綠色與冶金同行 積累與創(chuàng)新并進(jìn)——記中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所研究員鄭詩(shī)禮

本刊記者 周珈慧

起步：鉻鹽清潔生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用

鉻為國(guó)家重要戰(zhàn)略金屬資源，鉻鹽是重要基礎(chǔ)化學(xué)品，與國(guó)民經(jīng)濟(jì)15%的商品品種有關(guān)。我國(guó)是鉻鹽生產(chǎn)大國(guó)，年產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的三分之一，但我國(guó)現(xiàn)行鉻鹽生產(chǎn)技術(shù)落后，鉻渣污染已成為社會(huì)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)，亟待研發(fā)源頭減污的清潔生產(chǎn)技術(shù)。

針對(duì)這一國(guó)家重大需求，在張懿院士指導(dǎo)下，鄭詩(shī)禮研究員從博士期間開始從事亞熔鹽鉻鹽清潔生產(chǎn)技術(shù)的研究。他的博士學(xué)位論文就是鉻鹽清潔工藝液相氧化過(guò)程的基礎(chǔ)研究與優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上團(tuán)隊(duì)合作形成了鉀系亞熔鹽法鉻鹽清潔工藝與集成技術(shù)。該技術(shù)與傳統(tǒng)有鈣焙燒工藝相比，反應(yīng)溫度由1200℃降低到320℃，主金屬鉻轉(zhuǎn)化率大于99%，較傳統(tǒng)工藝提高20%以上，在國(guó)內(nèi)外首次實(shí)現(xiàn)了高毒性鉻渣零排放。通過(guò)與中國(guó)化工集團(tuán)合作，在河南成功建成了萬(wàn)噸級(jí)鉻鹽示范工程，并實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期穩(wěn)定連續(xù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，被評(píng)價(jià)為突破國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)的“行業(yè)革命”。國(guó)家高度重視該清潔生產(chǎn)技術(shù)，國(guó)家發(fā)改委將其列為循環(huán)經(jīng)濟(jì)推薦技術(shù)，工業(yè)與信息化部將其列為“十二五”《鉻鹽行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)推廣方案》中的推廣技術(shù)，對(duì)采用該技術(shù)的工業(yè)建設(shè)項(xiàng)目給予中央財(cái)政資金補(bǔ)貼，目前正在進(jìn)行3萬(wàn)噸大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化放大工程建設(shè)。鄭詩(shī)禮研究員因在該技術(shù)建立及產(chǎn)業(yè)化實(shí)施中的突出貢獻(xiàn)，獲2005年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。在技術(shù)研發(fā)及示范工程建設(shè)運(yùn)行過(guò)程中，他的技術(shù)成果工程轉(zhuǎn)化能力得到了極大鍛煉和提高，為亞熔鹽技術(shù)的拓展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

溯源：亞熔鹽基礎(chǔ)研究支撐技術(shù)拓展

鉻鐵礦傳統(tǒng)1200℃高溫分解過(guò)程需添加礦量2倍的惰性填料，鉻轉(zhuǎn)化率僅為76%，大量未利用的鉻資源進(jìn)入鉻渣，造成嚴(yán)重的鉻渣污染。而亞熔鹽介質(zhì)可以在低溫下實(shí)現(xiàn)鉻鐵礦的高效分解，分解溫度僅需320℃，且不用添加輔料，鉻轉(zhuǎn)化率達(dá)99%以上。為什么亞熔鹽介質(zhì)具有如此強(qiáng)大的分解效果？亞熔鹽介質(zhì)能不能拓展至其它金屬礦物的處理？這都需要大量的應(yīng)用基礎(chǔ)研究作支撐。

由于亞熔鹽非常規(guī)介質(zhì)是高離子活度、高反應(yīng)活性的強(qiáng)氧化性介質(zhì)，難以采用傳統(tǒng)、單一方法進(jìn)行系統(tǒng)研究。鄭詩(shī)禮研究員及其團(tuán)隊(duì)集成電化學(xué)、物理化學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)、光譜學(xué)等多學(xué)科交叉方法，建立了原創(chuàng)性的亞熔鹽新化學(xué)體系基礎(chǔ)研究平臺(tái)，發(fā)現(xiàn)了亞熔鹽非常規(guī)介質(zhì)產(chǎn)生的大量活性氧負(fù)離子在兩性金屬礦物資源分解中的關(guān)鍵作用，深化認(rèn)識(shí)了亞熔鹽介質(zhì)強(qiáng)化礦物分解的作用機(jī)理，支撐了亞熔鹽高效轉(zhuǎn)化兩性金屬礦物資源的全新化學(xué)體系的建立。研究成果不僅多次發(fā)表在Hydrometallurgy、AICh E Journal等化工冶金行業(yè)頂級(jí)期刊，還發(fā)表在Journal of Phy sical Chemistry B、Electrochimica Acta等權(quán)威物理化學(xué)期刊上，基礎(chǔ)研究成果引起極大關(guān)注。

