应用案例 | 揭示湿法冶金过程中的元素分析

利用 Tescan 原位4D和能谱CT技术

揭示湿法冶金过程中
的元素定量分析

全球电气化转型依赖于关键金属（例如铜、锂和稀土元素 (REE)）的稳定供应。

这些金属可以通过湿法冶金（一种将金属溶解在水溶液中的工艺）从矿石、废料或工业残渣中提取。湿法冶金特别适用于低品位或复杂矿石，并被广泛认为是一种比其他金属提取方法更环保的替代方案。传统的湿法冶金工艺通常依赖于盐酸和硫酸等无机酸。虽然这些酸价格低廉且易于获取，但它们也存在一些缺点，包括会形成难溶盐（例如与银、铅或锌形成难溶盐）以及石膏结垢问题。为了克服这些挑战，研究人员正在研究更高效、更可持续的浸出剂。

本应用说明探讨了 Tescan 的 4D 能谱 CT 如何与动态 micro-CT 相结合，如何在可溶出铅矿物（PbCO₃）时，使用可持续的酸性替代剂，实现对可溶出过程的全新可视化和定量化分析。Tescan UniTOM XL Spectral CT 凭借其独特的 4D 成像功能，尤其适用于研究金属浸出过程的复杂且随时间变化的特性。本研究利用该系统先进的元素和结构成像技术，对天然铅矿石白铅矿（PbCO₃）在暴露于高潜力替代浸出剂时的浸出行为获得了前所未有的洞察。

通过捕捉一段时间内的结构和元素数据，研究人员可以观察金属溶解发生的位置和时间，实时量化变化，并通过其X射线谱图特征（如 88keV 的铅 K-edge）识别元素。

实验采用安装在 Tescan UniTOM XL 旋转台上的定制装置进行，配备 Tescan Polydet II 能谱检测器，用于研究白铅矿（PbCO₃） 的浸出过程。

鉴于金属浸出过程的快速动态变化过程，对成像速度要求高。本次扫描设置经过优化，以实现快速图像采集，实现了每次 360°旋转 60 秒的时间分辨率。在 230 分钟的时间内，共捕获了 229 次连续旋转采集。

请观看下面的部分实验结果：

样品的二维 YZ 截面切片

气相 3D 效果图

陶瓷石分布三维渲染图

Tescan 能谱CT 能够捕捉完整的 X 射线谱图，从而直接在体素级别测量化学成分和材料密度，标志着实验室 micro-CT 技术的重大进步。本研究展示了如何使用 4D 能谱 CT 研究复杂的化学过程，特别是金属浸出的时间分辨行为。

根据X射线谱图可以得到以下信息：

1. 谱线随时间上升，表明总X射线吸收率增加。这是由于白铅矿溶解并释放铅离子到溶液中，导致孔隙水密度增加所致。

2. 谱线的整体形状随时间演变，这是由于孔隙水的有效原子数发生变化所致。

3. 在88kev处有一个明显的转折点，此处为铅K-edge理论值88keV高度一致。光谱特征在约15分钟后变得清晰可见，这与上述动态 micro-CT 实验中观察到的溶解过程开始时间相吻合。