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湿法冶金是当前贵重金属大规模生产与资源化回收的首选技术路线，但实际工业中普遍采用的金属基阳极在高酸浓度、电流密度大以及杂质离子丰富的电解环境下，容易发生严重的腐蚀溶解与电化学失活，既增加了能耗，又带来了危险废物排放和重金属迁移等环境风险。近年来的研究表明，阳极活性高度依赖其溶解行为，且由活性氧物种（ROS）诱导的离子迁移是金属基阳极失效的重要根源之一，ROS的生成、转化及其在界面上的作用不仅决定了阳极催化性能，也深刻影响污染物的转运过程。本文在此基础上系统梳理了金属基阳极性能提升的两条主要路径：其一是围绕电极本体开展的结构设计，包括合金化、表面催化涂层、晶相调控与异质结构工程；其二是从电解液侧入手，通过调控阴、阳离子组成与浓度优化溶液环境，以协调活性、稳定性与副反应之间的关系。同时，文章还从全生命周期视角总结了失活阳极的处置与利用途径，将其归纳为回收、再利用与再生三大类，并从经济成本与环境影响两方面系统评估了再生策略的优势与局限。最后，本文针对酸性电解质体系下金属基阳极仍面临的关键科学问题与工程挑战提出了若干前瞻性研究方向，为构筑更高效、更清洁、更可持续的湿法冶金体系提供了思路与指引。

背景介绍

随着电动汽车和电化学储能等新兴技术的快速发展，关键金属的需求量急剧攀升，使资源可持续性面临巨大压力。湿法冶金因具有高回收率、可规模化和工艺温和等优势，已成为金属提取与再生的核心技术，其中超过85%的全球锌产量依赖湿法冶金完成。然而，在强酸电解液和高电流密度条件下商业金属基阳极的氧析出反应动力学缓慢，且表面催化位点易被氧化，导致阳极发生腐蚀、溶解和快速失活，进而引起重金属迁移、电流效率下降和能耗升高。例如，铅基阳极每年约有11万吨Pb迁移进入体系，并伴随大量阳极泥产生，成为湿法冶金中最主要的污染来源之一。

为应对上述问题，研究逐步从提升阳极导电性转向调控反应选择性，通过结构设计、表面涂层、晶相调控和异质结构工程等方式提升阳极活性与稳定性。然而，活性氧物种（ROS）诱导的溶解与副反应仍未被充分理解，使得阳极失活机理长期缺乏系统性认识。此外，溶液环境在ROS生成、阳极腐蚀和阳极泥形成中的关键作用日益凸显，合理调控电解液组成已成为实现源头减污与延长阳极寿命的重要策略。与此同时，失活阳极及阳极泥的处理方式包括回收、再利用和再生，其中再生因具备低成本和环境友好性而展现出较大潜力，但相关研究仍明显不足。

在此背景下，本文系统总结了湿法冶金金属基阳极的失活机理、性能优化策略、溶液环境调控方法及失活阳极的回收与再生途径，为构建更加高效、稳定和绿色的湿法冶金体系提供理论基础和研究方向。

研究出发点

1）商业金属基阳极在浓酸、高电流及杂质离子共存的工业条件下表现出显著的腐蚀、溶解与失活行为，其诱因涉及电极表面动态重构与界面反应复杂化，但相关机理仍缺乏系统性的理论整合与机制性认知。

2）近年来提出的“溶解依赖型活性”与ROS诱导的离子迁移机制揭示了阳极失效的深层原因，但结构设计、晶相/缺陷调控及溶液环境对ROS生成与转化的协同效应尚未形成统一框架，需要开展更系统的总结与归纳。

3）失活阳极的回收、再利用与再生构成湿法冶金生命周期管理的重要环节，其中再生策略兼具材料可持续性与环境友好性，但现阶段相关机理研究与工程化实践仍相对匮乏，亟需系统评估其可行性、成本效益与发展路径。

图文解析

文中基于“问题—机理—策略—闭环”进行串联，以锌湿法冶金为代表，指出金属基阳极在强酸电解液与高电流密度条件下易发生腐蚀溶解与失活，并引发铅迁移与危险阳极泥等环境负担，同时推高析氧过电位与能耗。机理层面强调“溶解依赖型活性”和活性氧物种（ROS）诱导的离子迁移及杂质电氧化副反应是失活的重要根源。在此基础上，把性能提升路径归纳为两大模块：电极端设计（合金化、表面涂层、晶相调控、异质结构）与溶质环境调控（阴/阳离子）并解释其作用机制，最终延伸到失活阳极与阳极泥的回收、再利用与再生，特别强调再生可通过晶体重构、缺陷修复与配位环境调节恢复电解性能的潜力及其环境与经济之间的权衡。

图1. 本综述内容框架示意图

以锌湿法冶金为例，工艺流程由矿石浸出、电解液净化与电积构成，其中电解槽内铝阴极以金属离子还原沉积为主并伴随析氢反应，铅基阳极发生析氧反应。理论上除氧气与氢气外金属应为唯一产物，但实际运行中电流效率往往显著低于100%，并成为重金属污染的重要来源。基于体系的物质质量衡算与物质流分析可见，在浓酸电解液与高工作电流密度条件下，铅基阳极易发生腐蚀、溶解与失活，诱发铅迁移与危险废物排放。与此同时，危险阳极泥的形成表明，杂质离子的电氧化等寄生反应会加剧固相产物生成与累积，扰动电解液并削弱过程稳定性。机理上，浓酸介质中OH^-浓度低且其向活性位点的传输受限，使析氧反应动力学更慢并贡献主要过电位；铅基阳极的钝化行为及相关相演化又会阻碍电子传递并降低电氧化活性，最终表现为槽压升高、能耗增加与环境负担加重。

