濕法冶金中鈷錳分離方法綜評(píng)及引力波的實(shí)驗(yàn)探測(cè)給我們的啟示

濕法冶金中鈷錳分離方法綜評(píng)（1.昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院，昆明650093；2.北京達(dá)飛安評(píng)管理顧問(wèn)，北京100101；3.北京礦冶研究總院，北京100070）摘要：本文介紹了幾種常用于濕法冶金鈷錳分離方法（氫氧化物沉淀法、硫化沉淀法、氨/碳酸鹽沉淀法、氧化沉淀法及溶劑萃取法）的原理及應(yīng)用現(xiàn)狀，同時(shí)對(duì)這些鈷錳分離方法進(jìn)行了分析比較，對(duì)濕法冶金中鈷錳分離的生產(chǎn)實(shí)踐具有一定參考意義。關(guān)鍵詞：鈷錳分離；沉淀；溶劑萃取

Co/Mnseparationinhydrometallurgyprocess:AnoverviewABSTRACT:principlesandapplicationsofvariousmethods(hydroxideprecipitation,sulfideprecipitation,ammonia/carbonateprecipitation,oxidativeprecipitationandsolventextraction)forCo/Mnseparationinhydrometallurgyprocessareoverviewed.Thesemethodsalsoarecomparedandassessed.KEYWORDS:Co/Mnseparation;precipitation;solventextraction

作為戰(zhàn)略金屬的鈷通常從鈷礦和鈷廢料中提取。無(wú)論鈷礦或鈷廢料均含有其他金屬元素。其中一部分鈷料中常有錳伴生，這部分鈷錳料主要有鈷錳礦、濕法煉鋅過(guò)程中除雜得到的鈷錳渣、含錳的鎳鈷紅土礦、大洋錳結(jié)核、廢催化劑。為了使其中的鈷和錳通過(guò)分離分別回收，濕法冶金中通常先將鈷錳料浸出，再在浸出液中進(jìn)行鈷錳分離。由于鈷錳料成分的不同，使得浸出液的成分相差較大，選擇的鈷錳分離方法也因此而不同。目前已應(yīng)用于鈷錳分離的方法主要有氫氧化物沉淀法、硫化沉淀法、氨/碳酸鹽沉淀法、氧化沉淀法和溶劑萃取法，其中前四種方法可以歸結(jié)為沉淀法。鈷錳分離方法的選擇受溶液體系鈷、錳含量的影響很大。同時(shí)，在不同酸（如硫酸、硝酸、鹽酸）浸出體系中，鈷錳分離方法也往往不同。此外，鈷錳料中常含有銅、鋅、鎳等有價(jià)金屬，在選擇鈷錳分離方法時(shí)還需考慮這些金屬與錳的分離情況。本文即介紹了幾種常用分離方法的原理及應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)這些分離方法進(jìn)行了分析比較。1鈷錳分離原理1.1氫氧化物沉淀法金屬離子在水溶液中的平衡濃度與pH的關(guān)系如圖1所示。從圖1中可以看到，在相同的金屬離子濃度條件下，鈷線與錳線的pH值差約為2，而鎳線與錳線的pH值差不足0.5，當(dāng)鈷錳料中還有較多鎳時(shí)，通過(guò)此法將鈷、鎳與錳深度分離是比較困難的。在濕法冶金中，該法通常與其他分離方法聯(lián)合使用。氫氧化物沉淀法曾在Cawse紅土礦處理工藝[1]中得到應(yīng)用。該工藝用MgO中和紅土礦浸出液，浸出液中的銅、鋅、鎳、鈷及部分錳以氫氧化物形式沉淀。用氨水在通空氣和CO2條件下浸出沉淀渣，銅、鋅、鎳、鈷等與氨絡(luò)合進(jìn)入溶液，而錳則以碳酸錳或氧化錳形式留在渣中。該法的優(yōu)點(diǎn)是在工藝初始階段使鈷、鎳等有價(jià)金屬以氫氧化物沉淀，減少了后續(xù)工序的溶液處理量。但該法得到的金屬氫氧化物沉淀仍需通過(guò)返溶和分離工序來(lái)提取各種金屬，整個(gè)返溶和分離工序的操作成本高[2]。圖1金屬離子在水溶液中的平衡濃度與pH的關(guān)系（25℃）Fig.1Diagramofequilibriumconcentrationofmetalionsinaqueoussolutionvs.pH(25℃1.2硫化沉淀法溶液中S2-濃度為0.1mol/L時(shí)金屬離子殘余濃度與pH的關(guān)系如圖2所示，從圖2中可以看到，在相同的金屬離子濃度條件下，鈷線與錳線的pH值差約為4.5，因此采用此法可以較好的分離鈷錳。由于硫化錳的溶解度比硫化鈷大，鈷便以硫化鈷的形式優(yōu)先沉淀而錳則留在液中，從而實(shí)現(xiàn)了分離。從圖2還可以看到，鎳線與錳線的pH值差約為4，若鈷錳料中含有鎳，應(yīng)用硫化沉淀法也能將鎳錳較好分離。常用的沉淀劑主要有H2S、Na2S、(NH4)2S。硫化沉淀法的一個(gè)不足是硫化沉淀渣不能被硫酸或鹽酸直接浸出，需在氧化條件下浸出。圖2溶液中S2-濃度為0.1mol/L時(shí)金屬離子殘余濃度與pH的關(guān)系（25℃）Fig.2Diagramofconcentrationofmetalionsinaqueoussolutionvs.pHat[S2-]0.1mol/L(25℃1.3氨/碳酸鹽沉淀法雖然鈷能優(yōu)先于錳以碳酸鹽沉淀，但由于鈷與錳的碳酸鹽溶度積[3]相近（MnCO31.8×10-11，CoCO31.4×10-13），單一使用碳酸鹽并不能徹底將鈷、錳分離，沉淀反應(yīng)得到的碳酸鈷中常含有較多的錳。