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主要作者及机构与发表期刊
本研究的主要作者包括吴新胜（Xinsheng Wu）、曾莉（Li Zeng）、伍晟曦（Shengxi Wu）等，他们均来自中南大学冶金与环境学院、中南大学冶金分离科学与工程实验室以及国家难熔有色金属资源高效利用工程技术研究中心。该研究于2023年1月在《Journal of Environmental Management》上发表。
研究背景
本研究属于环境管理与资源回收领域，旨在通过环保的碱性压力氧化浸出技术从危险废弃物钨渣（Tungsten Residue Waste, TRW）中同时提取砷（As）和钨（W）。TRW是钨矿碱法分解过程中产生的残渣，含有高浓度的砷和多种重金属元素，具有较高的环境污染风险。由于其毒性浸出特性，TRW被归类为危险固体废物，对环境构成严重威胁。此外，TRW中还含有较高含量的钨（1 wt%~5 wt%），这使其成为一种潜在的二次资源。然而，TRW中的砷和钨通常以化学性质稳定的形态存在，并被铁锰氧化物包裹，导致其难以有效回收。因此，开发一种既能高效提取砷和钨又能减少环境污染的新方法具有重要意义。
本研究的目标是通过碱性压力氧化浸出破坏TRW中铁锰氧化物的致密结构，从而实现砷和钨的选择性提取，同时降低TRW的毒性浸出特性，将其转化为一般固体废物。此外，研究还探讨了浸出过程的热力学、动力学及机理，为实际应用提供了理论依据。
研究工作流程
本研究的工作流程主要包括以下几个步骤：
材料准备与表征
研究对象为湖南省某地采集的TRW样品。样品经过干燥、筛分后，通过X射线荧光光谱（XRF）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）等手段进行成分分析和微观结构表征。结果表明，TRW主要由氧（O）、铁（Fe）、锰（Mn）组成，分别占30.71%、30.32%和22.14%，而砷（As）、硫（S）和钨（W）的含量分别为2.18%、2.03%和1.19%。
碱性压力氧化浸出实验
浸出实验在一个配备机械搅拌器的高压釜中进行。实验条件包括温度范围为140–200°C，氧分压为0.5–0.9 MPa，氢氧化钠（NaOH）浓度为60–90 g/L，搅拌速度为300–700 r/min，液固比为30 mL/g，反应时间为10–80分钟。实验中系统研究了颗粒尺寸、NaOH浓度、碳酸钠（Na₂CO₃）浓度、搅拌速度、温度和氧分压对砷、硫和钨浸出效率的影响。
数据处理与分析
实验数据通过未反应核模型（Unreacted Shrinking Core Model）和扩散控制机制进行拟合分析，计算了浸出过程的动力学参数，包括表观活化能和反应速率常数。此外，通过化学相态分析、X射线光电子能谱（XPS）和电子探针显微分析（EPMA）等手段对浸出前后的样品进行了详细的表征。
主要研究结果
1. TRW中砷的存在形式与分布特征
化学相态分析结果显示，TRW中的砷主要以离子结合态砷（5.91%）、强吸附态砷（6.75%）、与二氧化锰共沉淀的砷（18.16%）、无定形铁砷酸盐（5.66%）和砷黄铁矿（55.31%）的形式存在。这些砷化合物均匀分布在铁锰氧化物中，并被其包裹。
浸出条件优化与效率提升
浸出动力学分析
动力学研究表明，砷和硫的浸出过程受扩散控制，其表观活化能分别为16.67 kJ/mol和15.66 kJ/mol。浸出过程中生成的水合氧化铁（HFO）薄膜层限制了反应物和产物的扩散，这是浸出速率的限速步骤。
浸出残渣的表征与毒性评估
浸出残渣中砷和钨的含量分别降至0.07 wt%和0.2 wt%，毒性浸出测试显示，砷的毒性浸出浓度从原始TRW的10.2 mg/L降至仅0.071 mg/L，远低于危险固体废物的标准限值（5 mg/L）。此外，其他重金属（如铅、锌、铜和汞）的毒性浸出浓度也显著降低。
研究结论与意义
本研究成功开发了一种环保且高效的碱性压力氧化浸出技术，可同时从TRW中提取砷和钨，并显著降低其毒性浸出特性。该技术不仅实现了危险废物的无害化处理，还为钨和砷的资源化回收提供了新途径。研究结果表明，浸出过程中铁锰氧化物的致密结构被破坏，生成的水合氧化铁薄膜层是浸出速率的限速步骤。此外，浸出残渣的毒性浸出浓度显著降低，符合一般固体废物的标准，具有重要的环境管理价值。
研究亮点
1. 重要发现
- TRW中的砷主要以五种形式存在，其中砷黄铁矿占比超过一半。
- 通过优化浸出条件，砷和硫的浸出效率分别达到96.74%和99.80%。
方法创新
特殊性
其他有价值内容
研究还提出了一个综合工艺流程，用于TRW的无害化处理和砷、钨的分离回收。通过溶剂萃取和沉淀技术，可以进一步提纯钨并回收砷，形成闭合循环的资源利用体系。这一流程为工业应用提供了可行的技术路线。