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科技日报头版:我国稀土采选分离技术继续保持全球领先
发布时间:2019-06-03 浏览次数:1208


在神话中,息壤是可以自己生长不息的土壤。如今,一种类似“息壤”功能的新型萃取沉淀剂面世了,其“神奇”之处在于,可与稀土形成固体萃合物,并可以反复萃取和循环使用,大大提高了稀土分离富集效率,有效避免传统技术中大量“三废”污染。

作为不可再生的稀缺性战略资源,稀土被誉为“超级工业味精”,当前低成本稀土清洁生产技术成为世界性难题,是各国竞争拼抢的行业制高点。这项由中科院海西研究院厦门稀土材料研究所孙晓琦团队发明的科技成果,相关工作日前在国际期刊《湿法冶金》上发表,使我国在稀土采选分离技术上继续保持全球领先地位。

繁荣之中的“三废”隐忧

小到手机、照相机,大到精确制导导弹、火箭卫星,现实中处处都有稀土的影子。稀土分轻稀土和重稀土两类。特别是,分布我国南方的离子型矿,占据了全球70%以上的重稀土资源,其资源稀缺,可替代性小,可广泛应用于航天、军事、国防及新材料合成等高精尖领域。

然而,早前的中国,虽是稀土大国,却是相关研发的“弱国”。上世纪60年代,稀土分离提纯核心技术一直掌握在世界少数国家手中。拥有巨大稀土资源的中国,当时却不得不从国外高价购进深加工的稀土产品。


经过徐光宪院士等老一辈科学家几十年的艰苦努力,我国稀土分离化学与工程研究取得长足进步,在稀土采掘、冶炼、分离提纯方面占据领先地位,建立了完整的稀土资源利用产业链,成为全球储量最大、产量最大和出口量最大的国家。但传统的稀土分离提纯技术也带来资源利用率有待提高、环境治理成本较高等问题。

据测算,我国传统离子型稀土矿冶金技术平均资源利用率不到25%,每分离1吨离子吸附型稀土矿消耗8—10吨盐酸、6—8吨液碱或1—1.2吨液氨等。国家杰出青年基金获得者、教育部长江学者特聘教授李梅为此曾痛心地说:“几十年来,我们为全世界提供了90%以上的稀土原料,别的国家用上了新材料,我们自己却制造出了严重的环境污染。”


该团队通过与赣州稀土集团、厦门钨业股份有限公司、北方稀土集团等合作开展的工业试验表明,与传统分离技术相比,这一新型分离技术的特征是萃取过程不使用有机溶剂,萃取—沉淀剂能够反萃及循环使用,具有无工业废水产生、低成本等优势;且安全性好,萃取—沉淀速率快,所得到的稀土沉淀富集物尺寸可增大几十倍以上,大大提高了稀土分离提纯效率,具备良好的工业应用前景。

可按萃取剂“基因图谱”

定制最优分离工艺

我国福建、江西、广东、广西、湖南等南方省份都有离子型稀土矿分布,但成份差异较大。以福建、江西的离子型矿为代表,其矿中稀土配分就不相同,因此,所研发的工艺参数也会有较大差异。这一问题如何破解呢?

为此,中科院海西院厦门稀土所与国家重大科学工程上海光源合作,采用同步辐射技术对设计制备的新型萃取剂与稀土的作用机理、构效关系、物种分布开展研究,力争从分子水平认识萃取剂的各种因素对稀土分离流程的影响,形成面向不同种类离子型矿稀土的萃取—沉淀剂“基因图谱”。


在此基础上,孙晓琦团队与相关企业合作,研究不同种类离子型矿分离工艺。对于有工业应用前景的萃取剂和分离材料,根据分离工艺需要,协调成本和性能的关系,进一步筛选和优化结构。同时,系统评估不同矿种、不同萃取体系、不同分离装备对流程的影响,优化工艺参数,确定最优工艺路线。

目前,孙晓琦团队已构建起新型的清洁高效稀土分离技术体系,包括新型萃取剂和分离材料、稀土矿浸出液富集技术、重稀土分离工艺、离子液皂化技术、放射性废渣综合处理技术等。其创新性工作相继在《美国化学工程师学会会志》《美国化学会可持续化学与工程》《绿色化学》等国际期刊发表,并入选英国化学工程师学会全球奖、中国化工学会侯德榜化工科学技术奖、中国稀土学会杰出工程师奖。

“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”,目前该所已组建稀土高效清洁分离团队、稀土回收技术研发团队等8个产业化研发团队,加快所研发技术在行业内的推广,推动我国离子型稀土分离工业的发展。

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