镍是一种银白色重金属，以其优良的特性，被用于制造不锈钢、耐热合金、抗腐蚀合金、磁性合金和特种合金等方面，是一种重要的战略资源[1]. 随着中国工业的高速发展，镍需求不断上升，矿渣产生量随之增多，不仅占用了大量的土地，浪费了金属资源，而且严重污染了环境[2]. 现阶段人类可以利用的镍矿仅有硫化镍矿、红土镍矿，如果大量堆积的矿渣中含有的低品位镍得以回收，将有利于缓解镍的需求缺口.

通过以上IBDP生物学实验教案的分析可以看出，信息技术在生物学教学中的应用形式可以是多种多样的，信息技术的应用为培养学生数学技能也提供了便利和高效的途径，能进一步提升学生解决问题和创新能力。

对镍渣中铁、镍、铜等有价组分的回收，国内外学者已进行研究. 周怡玫[3]和FEDOROVA 等[4]采用浮选法，通过添加辅助补收剂或联合补收剂等实现了镍渣中镍和铜的高效回收，但此法只针对硫化物形式存在的镍和铜有较好效果. KOPKOVA等[5]采用湿法冶金，先通过硫酸浸出镍铜，再溶液萃取分离，获得了较高的镍铜回收选别指标. 王宇斌等[6]用堆浸法从某选镍尾矿中回收镍，镍的浸出率为61.11%.

世界上有很多学者都对细菌浸镍有所研究[7-14]，有报道利用异养型微生物—真菌代谢碳源产生的有机酸浸出镍红土矿中的镍、钴等有价成分，并取得了良好的试验结果[12]. 其机理是真菌在其生长繁殖过程中能衍生出多种有机酸(如柠檬酸，草酸等[14])，在浸矿过程中除了酸溶作用[15]还有络合作用[16]，有机酸的羟基和羧基很容易与A1、Fe、Ni、Mg及Co等金属离子形成配合物，因此可用于有价金属的浸出[14,17]. 利用有机酸浸出镍矿，不仅浸出时间短，而且浸出条件温和，比传统工艺[18-23]浸出更为环保，工艺易操作. 缺点为细菌分解矿物缓慢，且细菌培养受环境影响较大、甚至导致死亡. 因此，本研究报道了选取常见的有机酸，对矿渣中的镍进行直接有机酸浸出，通过浸出参数的优化，以期得到镍的最佳浸出效果，为后续最终镍产品的生产奠定基础.

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

实验所用矿渣来自辽宁葫芦岛地区某有色金属冶炼厂，矿渣平均粒度为0.105 mm，用X射线荧光仪对实验原料进行化学成分分析，主要化学成分见表1.

标准曲线绘制：配制FeSO4浓度分别为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mmol/L作为待测液，按上述方法测定吸光值。FeSO4在0～1.0 mmol/L浓度范围内线性回归方程为 y=0.6776x+0.0437，R²=0.9991。

 

表1 矿渣的化学成分Table 1 Chemical compositions of the slag

  

ComponentNiOAl2O3SiO2CeO2La2O3Fe2O3TiO2w/%0.49449.30741.5703.4101.5400.4480.242

本试验采用的试剂均为分析纯，并均使用去离子水进行配制. 主要试剂：抗坏血酸、酮戊二酸，乙酸、苹果酸、草酸、柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸内酯.

（2）逻辑层：系统核心功能的实现层。根据应用层为用户提供的六大功能界面，逻辑层需要分别给出对应模块的实现方法。其中，基于传输控制协议（TCP）的Socket多线程并发模块是整个逻辑层能够顺利运行的框架基础，系统利用该模块实现多节点之间数据的可靠传输。进一步地，运用里所码的编码解码方式对电子数据进行分片处理，引入用户节点性能测试模块，对节点性能进行排序，用于数据的上传和下载功能模块；引入Hash比对模块检测文件数据是否保存完整；引入用户积分模块，保障系统的负载均衡；引入用户注册、登录功能记录用户信息，方便对用户进行管理。

在反应固液比1∶50、温度75 ℃、搅拌速度170 r·min-1的条件下，考察了真菌可能衍生的各种有机酸在相同浓度1.0 mol·L-1的条件下对矿渣中镍的浸出情况，实验结果如图3所示. 从图3的曲线可以看出，在真菌可能产生的这些有机酸中，草酸的浸出效果最好. 所以，本实验采用草酸作为浸出剂.