發(fā)展：亞熔鹽技術(shù)拓展為共性平臺(tái)技術(shù)

兩性金屬資源具有化學(xué)共性，像鉻鹽行業(yè)一樣，其資源提取加工過(guò)程也一樣存在著資源環(huán)境約束瓶頸。在鉻鹽亞熔鹽清潔生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)上，鄭詩(shī)禮及其團(tuán)隊(duì)將亞熔鹽核心技術(shù)拓展至具有化學(xué)共性的兩性金屬資源，建立了釩、鋁、鉭鈮等多套亞熔鹽清潔冶金新技術(shù)，取得一系列創(chuàng)新性成果，受到了國(guó)內(nèi)外同行的關(guān)注。研究建立了釩鉻共生難處理資源亞熔鹽法釩鉻高效共提新技術(shù)，在反應(yīng)溫度較傳統(tǒng)工藝降低400℃～600℃條件下，釩回收率提高15%以上，鉻回收率由不能回收提高至80%以上，解決了已有技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)鉻回收的難題，為我國(guó)36億噸高鉻型釩鈦磁鐵礦開發(fā)利用提供了重要的技術(shù)支撐，目前正在進(jìn)行千噸級(jí)示范工程調(diào)試運(yùn)行；將亞熔鹽技術(shù)應(yīng)用對(duì)象拓展至粉煤灰等含鋁大宗工業(yè)固廢，研究建立了亞熔鹽法粉煤灰綜合利用新技術(shù)，粉煤灰中氧化鋁回收率大于90%，不僅可消除粉煤灰大量堆存造成的環(huán)境危害，而且對(duì)緩解我國(guó)鋁土礦資源緊缺矛盾具有重要意義，現(xiàn)正進(jìn)行千噸級(jí)示范工程建設(shè)；研究建立了亞熔鹽法鉭鈮清潔冶金新技術(shù)，將難處理鉭鈮礦的分解率由現(xiàn)行工藝的不足85%提高至95%，并可實(shí)現(xiàn)氟污染源頭削減，經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益明顯，該技術(shù)成果在“863”結(jié)題驗(yàn)收為優(yōu)（僅10%比例），并獲“863”滾動(dòng)支持。上述成果產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用后，將顯著提升我國(guó)兩性金屬行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)水平。

希望：打造卓越團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

要站到巨人的肩膀上并非易事，而要從塔尖上看到更廣袤、壯美的風(fēng)景，亦遠(yuǎn)非常人可以想象的。鄭詩(shī)禮的科研之路就是一條積累與創(chuàng)新并進(jìn)的收獲之路。

作為課題組長(zhǎng)，他組建了40余人的年輕科研團(tuán)隊(duì)。鄭詩(shī)禮研究員常將自己多年從事科研的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)與學(xué)生共勉：少一事不如多一事，做得越多學(xué)得越多，可干可不干時(shí)一定要干！作為這個(gè)團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人，他特別注重整個(gè)團(tuán)隊(duì)的精心合作，因?yàn)樗钪獔F(tuán)隊(duì)是能做成大事的關(guān)鍵。他自己兢兢業(yè)業(yè)，追求創(chuàng)新，與學(xué)生們一起勤勉。鄭詩(shī)禮研究員目前已指導(dǎo)畢業(yè)碩士生15名，協(xié)助指導(dǎo)畢業(yè)博士生8名，與美國(guó)猶他大學(xué)Jan D Miller院士聯(lián)合指導(dǎo)博士生2名，所指導(dǎo)學(xué)生多次獲國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金、院長(zhǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)學(xué)金、寶鋼獎(jiǎng)學(xué)金、優(yōu)秀畢業(yè)生等榮譽(yù)。很多已畢業(yè)學(xué)生現(xiàn)在已成為所在單位的核心骨干。團(tuán)隊(duì)中1人獲“中科院引進(jìn)杰出技術(shù)人才”稱號(hào)。

“清潔生產(chǎn)區(qū)別于末端治理，是從源頭，即生產(chǎn)工藝上減少污染物的一種綠色化生產(chǎn)技術(shù)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，富礦資源的日益枯竭，復(fù)雜的共伴生多金屬資源將成為我國(guó)資源開發(fā)的主體。而相對(duì)于其他冶金方法，濕法冶金更適于處理這種資源，未來(lái)應(yīng)用前景非常廣闊?！编嵲?shī)禮研究員如此定義和規(guī)劃自己的研究方向。他希望將來(lái)在堅(jiān)實(shí)理論研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行釩鈦磁鐵礦、鉻鐵礦、高鋁粉煤灰等兩性金屬資源綜合利用的應(yīng)用推廣研究，致力于將現(xiàn)有技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?。