而若聯(lián)合氨，錳以碳酸錳的形式沉淀，鈷則由于形成氨絡(luò)合物留在液中，從而可以完成較深度的分離。但由于鎂、鈣能與碳酸鹽反應(yīng)生成沉淀，故氨/碳酸鹽沉淀法不太適用于從高鎂高鈣溶液分離鈷錳，尤其是對(duì)于需要得到較純錳產(chǎn)品（碳酸錳）的情形。1.4氧化沉淀法通過(guò)加氧化劑使錳以氧化物的形式（主要是MnO2）沉淀可以將其與鈷分離。常用的氧化劑主要有臭氧、氯酸、SO2/O2混合物、過(guò)硫酸鹽等。由于Co3++e=Co2+的標(biāo)準(zhǔn)電位為1.8V,而MnO2+4H++2e=Mn2++2H2O的標(biāo)準(zhǔn)電位為1.23V,兩者的電位差較大,控制好氧化劑的用量及適當(dāng)?shù)膒H值,可使Mn2+優(yōu)先于Co2+被氧化生成MnO2沉淀[4]。SO2/O2法在近些年的鎳鈷工業(yè)中也有所應(yīng)用，Zhang等[5]的研究結(jié)果認(rèn)為SO2/O2/H2O系中存在如下反應(yīng)：(1)(2)pH>3時(shí)反應(yīng)（1）和（2）的電位高于Mn2+被氧化為MnO2的電位，而由于Co2+被氧化為Co(OH)3的電位較高，故在一定的pH和電位下通過(guò)錳的優(yōu)先催化氧化沉淀可實(shí)現(xiàn)鈷、錳的分離。但隨著pH的增大，反應(yīng)（1）和（2）的電位差進(jìn)一步增大的同時(shí)Co2+的氧化也變得更加容易，這是不利的。故用SO2/O2法分離鈷錳時(shí)pH不易過(guò)高，否則，鈷的共沉淀會(huì)加劇。1.5溶劑萃取法P204(D2EHPA)是萃取錳的較常用的萃取劑，也被認(rèn)為是目前選擇性分離錳與鎳、鈷、鎂的經(jīng)濟(jì)適用型萃取劑[2]。P204能優(yōu)先于鈷萃取錳，完成鈷錳分離，其萃取二價(jià)金屬的順序[6]為Mn>Cu>Co>Ni。張征林等[7]研究了P204—煤油從硫酸鹽介質(zhì)中萃取分離鈷錳的工藝。料液含Co9.37g/L、Mn14.90g/L，萃取相比O/A=1:1，P204濃度為25%。經(jīng)5級(jí)逆流萃取后得到的萃余液含Co9.25g/L、Mn0.009g/L，鈷錳含量比達(dá)到1028:1。有機(jī)相中共萃的鈷用40g/L的H2SO4即可洗滌下來(lái)。反萃后液含Co0.011g/L、Mn11.6g/L，錳鈷比達(dá)1055:1。通過(guò)此法可以實(shí)現(xiàn)鈷錳的較好分離。另外P507(PC88A)和Cyanex272也能分離Mn2+和Co2+。Devi等[8]的研究結(jié)果表明P507和Cyanex272分離鈷錳的效果均不如P204。由于Cyanex301和Versatic10能優(yōu)先于錳萃取鈷[9]，故當(dāng)溶液錳高鈷低時(shí)，可用這兩種萃取劑進(jìn)行鈷錳分離。另外，礦漿電解聯(lián)合溶劑萃取的方法也在鈷錳分離中得到了應(yīng)用[10-11]。2鈷錳分離方法應(yīng)用現(xiàn)狀2.1鈷錳礦羅允文[12]對(duì)含鈷鎳的錳礦硫酸浸出液處理時(shí)使用硫化鈉沉鎳鈷，從而使其與錳分離。錳礦浸出液含Co0.2–1.5g/L、Ni0.1–1.3g/L、Mn8.2–16.3g/L。為了獲得較純的硫酸錳溶液，采用兩次沉鈷操作。沉鈷、鎳前先加入少量硫酸將溶液pH調(diào)至2~3，隨即攪拌加入Na2S溶液。溶液pH達(dá)5.8左右靜置1h后過(guò)濾。二次沉鈷時(shí)將一次沉鈷后液用少量硫酸調(diào)pH至3左右后再加熱。加Na2S調(diào)pH至6.2–6.5后保溫約1h，鎳、鈷可最大限度的沉淀，但沉淀中錳含量高，據(jù)測(cè)定，當(dāng)pH為6.2時(shí)，錳在硫化物中量達(dá)20%。劉洪剛等[13]研究了低品位氧化錳礦還原焙燒、硫酸浸出得到的含鈷鎳浸出液中回收鈷、鎳的工藝。結(jié)果表明：控制浸出液初始pH值低于2有利于防止鈷、鎳及錳形成氫氧化物沉淀而損失。分別以Na2S，BaS，MnS作為沉淀劑沉淀鎳、鈷，當(dāng)pH值分別大于3.5，4，2時(shí)，鈷、鎳的沉淀率分別達(dá)到97%，86%，99%以上。但由于Na2S，BaS所需的溶液初始pH值較高，會(huì)造成鈷、鎳和錳的損失。MnS在pH小于2條件下即可將98%以上的鎳鈷通過(guò)沉淀回收。北京礦冶研究總院王成彥等[10-11]采用礦漿電解工藝處理了高錳含鈷物料，鈷、錳浸出率達(dá)到99%，陽(yáng)極可以直接得到高品位的MnO2。該法可以實(shí)現(xiàn)鈷、錳的初步分離，降低了后續(xù)鈷溶液的除錳負(fù)荷。最后采用溶劑萃取技術(shù)處理陰極液，得到了錳含量較低的富鈷液。對(duì)含Mn30g/L、Co35g/L的陰極浸出液用體積濃度為35%的P204在相比O/A=3的條件下1級(jí)萃取，錳的萃取率達(dá)到96%，萃余液含錳小于2g/L。對(duì)含Co5g/L的P204負(fù)載有機(jī)相，采用含H2SO470g/L的反萃液，在相比O/A=5的條件下，二級(jí)反萃，有機(jī)相中的鈷含量可降至0.1g/L以下，鈷反萃率大于98%。2.2鈷錳渣王艷等[14]對(duì)某鋅廠含鈷廢渣硫酸化焙砂浸出液進(jìn)行了氧化沉淀除錳以實(shí)現(xiàn)鈷、錳分離。