亲水性离子液体选择性提取回收黄钾铁矾中锌的绿色工艺研究

本研究针对黄钾铁矾(jarosite)中锌(Zn)资源化回收难题，创新性开发了两种亲水性质子型离子液体(PILs)：三(2-羟乙基)铵水杨酸盐(TSIL)和乳酸铵(TLIL)。通过优化NH3浓度(0.5-1 M)、液固比(15-20 ml/g)等参数，实现Zn选择性提取率最高达77.21%(TLIL)，同时铁(Fe)和铅(Pb)共提取率低于0.52%和15.34%。电沉积技术成功回收PILs中1743 mg/L的Zn，为危险固废资源化提供了环保新策略。

　　

黄钾铁矾作为锌湿法冶炼的主要副产物，每吨锌生产伴随0.5-0.9吨危废产生，其富含的锌(Zn)和重金属铅(Pb)、铁(Fe)等元素既造成环境风险，又蕴含资源价值。传统火法冶金(>300°C)能耗高且污染重，湿法冶金虽温度较低(20-200°C)但产生大量废水。更棘手的是，欧盟和《巴塞尔公约》已将其列为危险废物，而现有建材化利用前必须脱除金属杂质。这种"既要环保又要经济"的双重挑战，促使科学家寻找创新解决方案。

印度理工学院焦特布尔分校的研究团队另辟蹊径，将目光投向质子型离子液体(PILs)——这种由三乙醇胺与有机酸(水杨酸/乳酸)合成的绿色溶剂，兼具亲水性、低毒性和可循环优势。通过系统研究焙烧预处理(600°C×60min)对黄钾铁矾物相转变的影响，结合XRD/XRF表征发现焙烧使硫氧化物挥发，金属氧化物占比提升。研究人员设计了两步法工艺：先采用TSIL/TLIL在优化条件下(TSIL:1M NH₃,60min,50°C,20ml/g；TLIL:0.5M NH₃,90min,40°C,15ml/g)选择性提取Zn，再通过铜阴极电沉积实现金属回收，最终PILs可重复使用。该成果发表于《Journal of Molecular Liquids》，为危废资源化提供了新思路。

关键技术包括：1) 黄钾铁矾焙烧预处理与XRF/XRD/SEM表征；2) 三乙醇胺基PILs的酸碱合成法；3) 多参数(温度、时间、NH₃浓度、液固比)优化提取实验；4) 铜-石墨电极体系电沉积回收；5) FTIR机理分析。

【Characterization of jarosite】部分显示，焙烧使样品失重16.7%，XRF证实Fe₂O₃占比从34.2%升至41.1%，ZnO从5.3%增至6.4%，SEM观察到颗粒孔隙率增加，这为后续液固接触创造有利条件。

【Plausible extraction mechanisms】通过FTIR谱图解析发现，NH₃的加入使TSIL中3421 cm^-1处O-H峰位移，而Zn²⁺负载后出现Zn-O特征峰(400-500 cm^-1)，证实[Zn(NH₃)₄]²⁺络合机制。TLIL因乳酸根的双齿配位特性，对Zn的选择性优于TSIL，但Pb共提取率较高(15.34%)。

【Recovery of Zn using electrodeposition】在2.5V电压、60min条件下，阴极析出锌纯度达98.7%，电流效率91.4%。值得注意的是，循环使用3次后PILs的Zn提取率仅下降7.2%，体现良好经济性。

该研究突破传统离子液体高成本、高粘度局限，首创亲水性PILs用于危废资源化。相比Aliquat 336等AILs(成本>$500/kg)，TSIL/TLIL原料成本降低80%，且无需有机溶剂稀释。虽然TLIL的Zn提取率更高(77.21% vs 68.57%)，但TSIL对Fe/Pb的选择性优势(0.36%/2.25%)使其更具工业潜力。这种"焙烧-选择性提取-电沉积"的技术路线，为践行"零废弃"循环经济理念提供了可量化的解决方案，尤其适合锌冶炼企业处理历史堆存危废。未来研究可进一步探索PILs对其它重金属(如Cd、As)的选择性调控机制。