超声波辅助过氧化氢在中性室温条件下高效浸出含镉烟尘的回收机制与工艺优化

为解决铅冶炼行业含镉烟尘传统浸出工艺效率低、环境污染严重的问题，研究人员创新性地提出超声波（UL）协同过氧化氢（H2O2）的中性室温浸出技术（ULO）。通过优化条件（20°C、5 mL H2O2、液固比2:1、360 W超声功率），镉浸出率提升至96.76%，活化能降低至3.389 kJ·mol?1，显著优于常规氧化浸出（88.57%）。该研究为重金属资源化与清洁生产提供了绿色解决方案。

　　

铅冶炼过程中产生的含镉烟尘是环境与健康的重大威胁，其镉含量高达15%-30%，但传统水浸法效率不足60%，酸浸法又面临杂质溶解和废水处理的难题。如何实现高效、绿色的镉回收成为行业痛点。昆明理工大学非常规冶金重点实验室的研究团队在《Ultrasonics Sonochemistry》发表的研究中，提出了一种超声波辅助过氧化氢（H₂O₂）中性浸出新工艺，通过多尺度表征与动力学分析，揭示了超声强化浸出的关键机制。

研究采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和电子顺磁共振（EPR）等技术，结合扫描电镜-能谱（SEM-EDS）和比表面积分析（BET），系统评估了烟尘中镉的赋存形态及超声作用下的相变过程。

3.1 原料特性分析
烟尘中镉以CdSO₄（易溶）、CdSO₃（微溶）和CdS（难溶）多相共存，铅则以PbSO₄/PbSO₃形式存在。XPS证实硫元素呈现S^2-、S⁴⁺和S⁶⁺混合价态，为氧化路径设计提供了依据。

3.2 超声协同氧化效应
ULO工艺在室温下20分钟即可实现96.76%的镉浸出率，较常规氧化（CLO）提升8.19%。EPR检测到特征性1:2:2:1羟基自由基（·OH）信号，证实超声通过空化效应促进H₂O₂分解为强氧化性·OH（E⁰=+2.80 V），加速CdS→CdSO₄的价态转化（S^-2→S⁺⁶）。

3.4 颗粒解聚与相变调控
超声功率360 W时，残渣比表面积增至3.371 m²/g，D₉₀粒径从105 μm（CLO）降至6.70 μm。SEM显示超声有效打破镉相包裹结构（如点位7#镉含量从53.87%降至0.92%），XRD证实ULO残渣中CdS/CdSO₃特征峰完全消失，铅则以惰性PbSO₄形式固定。

3.6 动力学机制突破
超声使反应活化能从16.198 kJ·mol^?1（混合控制）降至3.389 kJ·mol^?1，转为扩散控制。这种转变意味着工艺优化应聚焦于强化传质而非提高温度，为节能降耗提供了理论支撑。

该研究不仅将镉浸出率提升至行业领先水平（96.76%），更通过铅镉协同回收（铅渣返回冶炼系统）实现了全流程废物零排放。相比传统高压氧化（170°C）或生物浸出（86%效率），ULO工艺在室温中性条件下的突破，为重金属污染治理与资源循环提供了兼具经济性与环境友好的技术范式。