粉煤灰中镓资源的回收具有重要意义

镓是一种稀有金属元素，被称作“电子工业的粮食”。目前镓主要应用于半导体、催化、医疗等领域，同时在热界面材料、焊接领域、光学领域和记忆合金等领域也有了崭新的应用和发展，其中镓在半导体行业的消耗量占其消耗总量的 80%~85%。镓在自然界没有独立成矿，主要是从铝土矿和炼锌废渣中提取，其中从铝土矿中提镓的生产量占总生产量的90%。在过去40年中，镓的全球产量以年均7.4%的速度增长，2018年的产量达到410吨/年，其增长速率远超大多数工业金属。尽管镓的年产量逐年增加，但随着半导体行业的蓬勃发展，对镓的需求也越来越大，预计到2050年，镓需求量是当前的10倍左右。当前镓产量无法满足日益增大的需求量，因此有不少科学家尝试从含镓废弃物中回收镓以缓解供需矛盾。各种含镓的废弃，其中镓As、LED和铜铟镓硒(CIGO)等电子废弃物虽然镓含量较高，但是总量少，目前终端产品中镓的回收率不足1%。煤和煤燃烧生成的粉煤灰中虽然镓含量较低，但储量大，潜在经济价值巨大。2010年，在中国内蒙古准格尔探测发现超大型含镓煤矿，镓储量高达85.7万吨，这一含镓煤矿的发现使得我国金属镓的储量达到世界总储量的 95%。煤在燃烧生成粉煤灰后，镓可进一步富集 1.3~2.2倍，含量达到30~100 μg/g(0.003%~0.01%)，超过工业开采品位(30 μg/g) ，因此粉煤灰被视为镓的潜在来源之一。在过去的几十年中，人们一直在研发一种回收率高、操作简单、成本低廉且无污染的粉煤灰提镓工艺。然而由于粉煤灰矿相多样、成分复杂、镓含量相对较低等原因，粉煤灰中镓资源的回收仍处于实验室研究阶段。

随着半导体材料的不断发展，从镓赋存量巨大的粉煤灰中回收镓已得到了广泛关注，从粉煤灰提镓不仅可以实现废弃物的高值化利用，还能在一定程度上缓解镓供需紧张的局面。目前在粉煤灰中镓的矿物赋存形态、稳定铝硅酸盐矿相转化、镓的高效溶出和粉煤灰碱性浸出液提镓等方面的研究已经取得了显著进展，从粉煤灰酸性浸出液中提镓也进行了相关的探索，但是仍然有一些关键的科学问题尚未突破，比如粉煤灰中不同赋存形态镓的键合状态和化学环境、浸出液中镓和共存金属离子的水溶液化学特征、矿相转化和浸出过程镓的迁移转化规律、不同活性功能基团与镓相互作用机制等，这些问题对镓选择性分离材料的设计开发和镓高效分离富集方法的建立具有重要的作用，同时镓和粉煤灰中其他伴生元素的协同提取也是粉煤灰资源化利用发展的重要方向。