1.2 实验方法

以温度、固液比、不同酸及浓度、时间等为实验因子，固定浸出液体积为100 mL，于空气(水)浴振荡器中，在170 r·min-1下，常压摇瓶(250 mL锥形瓶)浸出，取浸液过滤后用火焰原子吸收分光光度计、电感耦合等离子体发射光谱仪测定其中镍、铝、铁的浓度，然后结合实际情况，筛选出对矿渣中低品位镍浸出效果比较理想的一种有机酸及其浸出条件. 重金属浸出率和浸出速率的计算方法如下：

浸出率

笔者于2015年8月创建了“Lychee英语语法课堂”公众号并开展了相关教学实践。公众号的一级标题有：①《张道真实用英语语法》上下册，提供系统的语法练习，同学们可以根据不同章节随时进行有针对性的巩固练习；②“学习园地”，分享与笔者课堂教学相关的英语翻译、英语听力等内容；③“教学活动”，发布与笔者教授课程相关的实践活动。目前公众号拥有粉丝多达1000余人，在教学实践中产生了较好的积极影响。

添加耐高温α-淀粉酶脱胚玉米挤出物经过液化糖化后制得糖化液，此糖化液经过滤得到的滤饼中含有少量的RS3淀粉。此部分淀粉未被水解的影响糖浆的收率，因而需要控制挤压——糖化系统参数，使滤饼中的R3淀粉含量降低到最低程度，产生最大的经济效益。

从图4的曲线可以看出，以草酸为浸出液时固液比对镍浸出率有较大影响，固液比越小，镍的浸出率越高，浸出速率越大(图5). 在最初的半天内，不同固液比(1∶50，2∶50，5∶50)条件下，镍的浸出率差别不大；但是随着时间的增加，浸出率差别越来越大；这说明浸出时间是影响镍浸出的一个重要因素，理论上浸出时间越长，其物料中元素的浸出率越高，但当反应达到平衡后，就不再溶出，浸出速率趋近于零(图5).

MNi∶Ni 的相对原子质量，58.69；

1 000：换算系数.

浸出速率

浸出率t2∶t2时刻重金属的浸出率；

t：浸出时间；

浸出率t1∶t1时刻重金属的浸出率.

2 结果与讨论

2.1 还原剂对镍浸出率的影响

有研究证实[22]在加入抗坏血酸作还原剂的情况下，会有利于重金属的浸出. 本实验在反应固液比1∶50，反应温度50 ℃，搅拌速度170 r·min-1条件下，以柠檬酸为浸出液比较不加还原剂(抗坏血酸)和加入还原剂(抗坏血酸)时镍的浸出率，研究浸出体系还原剂加入对镍浸出率的影响，实验结果如图1所示.

  

图1 还原剂对镍浸出率的影响Fig.1 Effect of reductant on nickel leaching rate

从图1可以看出，反应时间在0.5～3 d之间时，镍浸出率随时间的增加而迅速增加；但镍浸出率在有还原剂存在时变化却不明显. 这结果与前人结果[22]一致，还原剂加入对锰、铁、钴的浸出率增加比较明显，但对镍的浸出率影响不明显. 因为本实验只考虑回收矿渣中的镍，所以本浸出实验浸出液决定不加入还原剂.

2.2 温度对镍浸出率的影响

温度是影响浸出的重要因素，并且化学反应速度常数与温度呈指数关系，提高温度对提高浸出速度、缩短浸出时间是十分有利的. 本实验在反应固液比1∶50、浸出液成分同是1.0 mol·L-1柠檬酸以及170 r·min-1的搅拌速度的条件下，研究浸出体系反应温度对镍浸出率的影响，结果如图2所示.

  

图2 温度对镍浸出率的影响Fig.2 Effect of temperature on nickel leaching rate

从图2可以看出，镍浸出率随温度的升高而迅速增加，但各温度的曲线斜率情况是有差异的：常温的曲线上升速度非常平缓，浸出1 d后，50 ℃和75 ℃的浸出速率相差不大. 结合文献[23]分析认为，浸出反应为放热反应，但反应体系必须有足够的温度来保证初始反应的活化能. 李忠国等[23]报道了当反应温度大于86 ℃时，镍浸出率随温度的变化不明显. 升高浸出温度需要大量的热能，因此决定首先在75 ℃的条件下浸出一段时间，然后将温度降低至50 ℃浸出以降低能耗.

2.3 不同有机酸对镍浸出率的影响

仪器有火焰原子吸收分光光度计(AA4520型,南京科捷分析仪器应用研究所)，电感耦合等离子体发射光谱仪(Plasma1000型，北京纳克分析仪器有限公司)， pH计，空气浴振荡器(HZQ-C型，哈尔滨市东明医疗仪器厂)、水浴振荡器(HZS-HA型，哈尔滨市东联电子技术开发有限公司).

  

图3 有机酸种类对镍浸出率的影响Fig.3 Effect of different organic acids on nickel leaching rate

比较浸出体系始终pH的变化(表2)，可以看到，柠檬酸和苹果酸的酸性虽然都大于乳酸，但是乳酸对镍的浸出率，与柠檬酸相近，比苹果酸大. 这明显说明，有机酸对镍的溶出，除了酸性作用外，还存在络合作用；而且，乳酸的络合作用比柠檬酸和苹果酸强，这可能是由于络合时，柠檬酸和苹果酸的空间位阻效应比较大造成的.

