【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)技術路線,實現(xiàn)從低附加值原料到高附加值材料的轉變已成為綠色、高效處理鎳礦資源的關鍵。本課題將選擇性氯化物相重構和低共熔溶劑電化學提取技術相結合,開發(fā)適用于高鎳锍的有價金屬提取新技術。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可行性。主要研究內容如下:(1)熱力學分析了高鎳锍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果的影響,結果表明高鎳锍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行高鎳锍焙燒產物的浸出實驗。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浸出率分別達到40.24%和58.21%,雜質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還原過程,Cu(II)的電化學還原過程為兩步還原過程,Ni(II)的電化學還原過程為一步還原過程。通過電沉積工藝制備Cu-Ni鍍層,改變電沉積參數能調控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還原過程,Mo(VI)在Reline低共熔溶劑中無法單獨被還原,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構提高了電化學活性面積,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移及脫附擴散兩個步驟組成,在低析氫過電位下的控速步驟是電荷轉移過程,隨著析氫過電位逐漸升高,脫附擴散過程控制析氫過程。
【圖文】：

學位論文鎳礦等形式存在，硫化物型鎳礦[8]一般深埋于地下，開采難度海底錳結核中的鎳占全球鎳資源的 17%，錳結核是一種沉于大采的技術要求和成本較高。海底錳結核是富含鐵、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]。

海大學碩士學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的鎳約占全球鎳總產量的三分之一[13]。全球鎳資源及分布情況詳見圖 1.2。
【學位授予單位】：上海大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ116.21;TQ153

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本文編號：2632897