95×10~(-2)mA·cm~(-2),析氫過電位η_(10)為297 mV。(3)向Reline浸出液中添加適量的七鉬酸銨,將含有Ni、Mo、Cu的Reline低共熔溶劑作為電解液。探究了Mo(VI)在Reline低共熔溶劑中的電化學(xué)還原過程,Mo(VI)在Reline低共熔溶劑中無法單獨(dú)被還原,Mo(VI)只有Ni(II)存在的條件下才能被共沉積。以泡沫鎳為基體電沉積制備Ni-Mo-Cu鍍層,泡沫鎳基體的三維骨架結(jié)構(gòu)提高了電化學(xué)活性面積,有利于提高材料的析氫活性。Ni-Mo-Cu鍍層最佳電沉積工藝參數(shù)為電解液溫度70℃、電沉積電位-1.2 V、電沉積時間1 h,該條件下制備的Ni-Mo-Cu鍍層元素分布均勻,鍍層形貌致密,Ni-Mo-Cu鍍層的Tafel斜率為175 mV·dec~(-1),交換電流密度為1.30 mA·cm~(-2),析氫過電位η_(10)為93 mV。由此可知,Ni-Mo-Cu鍍層相比Cu-Ni鍍層具有更好的析氫活性。分析了Ni-Mo-Cu鍍層在堿性溶液中的析氫穩(wěn)定性,在1 mol/L KOH溶液中連續(xù)12 h制氫后,鍍層析氫活性有輕微下降,物相沒有發(fā)生變化,可見鍍層具有良好的析氫穩(wěn)定性。探究了Ni-Mo-Cu鍍層在堿性溶液中的析氫控速步驟,鍍層在堿性水溶液中的析氫過程由電荷轉(zhuǎn)移及脫附擴(kuò)散兩個步驟組成,在低析氫過電位下的控速步驟是電荷轉(zhuǎn)移過程,隨著析氫過電位逐漸升高,脫附擴(kuò)散過程控制析氫過程。
【圖文】：

學(xué)位論文鎳礦等形式存在，硫化物型鎳礦[8]一般深埋于地下，開采難度海底錳結(jié)核中的鎳占全球鎳資源的 17%，錳結(jié)核是一種沉于大采的技術(shù)要求和成本較高。海底錳結(jié)核是富含鐵、錳、鎳、銅物集合體，包含多種戰(zhàn)略金屬資源，極具開采價值，但是開采污染，因此暫未大量開采該資源。以上鎳資源分類及相關(guān)礦物此外，鎳資源按礦石中的鎳品位可以分為三個品級，分別是特，其中特富礦的鎳品位大于 3%，富礦的鎳品位介于 1% ~ 3% 1%的鎳礦為貧礦[9]。

海大學(xué)碩士學(xué)位論文化物型鎳礦主要分布于中國甘肅金川、中國吉林磐石、俄羅斯西伯利亞、加安大略、加拿大曼尼托巴等地區(qū)[12]。硫化物型鎳礦的處理工藝更成熟，因此化物型鎳礦為原料生產(chǎn)的鎳約占全球鎳總產(chǎn)量的三分之一[13]。全球鎳資源及分布情況詳見圖 1.2。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ116.21;TQ153

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2 李延山;不用揚(yáng)鞭自奮蹄[N];甘肅經(jīng)濟(jì)日報;2001年

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1 陸一;高鎳锍在低共熔溶劑中電沉積制備Ni-Mo-Cu的研究[D];上海大學(xué);2019年

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本文編號：2632897