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新材料技术,金属材料

稀有金属钒广泛应用于冶金、航空航天、核能、新能源等领域，被世界许多国家列为战略性资源。随着钒及其化合物应用领域的不断拓广，特别是储能电池领域，其对高纯钒的需求也不断增加。目前，酸性铵盐沉钒技术由于具有沉钒率高、产品纯度高等优势，被广泛应用于工业生产过程中沉钒。但是，传统酸性铵盐沉钒过程通常需要添加远过量的铵盐以提高沉钒率，因此，沉钒后将不可避免地产生高浓度的氨氮废水，废水中氨氮浓度通常为10~30 g/L，远高于我国钒工业污染物排放标准（GB 26452-2011）的要求（氨氮浓度≤10 mg/L），将对环境造成严重的污染。传统酸性铵盐沉钒工艺带来的环境问题将阻碍提钒行业的绿色发展。为此，本研究创新性地将环境友好的超声波技术引入酸性铵盐沉钒过程，以强化沉钒反应，提高沉钒效率，降低铵盐消耗量，获得高纯的钒产品。本研究对超声波酸性铵盐沉钒工艺进行系统的研究，揭示了超声波强化沉钒的深入机理，阐明了主要杂质离子对超声波沉钒的影响，为超声波沉钒技术在提钒行业的应用提供坚实的理论基础和技术支撑，促进我国提钒行业的可持续发展。

（1）创新性地将超声波引入酸性铵盐沉钒过程，超声波的引入可以将沉钒时间缩短80%，铵盐用量降低***%，沉钒废水中氨氮浓度由*** g/L显著降低至*** g/L； （2）阐明了超声波强化沉钒机理。通过超声波提高NH4+与钒离子的碰撞频率，加快沉钒速率，破碎(NH4)2V6O16晶体，形成更多的成核位点，诱导晶体发生二次成核，最终强化晶体的成核和生长过程； （3）揭示了杂质离子影响超声波铵盐沉钒的机制。Al和Na通过与V结合生成杂质物相，抑制沉钒反应，而Fe和P通过表面吸附的形式进入沉钒产品，阻碍多聚钒酸铵的结晶和生长过程。

武汉科技大学张一敏教授领导的“钒资源利用创新团队”团队长期从事黑色页岩绿色高效开发利用、二次资源综合利用和湿法冶金等方面研究。团队负责人张一敏教授现任武汉科技大学学术委员会主任、国家“863计划”资源环境领域主题专家组组长，武汉理工大学首席教授，以第一完成人获国家技术发明二等奖1项、国家科技进步二等奖2项，获第二届全国创新争先奖、何梁何利基金科学与技术奖“产业创新奖”等奖励。成果主要完成人包申旭教授为湖北省有突出贡献中青年专家。现任武汉理工大学资源与环境工程学院院长，关键非金属矿产资源绿色利用教育部重点实验室副主任，主要从事外场强化湿法冶金、固废综合利用等方面的研究。团队长期致力于钒资源高效清洁利用研究，在该领域获得国家科技奖励2项、省部级一等奖5项，承担2项国家重点研发项目、近20项国家自然科学基金项目和10余项省部级重要科研项目。发表高水平学术论文200余篇，获授权专利40余项，出版专著3部。一批成果得到推广应用，有力推动了我国钒资源清洁利用技术的进步。

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