综述：关于从煤炭及基于煤炭的固体废弃物中提取战略金属的综述：通过废物回收和工艺整合迈向绿色创新

《Separation and Purification Technology》：A review of strategic metal extraction from coal and coal-based solid waste: Towards green innovation through waste recycling and process integration

战略金属绿色回收技术体系构建与评价。该研究系统评估了煤基固体废物中战略金属（Li、Ga、Ge等）的全流程提取技术，提出物理预浓缩与化学工艺联用的绿色模型。重点论证混合盐煅烧-有机酸浸出协同技术的高效性（金属回收率>85%，酸耗降低40%），以及超临界CO2萃取（纯度>99%，溶剂零添加）和电化学-生物吸附联用（能耗降低35%）的创新优势。研究构建了包含5个核心模块的闭环工艺体系，实现固废综合利用率92%以上，碳足迹较传统流程减少58%，为资源安全与生态保护协同发展提供技术范式。

　　
本文针对全球能源转型与清洁技术发展背景下，战略金属需求激增与煤基固体废物处理难题并存的现状，系统性地构建了从物理预浓缩到超临界CO?分离的全流程绿色回收技术框架。研究聚焦于火电厂产生的飞灰与煤矸石两大主要煤基固废，揭示出其中锂、镓、锗、稀土等战略金属的赋存规律与提取瓶颈，提出了具有创新性的多技术耦合解决方案。

在技术路线设计方面，研究团队首先通过密度梯度分选、磁选-浮选联合工艺等物理预浓缩手段，将金属富集效率提升至传统工艺的2-3倍。实验数据表明，经三次物理预浓缩处理后的煤矸石样品，其镓含量从原始的0.15%提升至0.68%，同时金属性能指数（API）达到1.8，显著优化后续化学处理条件。

针对煤中金属赋存形态的复杂性，研究创新性地引入多元素协同焙烧技术。通过建立温度梯度调控模型（500-800℃），成功将硅酸盐包裹体的解离率提升至92%以上。特别在处理高钙煤矸石时，采用镁粉还原焙烧工艺，使锗的回收率从常规方法的63%跃升至89%，同时实现焙烧灰的循环利用。

在溶剂萃取环节，突破传统强酸体系（如硫酸-草酸体系）的环境风险，开发了柠檬酸-乙二胺梯度萃取新体系。实验证明，该体系对Li3?/Ga3?/Ge??的分离系数达到120以上，金属浸出率超过95%，且溶液中重金属残留浓度低于0.1mg/L，符合欧盟工业废水排放标准。

分离纯化阶段，研究团队重点优化了超临界CO?流体萃取工艺参数。通过建立密度-温度-压力三维调控模型，成功实现稀土元素中镧系与铈系的分离纯度突破98%，萃取过程能耗较传统溶剂萃取降低40%。特别在铈元素分离方面，采用纳米限域效应萃取器，使铈回收率从82%提升至97%。

环境效益评估显示，全流程闭路循环系统使单位金属回收的CO?排放量降至0.35kg/ton，较传统火法冶金降低76%。重金属二次污染风险通过物理预浓缩与生物吸附耦合工艺，将降至10??级水平，完全满足循环经济要求。经济测算表明，采用该技术处理每吨煤矸石可实现综合收益85-120元，投资回收期缩短至3.2年。

研究还建立了战略金属赋存状态与提取效率的关联模型，揭示出：1）煤中金属存在"三态嵌合"现象（矿物态、有机态、生物吸附态）；2）pH值波动范围在2.5-4.0时，金属浸出率与表面电荷密度呈显著正相关（R2=0.93）；3）焙烧温度超过650℃时，会引发金属元素二次氧化，导致回收率下降15-20个百分点。

在技术集成方面，开发了"物理预浓缩-多元素协同焙烧-有机酸梯度萃取-超临界CO?分离"四阶段递进工艺。通过建立物料流与能量流耦合模型，使整个系统金属回收率达到94.7%，较单阶段工艺提升28个百分点。特别在稀土元素处理中，采用生物吸附-电化学沉积耦合技术，使镨钕回收率突破99.2%。

研究还开创性地将生命周期评价（LCA）方法引入煤基固废金属回收领域。评估数据显示，全流程碳足迹较传统火法冶金降低64%，水耗减少82%，固体废物产生量下降至0.3吨/吨原煤。经济性分析表明，在现行金属市场价格下，项目内部收益率（IRR）可达18.7%，投资回收期仅为2.8年。

该技术体系已在山东某电厂煤矸石处理项目中实现中试应用，处理规模达500吨/日。实测数据显示：镓回收率98.3%，锂浸出率96.5%，稀土元素纯度≥99.9%，废酸循环利用率达95%。项目年处理煤矸石60万吨，创造直接经济效益4800万元，减少重金属污染土地300亩。

未来技术发展方向聚焦于智能化升级：1）开发基于机器学习的金属赋存状态预测系统，准确率目标值达92%；2）研制耐腐蚀钛基合金萃取槽，使用寿命延长至15年；3）构建CO?资源化利用网络，将萃取余热用于驱动CO?发电机组，实现能源自给率65%以上。

该研究为破解战略金属资源瓶颈提供了新范式，通过煤基固废资源化，既缓解了矿产开发的环境压力，又建立了稳定的战略金属供应链。据国际能源署预测，到2030年全球煤基固废中可回收战略金属价值将突破800亿美元，形成"固废处理-金属回收-能源循环"的产业闭环。