羟胺-草酸-柠檬酸还原酸浸体系高效脱除锂冶炼渣中铊的环境修复技术研究

针对锂冶炼渣(LSS)中高毒性铊(Tl)的环境风险问题，中国科学院团队创新性开发NH2OH·HCl-草酸-柠檬酸还原酸浸体系，实现91.7%的Tl浸出率，浸出残渣Tl浓度低于5 μg L?1的I类工业固废标准。该研究揭示了Tl在LSS中的赋存形态及协同浸出机制，为重金属污染治理提供了绿色高效的解决方案。

　　

随着锂离子电池产业的爆发式增长，锂冶炼渣(LSS)的环境治理已成为迫在眉睫的难题。这种源自锂碳酸盐生产的危险副产物，每年在中国就产生超过80万吨，其中含有的剧毒元素铊(Tl)在高温煅烧过程中被活化富集，其潜在环境风险令人担忧。更棘手的是，Tl以类质同象形式赋存于硅酸盐/铝硅酸盐晶格中，传统高温稳定化(800-1000°C)和化学固化法存在效率低、能耗高、成本昂贵等缺陷。面对这一挑战，中国科学院的研究团队在《Waste Management》发表的研究中，开创性地提出了一种基于NH₂OH·HCl-草酸-柠檬酸的还原酸浸体系，为Tl污染治理提供了新范式。

研究采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜-能谱(SEM-EDS)和连续提取法(BCR)等技术表征LSS特性，通过响应面法优化浸出参数，结合动力学模型和热力学分析阐明机制。实验所用LSS样品来自江西某锂碳酸盐工厂，主要含K、Ca、S等元素，Tl含量为7.5 g t^?1，47.2%颗粒粒径小于180 μm。

LSS表征和Tl形态分析
BCR连续提取显示Tl主要存在于可还原态(结合铁锰氧化物)和残渣态(包裹于石膏相)。SEM-EDS证实Fe-Mn元素共定位特征，XRD鉴定出石膏(CaSO₄·2H₂O)为主要晶相。这种特殊的赋存形态为后续浸出策略提供了理论依据。

浸出条件优化
通过单因素和Box-Behnken实验确定最佳参数：草酸/柠檬酸摩尔比1:1，NH₂OH·HCl/有机酸摩尔比3:1，总浸出剂浓度0.48 mol L^?1，液固比5.5:1，温度50°C。增强浸出阶段补充0.1 mol L^?1 NH₂OH·HCl可使Tl浸出率达91.7%，残渣Tl浓度<5 μg L^?1。

浸出机理
协同作用体现在：(1)有机酸协同溶解石膏相释放包裹态Tl；(2)NH₂OH·HCl还原释放Fe-Mn氧化物结合态Tl。动力学分析符合收缩核扩散控制模型，表观活化能18.934 kJ/mol证实过程受边界层传质控制。

结论与意义
该研究建立了首个针对LSS中Tl的有机酸-还原剂协同浸出体系，其环境友好、高效经济的特点具有重要应用价值。机制上揭示了有机酸溶解与还原剂作用的协同路径，技术上突破了传统强酸浸出的腐蚀瓶颈。这项成果不仅为锂冶炼行业提供了可行的污染治理方案，也为其他含Tl危险废物的处理提供了方法论参考。特别值得注意的是，研究中发现的低活化能特征，为工业化放大设计提供了关键的工程参数依据。