在神話中，息壤是可以自己生長(zhǎng)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(fù)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(shù)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(yù)為“超級(jí)工業(yè)味精”，當(dāng)前低成本稀土清潔生產(chǎn)技術(shù)成為世界性難題，是各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)拼搶的行業(yè)制高點(diǎn)。這項(xiàng)由中科院海西研究院廈門稀土材料研究所孫曉琦團(tuán)隊(duì)發(fā)明的科技成果，相關(guān)工作日前在國(guó)際期刊《濕法冶金》上發(fā)表，使我國(guó)在稀土采選分離技術(shù)上繼續(xù)保持全球領(lǐng)先地位。

繁榮之中的“三廢”隱憂

小到手機(jī)、照相機(jī)，大到精確制導(dǎo)導(dǎo)彈、火箭衛(wèi)星，現(xiàn)實(shí)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(guó)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(yīng)用于航天、軍事、國(guó)防及新材料合成等高精尖領(lǐng)域。

然而，早前的中國(guó)，雖是稀土大國(guó)，卻是相關(guān)研發(fā)的“弱國(guó)”。20世紀(jì)60年代，稀土分離提純核心技術(shù)一直掌握在世界少數(shù)國(guó)家手中。擁有巨大稀土資源的中國(guó)，當(dāng)時(shí)卻不得不從國(guó)外高價(jià)購(gòu)進(jìn)深加工的稀土產(chǎn)品。

經(jīng)過(guò)徐光憲院士等老一輩科學(xué)家?guī)资甑钠D苦努力，我國(guó)稀土分離化學(xué)與工程研究取得長(zhǎng)足進(jìn)步，在稀土采掘、冶煉、分離提純方面占據(jù)領(lǐng)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(chǔ)量最大、產(chǎn)量最大和出口量最大的國(guó)家。但傳統(tǒng)的稀土分離提純技術(shù)也帶來(lái)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(tuán)隊(duì)著眼國(guó)家目標(biāo)、立足基礎(chǔ)研究，開拓新型萃取體系，推動(dòng)清潔高性能稀土分離技術(shù)的研發(fā)，提升資源綜合利用水平，努力實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

找到“息壤”，率先開發(fā)新型“分離術(shù)”

在稀土濕法冶金工業(yè)中，以萃取劑為基礎(chǔ)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(guān)鍵因素。

在我國(guó)稀土工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，溶劑萃取法和化學(xué)沉淀法是應(yīng)用最廣泛的兩種分離技術(shù)，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(jī)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(duì)環(huán)境造成不良影響。

為此，孫曉琦團(tuán)隊(duì)開展了大量應(yīng)用基礎(chǔ)研究，應(yīng)用世界前沿技術(shù)，對(duì)高效清潔稀土分離工藝研發(fā)過(guò)程中所涉及的溶液配位化學(xué)、萃取劑設(shè)計(jì)、萃取機(jī)理、分離材料等基本科學(xué)問題開展系統(tǒng)研究，解決稀土分離流程從應(yīng)用基礎(chǔ)研究向產(chǎn)業(yè)化過(guò)渡過(guò)程中的關(guān)鍵科學(xué)問題。

在此基礎(chǔ)上，孫曉琦團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(fù)萃取和循環(huán)使用?；谠擃愝腿?，結(jié)合溶劑萃取法和化學(xué)沉淀法的優(yōu)勢(shì)，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(guó)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(huì)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(guó)家重大科學(xué)工程上海光源合作，采用同步輻射技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)制備的新型萃取劑與稀土的作用機(jī)理、構(gòu)效關(guān)系、物種分布開展研究，力爭(zhēng)從分子水平認(rèn)識(shí)萃取劑的各種因素對(duì)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(chǔ)上，孫曉琦團(tuán)隊(duì)與相關(guān)企業(yè)合作，研究不同種類離子型礦分離工藝。對(duì)于有工業(yè)應(yīng)用前景的萃取劑和分離材料，根據(jù)分離工藝需要，協(xié)調(diào)成本和性能的關(guān)系，進(jìn)一步篩選和優(yōu)化結(jié)構(gòu)。同時(shí)，系統(tǒng)評(píng)估不同礦種、不同萃取體系、不同分離裝備對(duì)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(tuán)隊(duì)已構(gòu)建起新型的清潔高效稀土分離技術(shù)體系，包括新型萃取劑和分離材料、稀土礦浸出液富集技術(shù)、重稀土分離工藝、離子液皂化技術(shù)、放射性廢渣綜合處理技術(shù)等。其創(chuàng)新性工作相繼在《美國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)會(huì)志》《美國(guó)化學(xué)會(huì)可持續(xù)化學(xué)與工程》《綠色化學(xué)》等國(guó)際期刊發(fā)表，并入選英國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)全球獎(jiǎng)、中國(guó)化工學(xué)會(huì)侯德榜化工科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)、中國(guó)稀土學(xué)會(huì)杰出工程師獎(jiǎng)。

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