在神話中,息壤是可以自己生長不息的土壤。如今,一種類似“息壤”功能的新型萃取沉淀劑面世了,其“神奇”之處在于,可與稀土形成固體萃合物,并可以反復萃取和循環(huán)使用,大大提高了稀土分離富集效率,有效避免傳統(tǒng)技術中大量“三廢”污染。
作為不可再生的稀缺性戰(zhàn)略資源,稀土被譽為“超級工業(yè)味精”,當前低成本稀土清潔生產(chǎn)技術成為世界性難題,是各國競爭拼搶的行業(yè)制高點。這項由中科院海西研究院廈門稀土材料研究所孫曉琦團隊發(fā)明的科技成果,相關工作日前在國際期刊《濕法冶金》上發(fā)表,使我國在稀土采選分離技術上繼續(xù)保持全球領先地位。
繁榮之中的“三廢”隱憂
小到手機、照相機,大到精確制導導彈、火箭衛(wèi)星,現(xiàn)實中處處都有稀土的影子。稀土分輕稀土和重稀土兩類。特別是,分布我國南方的離子型礦,占據(jù)了全球70%以上的重稀土資源,其資源稀缺,可替代性小,可廣泛應用于航天、軍事、國防及新材料合成等高精尖領域。
然而,早前的中國,雖是稀土大國,卻是相關研發(fā)的“弱國”。20世紀60年代,稀土分離提純核心技術一直掌握在世界少數(shù)國家手中。擁有巨大稀土資源的中國,當時卻不得不從國外高價購進深加工的稀土產(chǎn)品。
經(jīng)過徐光憲院士等老一輩科學家?guī)资甑钠D苦努力,我國稀土分離化學與工程研究取得長足進步,在稀土采掘、冶煉、分離提純方面占據(jù)領先地位,建立了完整的稀土資源利用產(chǎn)業(yè)鏈,成為全球儲量最大、產(chǎn)量最大和出口量最大的國家。但傳統(tǒng)的稀土分離提純技術也帶來資源利用率有待提高、環(huán)境治理成本較高等問題。
改變“亦步亦趨”的困境,從源頭上開辟自主創(chuàng)新之路!孫曉琦團隊著眼國家目標、立足基礎研究,開拓新型萃取體系,推動清潔高性能稀土分離技術的研發(fā),提升資源綜合利用水平,努力實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
找到“息壤”,率先開發(fā)新型“分離術”
在稀土濕法冶金工業(yè)中,以萃取劑為基礎分離流程的主要作用是使金屬得到提純與富集,因此萃取劑是影響萃取工藝成敗的最關鍵因素。
在我國稀土工業(yè)生產(chǎn)領域,溶劑萃取法和化學沉淀法是應用最廣泛的兩種分離技術,但在現(xiàn)階段仍然存在諸多不足,如溶劑萃取法需要大量使用揮發(fā)性有機溶劑,存在安全和環(huán)境問題;碳酸氫氨和草酸工業(yè)沉淀劑難以循環(huán)使用,所產(chǎn)生廢水對環(huán)境造成不良影響。
為此,孫曉琦團隊開展了大量應用基礎研究,應用世界前沿技術,對高效清潔稀土分離工藝研發(fā)過程中所涉及的溶液配位化學、萃取劑設計、萃取機理、分離材料等基本科學問題開展系統(tǒng)研究,解決稀土分離流程從應用基礎研究向產(chǎn)業(yè)化過渡過程中的關鍵科學問題。
在此基礎上,孫曉琦團隊設計制備了新型苯氧羧酸類萃取劑,該型萃取劑可以定量萃取低濃度稀土,與稀土形成固體萃合物,并可以反復萃取和循環(huán)使用?;谠擃愝腿?,結合溶劑萃取法和化學沉淀法的優(yōu)勢,開發(fā)出了全新的萃取—沉淀法工藝。
可按萃取劑“基因圖譜”定制最優(yōu)分離工藝
我國福建、江西、廣東、廣西、湖南等南方省份都有離子型稀土礦分布,但成份差異較大。以福建、江西的離子型礦為代表,其礦中稀土配分就不相同,因此,所研發(fā)的工藝參數(shù)也會有較大差異。這一問題如何破解呢?
為此,中科院海西院廈門稀土所與國家重大科學工程上海光源合作,采用同步輻射技術對設計制備的新型萃取劑與稀土的作用機理、構效關系、物種分布開展研究,力爭從分子水平認識萃取劑的各種因素對稀土分離流程的影響,形成面向不同種類離子型礦稀土的萃取—沉淀劑“基因圖譜”。
在此基礎上,孫曉琦團隊與相關企業(yè)合作,研究不同種類離子型礦分離工藝。對于有工業(yè)應用前景的萃取劑和分離材料,根據(jù)分離工藝需要,協(xié)調成本和性能的關系,進一步篩選和優(yōu)化結構。同時,系統(tǒng)評估不同礦種、不同萃取體系、不同分離裝備對流程的影響,優(yōu)化工藝參數(shù),確定最優(yōu)工藝路線。
目前,孫曉琦團隊已構建起新型的清潔高效稀土分離技術體系,包括新型萃取劑和分離材料、稀土礦浸出液富集技術、重稀土分離工藝、離子液皂化技術、放射性廢渣綜合處理技術等。其創(chuàng)新性工作相繼在《美國化學工程師學會會志》《美國化學會可持續(xù)化學與工程》《綠色化學》等國際期刊發(fā)表,并入選英國化學工程師學會全球獎、中國化工學會侯德榜化工科學技術獎、中國稀土學會杰出工程師獎。
(來源:http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2019-06/03/content_422645.htm?div=-1)