所用料液含Co20g/L、Mn0.13g/L，所用氧化劑為(NH4)2S2O8。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溶液pH值對(duì)鈷的損失率影響較大。pH3時(shí)，鈷的沉淀?yè)p失為0.4%，pH4.5時(shí)，鈷的沉淀?yè)p失為0.8%。而pH在3~4.5范圍內(nèi)，錳的沉淀率均達(dá)到99%?？刂迫芤簆H4～4.5，溫度100℃，用2倍理論量（按錳量計(jì)）的10%(NH4)2S2O8溶液氧化Mn2+為Mn3O4沉淀，錳的去除率為99.8%，鈷的沉淀?yè)p失率為2.5%。2.3鎳鈷紅土礦西澳大利亞鎳紅土礦廠加壓酸浸(PAL)處理的紅土礦含有錳等雜質(zhì)。由于采用中間沉淀、固液分離、復(fù)溶工序使得工藝復(fù)雜、投資和操作費(fèi)用高。據(jù)此，CSIROMinerals[15]開(kāi)發(fā)了直接溶劑萃取工藝從一個(gè)中試浸出液中分離鎳鈷和錳等雜質(zhì)。用Versatic10/吡啶羧酸酯協(xié)同萃取體系萃取鎳、鈷等有價(jià)金屬，將其與Mn、Mg、Ca等雜質(zhì)分離。共萃的Mn、Mg、Ca等雜質(zhì)很容易從有機(jī)中洗滌下來(lái)。新工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是流程短、投資操作費(fèi)用低。Cheng[16]研究了模擬紅土礦浸出液成分的含錳、鎂的鎳鈷硫酸鹽溶液中鎳、鈷的萃取。溶液含3g/LNi,0.3g/LCo,2g/LMn,10g/LMg。選用的體系為0.5mol/LVersatic10/0.35mol/LLIX63/0.5mol/LTBP。ΔpH50(Mn–Ni)和ΔpH50(Mn–Co)的值均大于2，說(shuō)明采用該萃取體系可以較容易地將鎳鈷與錳分離。在相比A/O=1，溫度40℃條件下一級(jí)萃取2min，鎳的萃取率高于96%、鈷的萃取率高于97%，而錳的萃取率只有4%雅典國(guó)立技術(shù)大學(xué)冶金實(shí)驗(yàn)室的研究人員開(kāi)發(fā)了一種處理低品位紅土鎳礦的工藝[17]。該工藝包括在室溫下用稀硫酸堆浸、浸出液凈化以及溶劑萃取和電沉積回收鎳鈷。浸出液的成分為：Ni2+4.8g/l、Co2+0.36g/l、Fe3+23g/l、Al3+6g/l、Cr3+1g/l、Mn2+0.9g/l、Mg2+8g/l。Fe、Al、Cr在95℃以容易過(guò)濾的黃鉀鐵礬–明礬形式沉淀。Co、Mn、Mg被Cyanex272同時(shí)萃取，Ni則留在溶液中再通過(guò)Cyanex272萃取富集。負(fù)載Co、Mn、Mg的Cyanex272有機(jī)相用稀硫酸反萃，隨即，Co和Mn優(yōu)先于Mg被Cyanex302萃取。Cyanex302有機(jī)相中的Co和Mn用稀硫酸反萃。最終的反萃液含Co5g/l、Mn10g/l。由于錳進(jìn)入鈷電解液后會(huì)在陽(yáng)極被氧化成高價(jià)物，在萃取—電解循環(huán)過(guò)程中氧化和分解有機(jī)相，因此在鈷電解前應(yīng)將其除去。在pH10.5、溫度25℃，鈷和錳以氫氧化物形式沉淀，中和劑用5mol/LNaOH，鈷、錳的沉淀率分別達(dá)99.9%和99.5%。用氨–碳酸銨重新浸出Co–Mn渣，氨–碳酸銨浸出的最佳條件為：NH3/(NH4)2CO3=200g/200g，固液比10%。在此條件下，鈷的回收率達(dá)93%，而錳的浸出不超過(guò)0.05%。該工藝實(shí)現(xiàn)了Ni、Co、Mn、Mg的逐一分離，但工藝流程較長(zhǎng)，且在沉淀—浸出過(guò)程中鈷仍有7%的損失，由于需將鈷錳稀硫酸反萃液中和至pH10.5進(jìn)行沉淀，此過(guò)程必然消耗較多的NaOH，另外氨浸過(guò)程浸出劑的消耗量亦較大，文獻(xiàn)中并未討論該工藝的經(jīng)濟(jì)可行性。Zhang等[18]用SO2/O2混合氣在pH1–6、溫度25–80℃的范圍內(nèi)，研究了鎳鈷溶液中錳的選擇性氧化沉淀。當(dāng)pH<3時(shí)，錳的氧化速度較低，當(dāng)pH>4時(shí)，氧化速度迅速增大。pH3–4、SO2分壓5.7%、反應(yīng)溫度80℃條件下，低濃度的錳(0.01mol/L)通過(guò)選擇性氧化沉淀可以有效地從鎳鈷溶液中尹飛等[19]針對(duì)澳大利亞紅土礦浸出液成分，提出了采用SO2/O2(空氣)混合氣氧化中和除鐵、錳工藝。浸出液經(jīng)銅萃取后含Co0.27g/L、Ni0.21g/L、Fe1.84g/L、Mn2.78g/L。在試驗(yàn)條件下，溫度對(duì)鐵的沉淀影響較小，溶液鐵含量均可降到0.005g/L。提高溫度有利于錳的沉淀，在70℃下沉淀6h，錳的液計(jì)沉淀率為89.57%，但鎳、鈷渣計(jì)沉淀率分別高達(dá)33.26%和98.8%；而在30℃條件下錳液計(jì)沉淀率雖然只有65.10%，但鎳、鈷渣計(jì)沉淀?yè)p失分別為1.26%和0.98%。當(dāng)pH值增加到4.0時(shí)，雖然錳液計(jì)沉淀率達(dá)到了83.45%，但沉淀渣中鈷含量較高，鈷的渣計(jì)沉淀率達(dá)15.06%。