煤系含锗粉尘中锗、锑、砷的协同还原挥发提取与富集工艺研究

针对煤系含锗粉尘(GCD)中锗(Ge)、锑(Sb)、砷(As)回收率低、污染严重等问题，中国研究人员创新性提出以次磷酸钠(NaH2PO2)为添加剂的还原挥发工艺，实现Ge(97.7%)、Sb(88.7%)、As(87.3%)同步高效提取，富集倍数达50倍，为战略金属资源化与污染控制提供新思路。

　　

【研究背景】
锗(Ge)和锑(Sb)作为半导体、红外器件及国防军工的关键战略金属，其全球资源稀缺性日益凸显。煤系含锗粉尘(GCD)作为锗资源的主要回收载体，却因Ge品位低(<1 wt%)、赋存复杂等问题，导致现行氯化蒸馏工艺存在回收率低(约60%)、三废排放量大等瓶颈。更严峻的是，GCD中伴生的砷(As)等有毒元素对生态环境构成威胁。如何实现Ge、Sb、As的高效协同回收与污染控制，成为资源可持续利用领域的重大挑战。

【研究方法】
中国的研究团队在《Separation and Purification Technology》发表研究，提出以次磷酸钠(NaH₂PO₂)为还原剂的创新工艺。通过X射线衍射(XRD)分析GCD矿物组成，结合热力学计算验证反应可行性；在1373 K、60分钟条件下开展还原挥发实验，利用电感耦合等离子体(ICP)分析挥发产物中Ge、Sb、As含量，并通过扫描电镜(SEM)观察微观形貌变化。

【研究结果】

1. 材料特性分析
   GCD主要含石英(SiO₂)、磁铁矿(Fe₃O₄)等矿物，Ge、Sb、As以高价态赋存于硅酸盐中，平均粒径6.03 μm。

2. 还原挥发机制
   次磷酸钠分解产生的PH₃和H₂破坏硅酸盐结构，将GeO₂、Sb₂O₃、As₂O₃还原为低价氧化物或单质挥发。热力学显示GeO(g)在>1200 K时显著挥发。

3. 工艺优化
   50 wt% NaH₂PO₂添加量下，Ge、Sb、As挥发率分别达97.7%、88.7%、87.3%，挥发产物中Ge(34.4%)和Sb(20.8%)含量提升约50倍。

【结论与意义】
该研究首次实现GCD中Ge-Sb-As的“一步法”协同提取，突破传统氯化蒸馏工艺效率低、污染重的局限。次磷酸钠的“矿物活化-气相还原”双效机制为战略金属回收提供新范式，兼具经济效益（降低试剂消耗）与环境效益（减少三废）。未来研究可聚焦Ge/Sb选择性分离工艺开发，进一步推动资源循环利用。