褐煤热解同步提取锗(Ge)与固定砷(As)的创新方法及机制研究

针对褐煤燃烧法提取锗(Ge)产生大量飞灰和砷(As)污染的难题，中国研究人员提出热解新方法，通过调控铝硅酸盐转化和碳源添加，在1100?°C下实现Ge挥发率84.71%且As挥发率仅9.36%，显著提升Ge/As比至9.05。该技术兼具环境友好与资源高效利用价值，为褐煤中战略金属提取提供新思路。

　　

在全球战略金属需求激增的背景下，锗(Ge)因其在半导体和新能源领域的不可替代性备受关注。然而，传统褐煤燃烧提取工艺面临双重困境：一方面，燃烧产生的飞灰中GeO₂-SiO₂固溶体难以分离；另一方面，伴随砷(As)的大量释放造成严重环境污染。更棘手的是，现有工艺需维持特定还原气氛，导致褐煤无法充分燃烧发电，造成能源浪费。如何实现Ge的高效提取与As的同步固定，成为制约资源化利用的关键瓶颈。

针对这一挑战，中国矿业大学研究人员在《Separation and Purification Technology》发表研究，创新性提出褐煤热解同步提取Ge与固定As的技术路线。研究团队通过温度梯度实验（400-1100?°C）、碳源筛选（冶金焦/焦煤）及循环稳定性测试，结合迁移转化机制分析，系统解析了Ge/As的协同调控原理。

主要技术方法

1. 采用内蒙古乌兰图嘎褐煤样本（Ge 112.79?μg/g，As 193.86?μg/g）
2. 热重-质谱联用分析Ge/As挥发动力学
3. X射线衍射（XRD）追踪铝硅酸盐相变
4. 冶金焦添加实验（0-50%比例）
5. 五循环稳定性测试

研究结果
1. 热解温度对Ge/As挥发的影响
900?°C是Ge挥发的起始阈值，1100?°C时挥发率达75.57%；而As在400-600?°C出现反常下降，归因于铝硅酸盐包裹体的热稳定性变化。

2. 碳源的协同调控作用
冶金焦的添加实现双重功效：其多孔结构促进GeO₂还原为挥发性Ge²⁺，同时通过表面吸附固定As。50%添加量下，Ge/As挥发比提升6倍。

3. 铝硅酸盐转化的关键作用
XRD证实铝硅酸盐→氧化物的相变是Ge/As释放的控速步骤。该过程破坏矿物晶格，释放被包裹的Ge/As物种。

4. 工艺优化与稳定性
1100?°C/30?min/50%冶金焦条件下，Ge回收率84.71%且As固定率超90%。冶金焦经5次循环后仍保持97.48%的活性。

结论与意义
该研究首次阐明褐煤热解中Ge/As的竞争性迁移机制，提出"高温解离-碳源调控"的协同提取策略。相较于传统燃烧法，新工艺避免飞灰产生和As污染，且副产焦油/煤气可实现资源化利用。尤为重要的是，提升的Ge/As比（1.50→9.05）为后续氯化蒸馏纯化奠定基础。研究为战略金属绿色提取提供范式，其揭示的铝硅酸盐相变调控机制对重金属污染修复亦有借鉴价值。