在條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定的最優(yōu)條件為：溫度30℃、SO2/空氣混合氣SO2含量1.5%、通氣速度45.43m3/(h·m液3)、沉淀時(shí)間2h、pH值3.5。此條件下，除鐵、錳后液含鐵小于0.005g/L，鐵的沉淀率大于99.7%，錳的沉淀率為37.05%。再采用深度中和操作，pH值控制在4.0–4.5，溶液中的鋁可降低到0.03g/L，鎳、鈷的渣計(jì)沉淀率分別為0.87%、1.24%。研究表明，采用SO2/O2(空氣)混合氣催化氧化中和沉淀除鐵是可行的，但徹底除錳有一定的難度。MurrinMurrin鎳紅土礦工藝[20]中使用了硫化沉淀法，通過(guò)一步硫化沉淀反應(yīng)，Ni、Co、Cu、Zn與Mn、Mg、Ca完成了分離。硫化沉淀中的Ni、Co、Cu、Zn再通過(guò)氧壓浸出，浸出液用Cyanex272分離鋅和鈷、鎳。鎳和鈷最后通過(guò)氫還原回收。2.4大洋錳結(jié)核大洋多金屬錳結(jié)核常含有Cu、Co、Ni等有價(jià)金屬。孫春寶等[21]在大洋多金屬錳結(jié)核酸浸液鈷錳分離中采用了硫化沉淀法。錳結(jié)核浸出液含Mn9.74g/L、Co0.11g/L。硫化鈉用量為理論用量的4.5倍、pH值4.5、溫度80℃試驗(yàn)條件下沉淀1h，鈷的沉淀率在99%左右，錳的沉淀率僅為0.46%。Shen等[22]亦用硫化沉淀法處理了大洋錳結(jié)核硫酸浸出液。浸出液含Mn65.93g/L、Co2.8g/L。在鈷錳分離前先用碳酸鈉中和溶液pH至3.0，除去浸出液中的少量鐵鋁雜質(zhì)。反應(yīng)溫度為50℃，加入硫化鈉后攪拌2h。大約99%的鈷以硫化鈷形式沉淀，除鈷后液再加碳酸鈉沉錳Kono等[23]采用氨/碳酸鹽沉淀法研究了室溫條件下深海錳結(jié)核亞硫酸浸出液中Cu、Ni、Co的回收。浸出時(shí)加入了略過(guò)量的亞硫酸使錳結(jié)核中的MnO2被還原浸出。浸出液除鐵后加入(NH4)2CO3，Mn沉淀為MnCO3，Cu、Ni、Co由于與氨形成絡(luò)合物而留在溶液中，從而與Mn分離。該過(guò)程中Cu、Ni、Co的回收率達(dá)90%，而Mn的沉淀率達(dá)97%。2.5廢催化劑Clark等[24]研究了從Co/Mn溴化物催化劑中回收鈷。該催化劑含27–31%Co,25–33%Mn,0–14%Fe、Cr、Cu、Ni。用4mol/LHCl80℃浸出4h。浸出液加固體NaOH調(diào)pH至2除去Fe、Cr。接著加氨水調(diào)pH至10，錳以氧化物形式沉淀，鈷則與氨形成絡(luò)合物留在液中。溶液中的鈷可何顯達(dá)等[25]研究了用純堿—氨水混合液從人造金剛石催化劑酸洗廢液中分離回收鎳、鈷和錳。原液含Ni30.8g/L、Co3.8g/L、Mn11.0g/L。確定了純堿—氨水法分離觸媒酸洗廢液中錳的最優(yōu)條件為純堿濃度0.1mol/L，氨濃度2.5mol/L，pH值10。鎳、鈷與氨形成絡(luò)合物留在溶液中，錳則與純堿反應(yīng)生產(chǎn)碳酸錳沉淀。沉錳后液含Ni30.5g/L、Co3.58g/L、Mn0.0885g/L，在該條件下，鎳的回收率達(dá)99%以上，鈷的回收率為95%左右，錳以碳酸錳形式回收。Harper和Pietsch[26]申請(qǐng)了一項(xiàng)從偏苯三甲酸生產(chǎn)過(guò)程留下的殘?jiān)谢厥这?、錳的專(zhuān)利。殘?jiān)?jīng)焚燒后得到的煙灰在82℃下用35%HCl浸出2h。浸出漿液過(guò)濾后得到的濾液和濾餅洗水混合后用25%NaOH或23%NH3調(diào)液pH至3.5使液中的鐵沉淀。沉鐵后液再用NH3調(diào)pH至5.5–6.0后加入錳粉使溶液中的鈷經(jīng)置換沉淀下來(lái)。漿液流經(jīng)磁選機(jī)回收鈷。鈷從磁選機(jī)用水洗滌下來(lái)后用48%HBr浸出得到溴化鈷。在磁選后的沉鈷后液中加入碳酸銨，錳便以碳酸鹽形式沉淀。碳酸錳沉淀經(jīng)水洗后用醋酸在100

3、結(jié)語(yǔ)對(duì)于沉淀法而言，氫氧化物沉淀法的鈷錳分離效果較差，硫化沉淀法、氨/碳酸鹽沉淀法和氧化沉淀法的分離效果較氫氧化物沉淀法好。氫氧化物沉淀法和硫化沉淀法得到的含鈷沉淀渣均需返溶，其中硫化沉淀渣還需在氧化條件下浸出，增加了工序。當(dāng)溶液中含有鐵、鋁等雜質(zhì)時(shí)，常先用氫氧化物沉淀法將其除去再用其他方法分離鈷錳。由于鎂、鈣能與碳酸鹽反應(yīng)生成沉淀，故氨/碳酸鹽沉淀法不太適用于從高鎂高鈣溶液分離鈷錳，尤其對(duì)于需要得到較純錳產(chǎn)品（碳酸錳）的情形。氧化沉淀法較適宜處理低錳溶液，對(duì)于高錳溶液，處理成本高。對(duì)于SO2/O2催化氧化沉淀法，由于SO2和O2（空氣）廉價(jià)易得，具有一定的成本優(yōu)勢(shì)，但研究結(jié)果表明該法適用于低錳溶液（0.01mol/L），對(duì)于溶液錳濃度0.1mol/L的情形，錳的氧化脫除已不理想。當(dāng)溶液鈷、錳含量均很高時(shí)（如幾十克升）沉淀法仍較為適用，此外，礦漿電解技術(shù)對(duì)這種情形也提供了一種解決辦法。在一般的鈷、錳濃度范圍內(nèi)（非幾十克升），采用溶劑萃取法可取得較好的分離效果，同時(shí)該法可實(shí)現(xiàn)鈷、錳一步分離，故而被認(rèn)為是目前分離鈷錳較有前途和研究?jī)r(jià)值的方法。P204被認(rèn)為是目前選擇性分離錳與鎳、鈷、鎂的經(jīng)濟(jì)適用型萃取劑。溶劑萃取最主要的試劑消耗是在萃取平衡pH控制過(guò)程中堿的消耗，選用廉價(jià)的氨可以降低該過(guò)程的操作成本。西澳大利亞鎳紅土礦廠的生產(chǎn)實(shí)踐已經(jīng)表明溶劑萃取法具有比沉淀法流程短、投資操作費(fèi)用都低的優(yōu)點(diǎn)。

