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突破稀土分离关键技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-12-11 来源:中国科学报 浏览次数:115
“离子型稀土矿是我国重要的战略资源,我们开展的稀土清洁生产与高质利用技术研发具有重要的资源、环境和能源意义,这是我们分离出来的各种稀土原料,有些价值很高。”11月24日,中科院海西研究院厦门稀土材料研究所研究员孙晓琦自豪地向《中国科学报》记者介绍他们团队的成果。

当天,工程师王艳良还在现场展示了该团队正在研发的离心萃取稀土分离工艺。

战略性布局促进科技与经济融合

中科院海西研究院党委书记黄艺东表示,“厦门稀土材料研究所的成果表明建立开放的‘海西创新群体——区域研发中心——战略新兴产业’科技创新体系取得了初步成功。”

事实上,在中科院福建物构所的基础上,由中科院、福建省和福州市共建的中科院海西研究院是中科院科技体制改革、科技与经济结合的重要改革举措,并针对福建省特有的稀土资源,布局厦门稀土材料研究所。

据悉,该所目前已组建稀土回收技术研发团队、稀土高效清洁分离团队、生物检测技术研发团队等8个产业化研发团队。

11月下旬,在中科院科学传播局的支持下,中科院上海分院组织开展了媒体记者福建行。无论在福州福建物构所、中科光芯和福晶科技公司,还是在莆田华峰集团,或是在厦门稀土材料研究所和泉州装备制造研究所,让记者感受最深的是,海西研究院在推进科技创新和成果转移转化,促进科技与经济的紧密结合,创建“前沿科学(原创研发)——变革技术——产业示范”三者互动科技创新价值链方面的积极探索和成就。

与记者同行的中科院上海分院副院长瞿荣辉研究员认为,该院“构筑了特色鲜明的成果转化机制,同时在激发创新创业活力,探索科技、资本、产业结合模式等方面创造了很好的经验”。

稀土分离新技术研发亟待加强


稀土是世界公认的发展高技术、国防尖端技术、改造传统产业不可或缺的战略资源,是21世纪新材料的宝库。我国南方的离子型矿中有全球70%以上的重稀土资源,但现阶段利用形势不甚乐观,且分离过程中会造成植被破坏、水土流失和环境污染等问题。

对这种“超级工业味精”的研究,厦门稀土所研究员孙晓琦领导的团队充满着激情和追求。他们面向清洁、高效离子型稀土矿冶金集成工艺研发的需要,在稀土高效清洁分离关键技术研发领域取得重大突破,获得国务院副总理刘延东高度评价。目前该团队开展的工业试验正在顺利进行,并与赣州市政府建立了战略合作关系,与厦门钨业、赣州稀土、虔东稀土等开展实质性合作。

我国是世界稀土生产第一大国,稀土分离化学与工程研究取得长足进步,但稀土分离工业还存在环境污染、资源利用率低等严重问题。随着我国环保标准的提高及国内外对高纯重稀土需求的迅速增长,离子型稀土矿分离工艺存在的问题急需解决。但目前企业很难通过调节流程参数对其存在缺陷加以优化,而清洁高效稀土分离流程研发的关键科学问题就在于开拓新型萃取体系和分离流程。

关键技术研发获得突破

厦门稀土材料研究所副所长张云研究员表示:“面向国家需求、行业共性问题和解决企业技术难题是我们的责任。”他介绍说,孙晓琦团队为此开展了大量应用基础研究,努力开拓高性能稀土分离体系,以解决稀土分离流程从应用基础研究向产业化过渡过程中的关键科学问题。

研究人员采用世界前沿技术,对高效清洁稀土分离工艺研发过程中所涉及的溶液配位化学、萃取剂设计、萃取热力学、萃取动力学、萃取机理、分离材料等基本科学问题开展系统研究,现已取得阶段性重要研究成果。创新性工作在《美国化学工程师学会会志》《美国化学会可持续化学与工程》等期刊连续发表,并入选英国化学工程师学会全球奖。

同时他们还与国有大型稀土集团合作,将所研发技术应用于工业试验。该团队与厦门钨业股份有限公司合作研发的离子液皂化技术,基于离子缔合机理,可从萃取机理上有效避免上述问题。现有工业试验表明,所用低成本萃取剂无磷,完全国产化;直排废水中总氨氮量显著低于稀土工业污染物排放的标准要求。

厦门稀土所还与赣州稀土集团合作,对废渣中稀土和放射性元素的回收开展研究,发现渣中稀土含量为原山含量的130多倍,但回收其中的有价稀土元素及放射性元素存在很大的挑战。针对放射性废渣的特点,研究团队应用新型萃取体系,目前工业试验进展顺利,废渣经过酸溶解和萃取,酸浸液的稀土回收率大于92%,放射性元素钍的回收率大于90%;分离所得镥产品的纯度大于99%。废水中,残余钍的含量达到稀土工业污染物排放标准。

中科院海西研究院团队还与中科院长春应用化学研究所、美国橡树岭国家实验室、美国劳伦斯伯克利国家实验室等国内外知名机构合作开展工程技术研究,提高我国离子型矿的稀土利用率。该项研究有利于显著降低酸碱消耗,可节约直接生产成本25%~30%,具有显著的间接经济效益和社会效益。

“从能源角度看,随着我国核能的迅速发展,稀土矿中伴生的铀、钍已引起广泛关注。”张云表示,孙晓琦团队开展的工作有助于促进我国初级核燃料分离、纯化技术的发展。据悉,为进一步实现稀土的大规模高值化,该团队与赣州稀土集团合作建立的低成本研发的高纯超细稀土粉体工业生产示范线制备技术产品已销售几百公斤,产品销售价格单价比普通稀土高60%,并已在卫星天线等高技术领域得以应用。

“这项重要研究成果的示范推广正在路上。”中科院福建物质结构研究所所长曹荣表示,将遵循从工程技术中发现基础科学问题,再将基础研究所取得的成果应用于工业实践的思路,建立千吨级产业化示范工程,加快所研发技术在行业内的推广,为我国离子型稀土分离工业的发展以及国民经济建设发展作出实实在在的贡献。

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