废催化剂中铜锌的高温冶金回收：从CuO-ZnO-Al2 O3 废料实现资源化循环利用

针对废CuO-ZnO-Al2 O3 催化剂金属回收难题，研究人员通过高温氯化法（600°C干法氯化）实现Cu/Zn选择性提取（回收率99.2%/83.6%），并生成可再利用的ZnAl2 O4 副产物，为危险废物资源化提供新方案。

　　

在全球每年产生20万吨废催化剂的背景下，CuO-ZnO-Al₂
O₃
催化剂因低温合成气制甲醇过程中的积碳和尖晶石相（如CuAl₂
O₄
、ZnAl₂
O₄
）形成而失活，传统填埋处理不仅造成铜锌资源浪费（2023年市值分别达99亿/24亿美元），更带来环境风险。尽管湿法冶金能实现96%金属回收，但工业应用受限。为此，国外研究团队在《Waste Management》发表研究，开发出包含煅烧（800-1000°C）、干法氯化（600°C）和氢还原（400°C）的阶梯式高温冶金工艺。

关键技术包括：1) 对德国Sud-Chemie公司的废催化剂进行机械研磨和400目筛分；2) 采用XRD分析新鲜/废催化剂物相组成；3) 通过热重分析确定7.1±0.5 wt%的碳去除率；4) 在氯气流中实现CuCl₂
/ZnCl₂
多晶型产物的选择性挥发；5) 氢还原获得金属铜。

【Methods and materials】
研究采用商业新鲜(FC)和废(SC)催化剂（62% CuO, 28% ZnO, 10% Al₂
O₃
），通过球磨和筛分获得37μm颗粒。XRD显示SC中存在ZnAl₂
O₄
尖晶石相，证实其导致金属反应活性降低。

【Properties of examined materials】
热分析表明煅烧可有效除碳但无法破坏尖晶石结构。氯化阶段通过Cu/Zn与Cl₂
的差异化反应活性实现选择性提取，其中CuCl₂
的生成吉布斯自由能更负（-120 kJ/mol vs ZnCl₂
的-80 kJ/mol），解释了99.2%铜回收率高于锌(83.6%)的现象。

【Conclusions】
该工艺创新性地将废催化剂转化为30wt% Cu、40wt% Zn和ZnAl₂
O₄
副产品，后者可应用于光学涂层和气体传感器。尽管挥发产物捕获效率待优化，但为构建"煅烧-氯化-氢还原"的闭环处理系统奠定基础。

【Outlook】
作者团队计划基于前期氧化物氯化研究（Guibaldo等2016-2021），开发可循环气态试剂的密闭反应器，这将提升金属回收经济性并减少二次污染，推动绿色化学在冶金领域的应用。研究通过CRediT系统确认C. Guibaldo为方法论构建和论文撰写的核心贡献者，A.E. Bohé等提供关键理论支持。