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引力波的實(shí)驗(yàn)探測(cè)給我們的啟示摘要：引力理論的發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)百年，從牛頓到愛(ài)因斯坦，從萬(wàn)有引力定律到廣義相對(duì)論。在這過(guò)程中，科學(xué)家們引力波的預(yù)言質(zhì)疑不休、爭(zhēng)論不止。而引力波的實(shí)驗(yàn)探測(cè)無(wú)疑證明了一切。引力波的發(fā)現(xiàn)，彌補(bǔ)了愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論的漏洞，也確定了他的理論的正確。這是人類(lèi)史上出現(xiàn)的又一契機(jī)，它將為人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)重大變革?！捌莆濉笔侵袊?guó)傳統(tǒng)迎財(cái)神的日子。2016年的這一天，卻一個(gè)讓全世界物理學(xué)界沸騰的日子，甚至許多的物理學(xué)家為之痛哭流涕——被預(yù)言已經(jīng)百年的引力波，終于被探測(cè)到了。引力是什么？在今天人們所知道的物質(zhì)的四種基本相互作用中，引力作用為最弱。四種相互作用按作用強(qiáng)度比例順序是：強(qiáng)相互作用(1),電磁相互作用(10),弱相互作用(10),引力相互作用(10)。因此，在研究基本粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)，引力一般略去不計(jì)。但在天文學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，由于涉及的對(duì)象的質(zhì)量極其巨大，引力就成為不僅支配著天體的運(yùn)動(dòng)，而且往往是天體的結(jié)構(gòu)和演化的決定因素。引力并不是一種所謂的“力”，而是一種屬性。牛頓在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)中首次提出萬(wàn)有引力定律，基于此，他結(jié)識(shí)了彗星的運(yùn)動(dòng)軌道和地球上的潮汐現(xiàn)象，并根據(jù)萬(wàn)有引力定律成功地預(yù)言并發(fā)現(xiàn)了海王星。萬(wàn)有引力定律出現(xiàn)后，才正式把研究天體的運(yùn)動(dòng)建立在力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，從而創(chuàng)立了天體力學(xué)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，質(zhì)量越大的東西產(chǎn)生的引力越大，地球的質(zhì)量產(chǎn)生的引力足夠把地球上的東西全部抓牢。1905年，愛(ài)因斯坦提出狹義相對(duì)論，突破了絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的概念，否定了瞬時(shí)超距作用，從根本上動(dòng)搖了建立在這些舊觀念基礎(chǔ)上的牛頓引力理論。經(jīng)過(guò)十年的探索后，愛(ài)因斯坦于1915年提出了迄今為止最成功的近代引力理論——廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論中，引力被歸咎于時(shí)空的彎曲。這種彎曲是由物質(zhì)造成的，物質(zhì)的質(zhì)量越大，所形成的扭曲也就越嚴(yán)重。但是這種彎曲，對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)根本感知不到，一是因?yàn)槿祟?lèi)伴隨這種彎曲一起彎曲了，而是由于這種彎曲太微小。大質(zhì)量物體發(fā)生的扭曲引起了震動(dòng)，而這種震動(dòng)，就是引力波?？茖W(xué)家們通過(guò)探測(cè)這種時(shí)空震蕩，來(lái)證實(shí)引力波的存在。早在1916年，愛(ài)因斯坦在廣義相對(duì)論中就預(yù)言了引力波的存在。而科學(xué)家們普遍認(rèn)為，這次LIGO這一發(fā)現(xiàn)是愛(ài)因斯坦相對(duì)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失的“拼圖”，證實(shí)了愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的正確性，彌補(bǔ)了愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論的漏洞，驗(yàn)證了已故科學(xué)家愛(ài)因斯坦的預(yù)言。