=浸出液中金属离子的浓度/1 000×100 mL/(1 g×wNiO/MNiO×MNi×1 000) ×100%

 

表2 各酸浸出体系始、终pH的变化Table 2 Change of pH of acids leaching systems

  

浸出体系所用有机酸初始pH3d后pH1.0mol·L-1酮戊二酸1.102.391.0mol·L-1乙酸2.553.171.0mol·L-1苹果酸1.722.671.0mol·L-1草酸0.751.221.0mol·L-1柠檬酸1.432.461.0mol·L-1乳酸1.783.081.0mol·L-1葡萄糖酸内酯1.973.09

2.4 固液比对镍浸出率的影响

在75 ℃、1.0 mol·L-1草酸以及170 r·min-1的搅拌速度下，研究了浸出体系反应不同固液比对镍浸出率、镍浸出速率、镍浸出量的影响，结果如图4-6 所示.

对于城市绿色经济发展的评价有很多方法，其中熵权法受主观因素的影响较小，计算结果更为精确，所以本文采用熵权法进行计算。熵权法是通过数据信息载量的大小作出权重判断的客观赋权法，在具体使用时，通过测度指标的离散程度确定各指标的客观权重值，从而减少人的主观性对其的影响。当用熵权来测度信息量的大小时，信息量越小，则熵权越大;反之，信息量越大，则熵权越小。熵权法计算步骤为［13］63-64:

  

图4 固液比对镍浸出率的影响Fig.4 Effect of solid-to-liquid ratios on nickel leaching rate

MNiO∶NiO 的相对分子质量，74.71；

  

图5 固液比对镍的浸出速率的影响Fig.5 Effect of solid-to-liquid ratios on nickel leaching speed

  

图6 固液比对镍的浸出量的影响Fig.6 Effect of solid-to-liquid ratios on nickel concentration

观察不同固液比浸出液中的镍离子浓度与时间的关系(图6)和浸出液浸出前后溶液pH的变化(表3)以及草酸对铝、铁的浸出率(图7)，可以看出草酸在浸出镍的同时浸出了大量其他金属，而且这些金属比镍更容易被浸出，也就是草酸优先浸出铁、铝(图7)；从而消耗了大量酸，导致酸性减弱(表3)；从固液比为10∶50的浸出体系中，可以得知由于其他金属被大量浸出的酸消耗导致的酸性减弱，很大程度上影响了草酸对镍的浸出(图6).

 

表3 不同固液比的草酸浸出体系始终pH的变化Table 3 Change of pH of oxalic acid on different solid-to-liquid ratios leaching systems

  

固液比初始pH3d后pH1∶502∶505∶5010∶500.560.560.580.560.601.021.453.33

  

图7 各金属浸出率随时间的变化Fig.7 Change of metals leaching rate with time

2.5 草酸浓度对镍浸出率的影响

在固液比1∶50、温度为75 ℃、搅拌速度170 r·min-1以及反应时间相同的情况下，研究了不同浓度的草酸对镍的浸出情况，实验结果如图8所示. 从图8中可以看出，草酸的浓度越大，镍的浸出率越大；但是镍浸出率与草酸的浓度不成正比关系，在相同浸出时间时，1.0 mol·L-1的草酸对镍的浸出率并不是0.5 mol·L-1的草酸对镍的浸出率的2倍.

  

图8 草酸浓度对镍浸出率的影响Fig.8 Effect of concentration of oxalic acid on nickel leaching rate

3 结论

1) 加入还原剂对矿渣中Ni的浸出影响不大，所以无需加入还原剂.

2) 镍浸出率随温度的升高而增大，有机酸的浓度越高，固液比越小，镍浸出率越大，但镍浸出速率随时间的增加逐渐变小，之后趋于平衡.

3) 草酸对镍的浸出效果最佳.

邹先生只知其二，而不知其三。无论是温州本地的史料记载也好，或是《剑南诗稿校注》本也好，陆游在写《戏题江心寺僧房壁》诗之后，不仅仅写了《泛瑞安江风涛贴然》，紧接着还在平阳写了《平阳驿舍梅花》诗。《剑南诗稿校注》则明确注解，这三首诗都是陆游在绍兴二十八年(1158)冬奔赴宁德主簿任路上，经永嘉、瑞安、平阳时所作。《平阳驿舍梅花》诗为：

4) 采用有机酸草酸浸出工艺，在170 r·min-1、75 ℃、固液比1∶50，浸出时间3 d，1.0 mol·L-1的草酸对镍的浸出率可达到70%以上.

设计意图： 通过构建模型实现抽象概念的具体化、直观化和形象化，加深学生对细胞分裂过程中染色体行为变化的理解。让学生通过分组合作进行染色体模型构建，调动学生的学习积极性，培养学生的动手实践能力和合作学习能力。

5)草酸优先浸出矿渣中的铁、铝.

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