有色金属冶金中酸性污泥的方向性转化与低温汞回收

时间：2026年5月17日

来源：Separation and Purification Technology

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朱坤|李永斌|张敏豪|兰杰|杨友|杨坤|张立波中国昆明理工大学冶金与能源工程学院复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室，昆明650093摘要针对当前酸性污泥处理技术中存在的焙烧温度高和汞回收效率低的问题，本研究开发了一种用于有色金属冶金中酸性污泥定向相重构和低温汞回收的新工艺。通

朱坤|李永斌|张敏豪|兰杰|杨友|杨坤|张立波

中国昆明理工大学冶金与能源工程学院复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室，昆明650093

摘要

针对当前酸性污泥处理技术中存在的焙烧温度高和汞回收效率低的问题，本研究开发了一种用于有色金属冶金中酸性污泥定向相重构和低温汞回收的新工艺。通过顺序化学提取HgSO₄-Hg₂Cl₂-HgS-HgSe的方法建立了汞相分析方法，结果表明酸性污泥中的93.65%的汞化合物为HgSO₄和HgS。绘制了Hg-H₂O和Hg-S-H₂O体系的E-pH图，确定了在碱性氧化体系下汞相向HgO转化的最佳矿物相变路径。工艺反应包括HgS转化为Hg(OH)₂和S_x²⁻，随后S_x²⁻氧化为S⁰，再进一步氧化为SO₃²⁻和SO₄²⁻。基于对HgS电极进行的E_ocp、CV、LSV、Tafel和EIS测试，阐明了HgS的矿物相变过程：在pH为12时，相变阻力最低，氧化效率最快，R_ct为712.9 Ω·cm²，W₁-R为1749 Ω·cm²，表明HgS的矿物相变受扩散控制。在6.75 mol/L H₂O₂条件下对酸性污泥进行1小时的碱性氧化处理后，HgS、Hg₂Cl₂和HgSO₄可完全转化为HgO。随后在450°C下焙烧60分钟，实现了98.14%的汞回收率和54.90的汞/硒分离系数。

引言

汞（Hg）是电子信息、化学工程、医学和仪器仪表等多个领域中的关键功能材料，被誉为“具有特殊功能的金属”[1]、[2]。随着《水俣公约》的实施，原生汞矿的开采即将被禁止，有色金属酸性污泥中的资源回收已成为汞的重要来源[3]、[4]。

目前，酸性污泥中汞的主要回收方法包括氯化物浸出和火法挥发[5]、[6]、[7]。氯化物浸出是一种新开发的工艺，它利用盐酸和氯酸盐生成强氧化性的Cl₂，将酸性污泥中的结合态汞化合物氧化为可溶性的HgCl₄²⁻复合物并转移到浸出液中。该工艺环保。然而，酸性污泥中的主要成分PbSO₄会与Cl⁻反应生成PbCl₄²⁻复合物，竞争溶液中的Cl⁻，从而降低HgCl₄²⁻的稳定性，甚至可能导致Hg²⁺的水解沉淀，导致后续废物残渣和废水处理成本增加[8]。Zhou等人[9]使用HCl和NaClO₃浸出酸性污泥，发现氯酸钾和盐酸的用量显著影响有价值元素的浸出效率。只有当NaClO₃和HCl的质量用量分别达到酸性污泥质量的80%和43%时，汞、硒等有价值元素的浸出率才能达到99%。随后需要大量NaOH进行中和和沉淀以获得HgO。此外，过量的Cl⁻会严重缩短设备使用寿命，限制了氯化物浸出的工业应用。

全球范围内，酸性污泥中汞的回收主要采用火法挥发工艺。该工艺利用CaO将挥发性硒化合物转化为不挥发性硒酸盐，使汞选择性挥发。其特点是流程简单，汞的分离和回收效率高。然而，要实现酸性污泥中所有汞物种的有效挥发需要高温焙烧，导致能耗较高。Lei等人[10]报告称，只有在650°C下加热超过90分钟才能实现99%的汞回收率。高温焙烧主要是由于存在热稳定性高、挥发起始温度高的汞物种（如HgSO₄和HgS）。因此，将这些高挥发温度、难熔化的汞相有针对性地转化为新的低挥发温度、易分解的汞物种是减少能耗和实现酸性污泥中高效汞回收的关键。

为了解决当前酸性污泥处理过程中由于高挥发起始温度的汞物种存在而导致的焙烧能耗高的问题，本研究提出了一种用于有色金属冶金中酸性污泥定向相重构和低温汞回收的新工艺。基于对酸性污泥中汞存在相的分析，绘制了一系列E-pH图以确定相变的适宜条件。进一步采用电化学表征方法分析矿物相变过程，并据此进行了条件实验和汞回收研究。