探測(cè)的儀器叫做邁克爾遜干涉儀，或是LIGO。LIGO的“兩條腿”都有4千米長(zhǎng)，最近的一次升級(jí)就花去了幾十億美元。LIGO的原理是什么？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是利用光速不變，在同樣的直線路程里測(cè)試耗時(shí)，而通過(guò)時(shí)間的偏差（盡最大可能排除誤差，也是耗資巨大的原因）來(lái)判定空間確實(shí)存在震動(dòng)。這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)置基于愛(ài)因斯坦的假設(shè)：光速不變，是因?yàn)橐怨獾囊暯强?，它沿途?jīng)過(guò)的空間發(fā)生了折疊伸縮?？赡艿囊Σㄌ綔y(cè)源包括致密雙星系統(tǒng)（白矮星，中子星和黑洞）。在2016年2月11日，LIGO科學(xué)合作組織和Virgo合作團(tuán)隊(duì)宣布他們已經(jīng)利用高級(jí)LIGO探測(cè)器，首次探測(cè)到了來(lái)自于雙黑洞合并的引力波信號(hào)。在過(guò)去的數(shù)十年里，許多物理學(xué)家和天文學(xué)家為證明引力波的存在進(jìn)行了大量研究。其中，泰勒和赫爾斯由于第一次得到引力波存在的間接證據(jù)榮獲1993年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。到目前為止，類(lèi)似的雙中子星系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近十個(gè)，但是雙黑洞系統(tǒng)卻是首次。在實(shí)驗(yàn)方面，第一個(gè)對(duì)直接探測(cè)引力波作偉大嘗試的人是韋伯。雖然他的共振棒探測(cè)器最后沒(méi)能找到引力波，但是韋伯開(kāi)創(chuàng)了引力波實(shí)驗(yàn)科學(xué)的先河，為如今的碩果打下了基礎(chǔ)。因?yàn)樵诘孛嫔虾苋菀资艿礁蓴_，所以物理學(xué)家們也在向太空進(jìn)軍。歐洲的空間引力波項(xiàng)目eLISA（演化激光干涉空間天線）。eLISA將由三個(gè)相同的探測(cè)器構(gòu)成為一個(gè)邊長(zhǎng)為五百萬(wàn)公里的等邊三角形，同樣使用激光干涉法來(lái)探測(cè)引力波。此項(xiàng)目已經(jīng)歐洲空間局通過(guò)批準(zhǔn)，正式立項(xiàng)，目前處于設(shè)計(jì)階段，計(jì)劃于2034年發(fā)射運(yùn)行。作為先導(dǎo)項(xiàng)目，兩顆測(cè)試衛(wèi)星已經(jīng)于2015年12月3日發(fā)射成功，目前正在調(diào)試之中。中國(guó)的科研人員，在積極參與目前的國(guó)際合作之外之外，也在籌建自己的引力波探測(cè)項(xiàng)目。引力波的實(shí)驗(yàn)探測(cè)引起了世界范圍的轟動(dòng)，這些探測(cè)極其不易，宇宙中發(fā)生爆炸性的大事件時(shí)產(chǎn)生的引力波，才相對(duì)容易探測(cè)到，例如黑洞合并、星系合并、超新星爆炸等。100年前，愛(ài)因斯坦在預(yù)言引力波存在時(shí)就曾說(shuō)：“這些數(shù)值是如此微小，她們不會(huì)對(duì)任何的東西產(chǎn)生顯著的作用，沒(méi)人能夠去測(cè)量它們?！辈桃环蚪o出解釋?zhuān)骸皶r(shí)間發(fā)生得越早，距離越遠(yuǎn)，越會(huì)在宇宙中傳播期間被紅移。紅移指的是由于宇宙本身的膨脹將所有的波動(dòng)的波長(zhǎng)拉直拉平，這樣其波動(dòng)性就難以被探測(cè)到。例如，這次LIGO探測(cè)到的引力波，是13億年以前兩個(gè)大約30個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞并合所產(chǎn)生的引力波，振幅之小，是在原子核尺寸的千分之一的尺度。能探測(cè)到真的是非常不容易，LIGO實(shí)驗(yàn)組的科學(xué)家們也是在幾十年里經(jīng)歷多次挫折，不斷調(diào)整方案，改進(jìn)儀器，才最終探測(cè)到的?！彼运某晒μ綔y(cè)也標(biāo)志著在這個(gè)領(lǐng)域人類(lèi)的技術(shù)進(jìn)步到了前所未有的水平。而它所具有的里程碑意義不止在科學(xué)情感上，更在于能夠打開(kāi)人類(lèi)的一個(gè)新的世界——每個(gè)人都對(duì)它滿懷期待。如果電磁波探測(cè)是人類(lèi)的眼睛，那么人類(lèi)又多了一雙聆聽(tīng)外界的耳朵。馬克斯·普朗克引力物理研究所說(shuō)：“在《星際穿越》和《三體》中，都不約而同地將引力波選為了未來(lái)科技發(fā)達(dá)的人類(lèi)的通訊手段，這也許只能是美好的幻想，但對(duì)于天文研究而言，引力波的確開(kāi)啟了一扇新的窗口。吹進(jìn)來(lái)的第一縷清風(fēng)，就帶來(lái)了一個(gè)重大的信息：極重的恒星級(jí)雙黑洞系統(tǒng)存在并可以在足夠短的時(shí)間（10億年）內(nèi)并合。這是讓我們始料未及的。