煤系含锗粉尘中锗的还原硫化挥发高效提取新工艺研究

推荐：针对煤系含锗粉尘(GCD)传统氯化蒸馏法回收率低、污染大的问题，研究人员提出创新性还原硫化挥发工艺。通过热力学分析验证可行性，利用粉尘中残碳作为还原剂，将锗氧化物转化为Fe-Ge合金并进一步硫化挥发。在1473 K、添加12.5 wt% Na2SO4条件下，锗挥发效率达93.69 wt.%，为GCD资源化提供高效环保新路径。

　　

锗作为支撑半导体、新能源等高科技产业发展的关键稀散金属，其战略价值日益凸显。然而地球地壳中平均含量仅1.5 ppm的锗资源，主要赋存于铅锌铜矿和特定煤系地层中。中国作为全球最大锗生产国，煤燃烧产生的含锗粉尘(GCD)是重要原料来源，但其中锗含量不足1%且赋存状态复杂，传统氯化蒸馏法存在回收率低、三废排放量大等瓶颈问题。

中国矿业大学（根据第一作者Lei Wang单位推断）的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表创新成果，提出"还原硫化挥发"新工艺。通过热力学计算证实GeO₂和As₂O₅可被还原硫化为易挥发的GeS₂/GeS，利用GCD中6.04 wt%残碳作为内源还原剂，将锗铁氧化物共还原为Fe-Ge合金中间体，再通过Na₂SO₄硫化实现锗的高效挥发分离。研究采用X射线衍射(XRD)分析物相组成，结合饱和蒸气压计算优化工艺参数，最终在1473 K、5小时条件下实现93.69 wt.%的锗挥发效率，且成功抑制了砷的共挥发。

【材料特性】GCD主要含石英、钙橄榄石等矿物，锗砷主要赋存于钙铝硅酸盐中，平均粒径6.05 μm的细颗粒特性有利于反应进行。

【热力学分析】计算表明GeS₂、GeS和GeO的饱和蒸气压显著高于其他物相，1173 K时GeS₂蒸气压达10⁵ Pa，为挥发分离提供理论依据。

【反应机制】Na₂SO₄分解产生的SO₂与Fe-Ge合金反应生成GeS_x，其挥发活化能(214.17 kJ/mol)低于直接还原路径(291.38 kJ/mol)，证实硫化可降低反应能垒。

该研究不仅开发出GCD资源化的高效清洁新工艺，更揭示了"还原-硫化"协同作用机制。相比传统工艺，新方法能耗降低20%以上，且无需外加还原剂。未来通过优化选择性硫化或结合湿法分离技术，有望实现锗砷的高纯分离。这项工作为复杂二次资源中稀散金属提取提供了普适性技术范式，对保障战略金属供应链安全具有重要意义。