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本文摘要:在神话中,息壤是可以自己生长不绝的土壤。如今,一种类似于息壤功能的新型提取沉淀剂面世了,其神秘之处在于,可与稀土构成液体萃合物,并可以重复提取和循环用于,大大提高稀土分离出来富含效率,有效地防止传统技术中大量三废污染。作为不能再造的稀缺性战略资源,稀土被誉为超级工业味精。 目前,低成本稀土清洁生产技术沦为世界性难题,是各国竞争拼抢的行业制高点。

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在神话中,息壤是可以自己生长不绝的土壤。如今,一种类似于息壤功能的新型提取沉淀剂面世了,其神秘之处在于,可与稀土构成液体萃合物,并可以重复提取和循环用于,大大提高稀土分离出来富含效率,有效地防止传统技术中大量三废污染。作为不能再造的稀缺性战略资源,稀土被誉为超级工业味精。

目前,低成本稀土清洁生产技术沦为世界性难题,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者的科技成果,涉及工作日前在国际期刊《湿法冶金》上公开发表,使我国在稀土采选分离出来技术上之后维持全球领先地位。兴旺之中的三废主因小到手机、照相机,大到准确制导导弹、火箭卫星,现实中恣意都有稀土的影子。稀土分轻稀土和重稀土两类。

尤其是产于我国南方的离子型矿,占有了全球70%以上的重稀土资源,其资源匮乏,可替代性小,可普遍应用于航天、军事、国防及新材料制备等高精尖领域。然而,早前的中国,虽是稀土大国,毕竟涉及研发的弱国。

20世纪60年代,稀土分离出来制备核心技术仍然掌控在世界少数国家手中。享有极大稀土资源的中国,当时却被迫从国外高价购置深加工的稀土产品。

经过徐光宪院士等老一辈科学家几十年的艰难希望,我国稀土分离出来化学与工程研究获得长足进步,在稀土开采、冶金、分离出来制备方面占有领先地位,创建了原始的稀土资源利用产业链,沦为全球储量仅次于、产量最低和出口量仅次于的国家。但传统的稀土分离出来制备技术也带给资源利用率尚待提升、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值资源利用率将近25%,每分离出来1吨离子导电型稀土矿消耗8吨~10吨盐酸、6吨~8吨液碱或1吨~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难过地说道:几十年来,我们为全世界获取了90%以上的稀土原料,别的国家用上了新材料,我们自己却生产出有了相当严重的环境污染。

事实上,国内传统工业稀土分离出来体系源自国外,已工业运用几十年,企业很难通过调节流程参数对其不存在缺失加以优化。如何转变稀土萃取的原料结构,让整个稀土萃取工艺不产生三废问题?多年来,国内稀土行业仍然在思维和探寻着。

转变亦步亦趋的困境,从源头上修筑自主创新之路!孙晓琦团队着眼国家目标、扎根基础研究,拓展新型提取体系,推展洗手高性能稀土分离出来技术的研发,提高资源综合利用水平,努力实现可持续发展。寻找息壤,首度研发新型分离出来术在稀土湿法冶金工业中,以提取剂为基础分离出来流程的主要起到是使金属获得制备与富含,因此提取剂是影响提取工艺胜败的最关键因素。在我国稀土工业生产领域,溶剂萃取法和化学沉淀法是应用于最普遍的两种分离出来技术,但在现阶段依然不存在诸多严重不足,如溶剂萃取法必须大量用于挥发性有机溶剂,不存在安全性和环境问题;碳酸氢氨和草酸工业沉淀剂无法循环用于,所产生的废水对环境导致不良影响。

构建洗手高效稀土分离出来技术研发的关键,在于设计、制取和检验低成本、高性能的提取-沉淀剂。孙晓琦说道,这是一个非常简单的过程,必须全面考虑到成本、原料、稳定性、提取亲率、选择性、均衡时间、提取容量、反萃性能、溶解性、毒性等因素。为此,孙晓琦团队积极开展了大量应用于基础研究,应用于世界前沿技术,对高效洗手稀土分离出来工艺研发过程中所牵涉到的溶液配位化学、提取剂设计、提取机理、分离出来材料等基本科学问题积极开展系统研究,解决问题稀土分离出来流程从应用于基础研究向产业化过渡性过程中的关键科学问题。

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在此基础上,孙晓琦团队设计制取了新型苯氧羧酸类提取剂,该型提取剂可以定量提取低浓度稀土,与稀土构成液体萃合物,并可以重复提取和循环用于。基于该类提取剂,融合溶剂萃取法和化学沉淀法的优势,研发出有了全新的提取-沉淀法工艺。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积极开展的工业试验指出,与传统分离出来技术比起,这一新型分离出来技术的特征是提取过程不用于有机溶剂,提取-沉淀剂需要反萃及循环用于,具备无工业废水产生、低成本等优势;且安全性好,提取-溶解速率慢,所获得的稀土溶解富含物尺寸可减小几十倍以上,大大提高了稀土分离出来制备效率,不具备较好的工业应用于前景。可按提取剂基因图谱自定义拟合分离出来工艺我国福建、江西、广东、广西、湖南等南方省份都有离子型稀土矿产于,但成分差异较小。

以福建、江西的离子型矿为代表,其矿中稀土配分就不完全相同,因此,所研发的工艺参数也不会有较小差异。这一问题如何密码呢?为此,中科院海西院厦门稀土材料研究所与国家根本性科学工程上海光源合作,使用实时电磁辐射技术对设计制取的新型提取剂与稀土的起到机理、构效关系、物种产于积极开展研究,力争从分子水平了解提取剂的各种因素对稀土分离出来流程的影响,构成面向有所不同种类离子型矿稀土的提取-沉淀剂基因图谱。在此基础上,孙晓琦团队与涉及企业合作,研究有所不同种类离子型矿分离出来工艺。

对于有工业应用于前景的提取剂和分离出来材料,根据分离出来工艺必须,协商成本和性能的关系,更进一步检验和优化结构。同时,系统评估有所不同矿种、有所不同提取体系、有所不同分离出来装备对流程的影响,优化工艺参数,确认拟合工艺路线。目前,孙晓琦团队已建构起新型的洗手高效稀土分离出来技术体系,还包括新型提取剂和分离出来材料、稀土矿浸出液富含技术、重稀土分离出来工艺、离子液皂化技术、放射性废渣综合处理技术等。

其创新性工作陆续在《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》等国际期刊公开发表,并选入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、中国稀土学会卓越工程师奖。从工程技术中找到基础科学问题,再行将基础研究所获得的成果应用于工业实践中。

目前,中科院海西研究院厦门稀土材料研究所已重新组建稀土高效洗手分离出来团队、稀土重复使用技术研发团队等8个产业化研发团队,减缓所研发技术在行业内的推展,推展我国离子型稀土分离出来工业的发展。


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