誰(shuí)能知道在將來(lái)的更多的探測(cè)中，LIGO和一眾引力波探測(cè)器能帶給我們什么樣的驚喜呢？”引力波有兩個(gè)非常重要而且比較獨(dú)特的性質(zhì)。第一：不需要任何的物質(zhì)存在于引力波源周?chē)?。這時(shí)就不會(huì)有電磁輻射產(chǎn)生。第二：引力波能夠幾乎不受阻擋的穿過(guò)行進(jìn)途中的天體。比如，來(lái)自于遙遠(yuǎn)恒星的光會(huì)被星際介質(zhì)所遮擋，引力波能夠不受阻礙的穿過(guò)。對(duì)于天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)特征允許引力波攜帶有更多的之前從未被觀測(cè)過(guò)的天文現(xiàn)象信息，而每一個(gè)電磁波譜的打開(kāi)，都會(huì)為我們帶來(lái)前所未有的發(fā)現(xiàn)。天文學(xué)家們同樣期望引力波也是如此。而引力波本身的性質(zhì)也可能對(duì)基礎(chǔ)物理學(xué)產(chǎn)生巨大的影響。另外，引力波蘊(yùn)含的，很可能是宇宙誕生的畫(huà)面。我們從小都被告知一個(gè)最著名的猜想——宇宙是在一場(chǎng)爆炸中誕生的。這意味著，在時(shí)空的開(kāi)始，宇宙又一次最為劇烈的震動(dòng)。引力波就能讓我們還原這個(gè)震動(dòng)——它是否存在？有多大規(guī)模？不僅如此，引力波還能傳遞信息——我們看不到的宇宙空間在發(fā)生什么？據(jù)科學(xué)家解釋?zhuān)@次的引力波就是在遙遠(yuǎn)的距離上巨大的黑洞變化引起的。而這一結(jié)果也證明了黑洞真實(shí)存在——至少是廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)的由純凈、真空、扭曲時(shí)空組成的完美圓形物體。并且，引力波傳遞的信息可以讓科學(xué)家更精確地估計(jì)宇宙膨脹的速度?？偠灾?，一個(gè)新的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，總會(huì)給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)無(wú)法預(yù)估的發(fā)展。18世紀(jì)面熟電磁波的麥克斯韋理論確認(rèn)的時(shí)候，也沒(méi)人知道會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)什么，但是現(xiàn)在不管是電視機(jī)還是移動(dòng)電話，都與電磁現(xiàn)象有關(guān)。引力波的發(fā)現(xiàn)類(lèi)似當(dāng)年的發(fā)現(xiàn)X光一樣，是一種工具。有了這個(gè)工具，我們可以利用引力波的觀察，去觀察遙遠(yuǎn)的宇宙的現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)、時(shí)空穿梭等等才是有可能實(shí)現(xiàn)的事情。如果沒(méi)有引力波，以我們現(xiàn)有的技術(shù)是做不到這些科幻世界才有的事情的?！凹热灰Σㄊ谴嬖诘?，基于引力波的科研思路可信性就大大提高了。就好像走一條未知的路，走到半路，有人懷疑不對(duì)，結(jié)果證實(shí)是對(duì)的，那么就可以加快步伐了?！碧K萌說(shuō)。世界各國(guó)都加大了探測(cè)研究引力波的力度，我國(guó)也緊跟探索引力波的步伐?！疤烨儆?jì)劃”參與者、中山大學(xué)天文與空間科學(xué)研究院院長(zhǎng)李淼教授介紹，“天琴計(jì)劃”是我國(guó)自主開(kāi)展空間引力波探測(cè)的可行方案，發(fā)射三顆衛(wèi)星探測(cè)引力波，該計(jì)劃預(yù)期執(zhí)行期為2016~2035年，分四階段實(shí)施。項(xiàng)目還將挖山洞，建觀測(cè)站以及建設(shè)綜合研究大樓。預(yù)計(jì)擬投三億啟動(dòng)。天琴計(jì)劃預(yù)期執(zhí)行期為2016-2035年，分四階段實(shí)施：（1）2016-2020年：完成月球/深空衛(wèi)星激光測(cè)距、空間等效原理檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)和下一代重力衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)所需關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。主要研發(fā)成果包括：新一代月球激光測(cè)距反射器、月球激光測(cè)距臺(tái)站、高精度加速度計(jì)、無(wú)拖曳控制（包含微推進(jìn)器）、高精度星載激光干涉儀、星間激光測(cè)距技術(shù)等；（2）2021-2025年：完成空間等效原理檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)和下一代重力衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)工程樣機(jī)，并成功發(fā)射下一代重力衛(wèi)星和空間等效原理實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。