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为解决传统火法 / 湿法冶金提取镍钴时存在的高能耗、高污染及低选择性问题，研究人员开发了机械活化无酸常压浸出硫化镍精矿（NSC）工艺。结果表明，镍钴浸出效率分别达 97.4% 和 98.8%，铁浸出仅 4.7%，碳减排 59.5%，为复杂硫化矿处理提供可持续方案。
镍（Ni）和钴（Co）作为锂离子电池的核心材料，其高效绿色提取技术一直是全球清洁能源领域的研究焦点。传统火法冶金工艺（如高温熔炼）需消耗大量能源并产生二氧化硫（SO?）等污染物，而高压酸浸等湿法工艺虽提高浸出效率，但面临高酸消耗、铁（Fe）等杂质共浸及严苛操作条件等问题。例如，高压酸浸中硫氧化生成的单质硫易包裹未反应矿物，导致镍钴浸出率低下，若提高氧压和温度虽能改善效率，却会增加铁浸出和溶液酸度，进一步加剧环境污染和成本压力。因此，开发一种温和条件下高效、低耗、高选择性的镍钴提取工艺迫在眉睫。
中国科学院过程工程研究所联合中国科学院大学等机构的研究团队，针对硫化镍精矿（NSC）的高效利用问题，开展了机械活化无酸常压浸出工艺的研究。相关成果发表在《Nature Communications》，为解决传统工艺的环境与经济瓶颈提供了新路径。
研究人员主要采用的关键技术方法包括：
- 机械活化处理：通过行星球磨机对硫化镍精矿进行机械活化，调控活化时间、球料比及转速等参数，引入机械能诱导矿物结构无序化。
- 无酸常压浸出：以空气或氧气为氧化剂，在常压条件下利用活化后矿物自身产生的酸性物质实现金属浸出，避免外加酸试剂。
- 表征分析：运用 X 射线衍射（XRD）、X 射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）及电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）等手段，分析矿物结构演变、元素化学状态及浸出效率。
酸 - free 和选择性浸出促进机械活化
研究发现，机械活化可诱导硫化镍精矿中生成配位不足的硫（S1?），其高反应活性促使硫在常压浸出中氧化生成硫酸，为金属浸出提供所需酸度。当活化时间达 240 分钟时，镍、钴、铜浸出效率分别达 97.4%、98.8%、91.4%，而铁浸出率仅 4.7%。未活化样品中镍钴浸出率不足 7%，凸显机械活化的关键作用。进一步通过反应热力学分析（如方程 1-5）证实，金属与硫的比例（Me/S）决定酸生成或消耗，当 Me/S<1 时可实现自供酸浸出。
活化 NSC 的结构演变
机械活化导致矿物颗粒破碎、比表面积增大（从 0.8 m2/g 增至 8.3 m2/g），并引发晶格畸变。例如，磁黄铁矿（012）晶面间距缩小，表面电子密度改变，增强 Fe-S 键极性和氧化活性。尽管长时间活化后颗粒团聚导致比表面积略有下降，但结构无序化成为提升反应速率的主导因素，镍的表观反应速率常数较未活化样品提高 2322 倍。XPS 深度剖析显示，活化后矿物表面硫部分氧化为硫酸盐，内部仍保留高活性还原态硫，形成 “外氧化 - 内还原” 的独特结构。
活化 NSC 的浸出行为
浸出过程呈现温度依赖性：低温（50-70℃）时，浸出受表面反应控制，活化能较高（94.6 kJ/mol）；高温（80-90℃）时，扩散成为限速步骤，活化能降至 11.3 kJ/mol。微气泡曝气可生成羟基自由基（?OH），提高氧化还原电位（ORP），进一步提升浸出效率。当以空气替代纯氧时，镍钴浸出率仍超 92%，验证了工艺的实用性和经济性。
技术经济评估
与传统火法 - 湿法联合工艺相比，无酸工艺能耗降低 56.3%，二氧化碳（CO?）排放减少 59.5%，几乎完全消除 SO?排放，固体废弃物减少 23.7%。经济分析表明，无酸工艺利润达 474.94 美元 / 吨 NSC，是传统工艺的 5.1 倍，且无需高温高压设备，显著降低资本和运行成本。该工艺还可拓展至硫化锌、硫化铜精矿处理，展现出广泛的应用前景。
研究首次通过机械活化诱导配位不足硫的原位酸生成机制，实现了硫化镍精矿的无酸高效浸出，突破了传统工艺对强酸和高压的依赖。该方法不仅解决了镍钴提取中的环境难题，还为复杂硫化矿资源的绿色利用提供了普适性策略，有望推动电池材料行业向低碳、可持续方向转型。未来研究可进一步优化机械活化参数，探索工业化放大中的关键技术，加速该工艺的实际应用。