图2 锌湿法冶金电解中铅基阳极导致的阳极泥生成与高能耗问题

围绕铅基阳极的“析氧活性—腐蚀溶解”耦合关系展开：一方面，通过对比不同铅基阳极的析氧表现，直观体现商业铅基阳极在酸性体系中析氧动力学偏慢、过电位贡献显著的共性特征；另一方面，以机理示意描绘了硫酸盐电解液中铅位点的腐蚀与溶解路径，强调表面吸附的硫酸根在高电位下可参与生成硫酸根相关活性物种（如SO₄^-*），进而促进铅位点向可溶铅盐/铅离子转化并触发溶出过程。与此同时，表面OH*等氧化中间体虽可推动铅进一步钝化生成PbO₂，从材料耐蚀角度表现为“自钝化”，但该钝化层会阻滞电子传递并削弱有效析氧反应，导致表观活性与铅溶解/腐蚀贡献的电流分量相互牵连，形成“活性依赖溶解—溶解诱发钝化—钝化抑制析氧”的失活过程。

图3 不同铅基阳极析氧活性差异及铅腐蚀溶解机理

围绕湿法冶金强酸电解体系中活性氧物种的识别与归因，系统归纳了多种原位/准原位分析手段及其适用边界。图中首先展示自旋捕获-电子顺磁共振谱用于捕获短寿命自由基信号的基本思路，并强调在金属氧化物电极与复杂电解质条件下，自旋捕获体系可能因副反应而产生假阳性或信号混叠，导致对目标活性物种的误判。为提高证据的独立性与可重复性，图中进一步给出化学探针法与界面敏感光谱方法（如液体表面增强拉曼散射），分别通过选择性反应产物的检测或对界面物种的光谱指纹解析来辅助鉴别活性物种的类型与反应路径。最后，引入以醇电氧化作为“探针反应”的在线监测框架，利用醇与强氧化性物种/表面氧中间体快速反应的特性，将活性物种的生成与演化转化为可实时追踪的电化学响应。总体而言，强调在强酸高离子强度体系中，活性氧物种的可靠判定应依赖多手段交叉验证与一致性证据链构建，以避免将探针体系自身反应或副反应产物误判为真实反应通道。

图4活性氧（ROS）原位识别与表征方法

从阳极设计出发，将铅基阳极改性置于环境与生命周期评价框架下进行讨论。通过预涂层构筑流程的示意，图中表明在铅基底表面引入功能层可用于重塑电极/电解液界面并降低基体直接暴露于强酸介质的概率；同时，结合锌湿法冶金过程的物质流分析，图中将关键物质去向与潜在废物流负担进行量化关联，为评估改性策略在污染减排与资源损失控制方面的实际效益提供依据。此外，复合涂层制备流程的展示进一步提示，涂层材料与制备过程本身可能引入额外的资源投入与环境负担。因此，铅基阳极的改性方案应在性能提升的同时，综合权衡可制造性、成本及全生命周期环境代价，以实现“低溶解—高稳定”目标的工程化可行路径。

图5. 催化剂预涂层策略：构建可定制的OER活性界面

从溶质环境调控的角度，系统呈现了电解液组成对铅基/锰氧化物相关阳极体系“界面反应—结构演化—污染迁移—能耗表现”的联动影响。首先，以MnO₂沉积—溶解化学为框架，强调可通过可逆沉积/溶解实现界面活性层的动态更新，从源头调节阳极泥生成与迁移行为。其次，通过不同电解质条件下阴极锌产品杂质含量的对比，定量指示溶质环境会显著改变杂质跨界面传输与最终产品纯度，体现电解液设计对过程洁净化的决定作用。最后，以F^-诱导的γ→α相变为例，揭示特定阴离子杂质可触发催化相结构失稳并扰动 PbSO₄/β-PbO₂等相的演化，导致绝缘相累积与界面传输受阻，从而引起析氧活性衰退与能耗上升。该图表明溶质环境控制既是抑制阳极泥与污染的有效手段，也可能因杂质离子引发相变与传输劣化而放大失活风险。

图6. MnO₂沉积-溶解化学与F^-诱导γ-MnO₂相变及不同电解液下阴极锌杂质对比

总结与展望

本综述围绕酸性湿法冶金金属基阳极的能耗与重金属污染，指出阳极腐蚀溶解、寄生反应与析氧过电位是主要来源，并强调活性氧物种的生成演化及其诱导的离子迁移是阳极失活与污染迁移的重要驱动；杂质离子在高硫酸浓度条件下可促进危险阳极泥形成，进一步增加环境风险与运行负担。未来研究应：发展互补原位/在线表征以精准追踪界面反应与活性物种通道，并在避免二次污染前提下调控活性氧物种；推进兼顾活性与稳定性的先进阳极设计，结合机器学习优化合金与结构并评估元素浸出风险；深化溶质环境对副反应与能耗的机理认识，利用杂质离子耦合反应实现阳极泥原位去除；将阳极再生纳入末端处置，突破多组分材料再生参数差异与工艺便捷性等工程化约束，以支撑绿色湿法冶金的全生命周期优化。