主要研發(fā)成果包含：超靜衛(wèi)星平臺(tái)、高精度大型激光陀螺儀以及進(jìn)一步提高加速度計(jì)、無(wú)拖曳控制、高精度星載激光干涉儀、星間激光測(cè)距等技術(shù)；（3）2026-2030年：完成空間引力波探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)，完成衛(wèi)星載荷工程樣機(jī)；（4）2031-2035年：進(jìn)行衛(wèi)星系統(tǒng)整機(jī)聯(lián)調(diào)測(cè)試、系統(tǒng)組裝，發(fā)射空間引力波探測(cè)衛(wèi)星。李淼介紹，“天琴計(jì)劃”的出發(fā)點(diǎn)是切實(shí)根據(jù)我國(guó)的技術(shù)能力實(shí)際和未來(lái)幾十年的發(fā)展前景，提出我國(guó)自主開(kāi)展空間引力波探測(cè)的可行方案。在目前討論的初步概念中，天琴將采用三顆全同的衛(wèi)星構(gòu)成一個(gè)等邊三角形陣列，每顆衛(wèi)星內(nèi)部都包含一個(gè)或兩個(gè)極其小心懸浮起來(lái)的檢驗(yàn)質(zhì)量。衛(wèi)星上將安裝推力可以精細(xì)調(diào)節(jié)的微牛級(jí)推進(jìn)器，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，使得檢驗(yàn)質(zhì)量始終保持與周?chē)谋Ｗo(hù)容器互不接觸的狀態(tài)。這樣檢驗(yàn)質(zhì)量將只在引力的作用下運(yùn)動(dòng)，而來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)或太陽(yáng)光壓等細(xì)微的非引力擾動(dòng)將被衛(wèi)星外殼屏蔽掉。高精度的激光干涉測(cè)距技術(shù)將被用來(lái)記錄由引力波引起的、不同衛(wèi)星上檢驗(yàn)質(zhì)量之間的細(xì)微距離變化，從而獲得有關(guān)引力波的信息?！疤烨佟钡男l(wèi)星將在以地球?yàn)橹行?、高度約10萬(wàn)公里的軌道上運(yùn)行，針對(duì)確定的引力波源進(jìn)行探測(cè)。這樣的選擇能夠避免測(cè)到引力波信號(hào)卻無(wú)法確定引力波源的問(wèn)題。中國(guó)科學(xué)院也于2016年2月16日公布了空間引力波探測(cè)與研究的“空間太極計(jì)劃”。按照這一計(jì)劃，我國(guó)將在2030年前后發(fā)射由位于等邊三角形頂端三顆衛(wèi)星組成的引力波探測(cè)星組，用激光干涉方法進(jìn)行中低頻波段引力波的直接探測(cè)。主要科學(xué)目標(biāo)是觀測(cè)雙黑洞并合和極大質(zhì)量比天體并合時(shí)產(chǎn)生的引力波輻射，以及其他的宇宙引力波輻射過(guò)程。中科院力學(xué)研究所胡文瑞院士表示，“我國(guó)目前的技術(shù)能力與國(guó)際先進(jìn)水平還有一定的差距，這種差距可以通過(guò)良好的國(guó)際合作得到一定的彌補(bǔ)?！焙娜鹫f(shuō)，“空間太極計(jì)劃”是一個(gè)中歐合作的國(guó)際合作計(jì)劃，目前有兩個(gè)方案：方案一是參加歐洲空間局的eLISA雙邊合作計(jì)劃；方案二是發(fā)射一組中國(guó)的引力波探測(cè)衛(wèi)星組，與2035年左右發(fā)射的eLISA衛(wèi)星組同時(shí)遨游太空，進(jìn)行低頻引力波探測(cè)。據(jù)介紹，空間引力波探測(cè)被列入中科院制訂的空間2050年規(guī)劃。2008年由中科院發(fā)起，中科院多個(gè)研究所及院外高?？蒲袉挝还餐瑓⑴c。引力波的發(fā)現(xiàn)是感人至深的，它印證了一位物理學(xué)大師的睿智偉大，為年富力強(qiáng)的物理學(xué)家們?cè)鎏砹诵判暮桶参?。在理性上，引力波的發(fā)現(xiàn)更是激動(dòng)人心的，人類(lèi)的歷史將會(huì)改寫(xiě)，一切都是未知，未知也許會(huì)更加美好。參考文獻(xiàn)：[1].柏格曼著，周奇、郝蘋(píng)譯：《相對(duì)論引論》，高等教育出版社，北京，1961。(P.G.Bergmann,IntroductiontotheTheoryofRelativity,Butterworths,London,1958.)[2].溫伯格著，鄒振隆譯：《引力和宇宙論》，科學(xué)出版社，北京，1979。(S.Weinberg,GravitationandCosmology,JohnWileyandSons,NewYork,1972.)[3].北京:科學(xué)出版社,1977.J·韋伯著,陳鳳至,張大衛(wèi).《廣義相對(duì)論與引力波》[4].《引力波與引力波探測(cè)》李芳昱、張顯洪[5].《引力、引力波和引力波的探測(cè)》薛鳳家，《大學(xué)物理》[6].《空間時(shí)間引力》（美）沃爾德史新奎金麗莉[7].《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》艾薩克牛頓1687[8].《原理》艾薩克牛頓