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像切蛋糕一样来处理稀土!中国轻稀土提取分离技术告别三废污染

2018-01-02 08:44:41   来源:科技日报  

  “我们如今所说的稀土提取分离技术早已不是简单的把稀土‘拿出来’,而是清洁高效地拿出来,这二者之间有着天壤之别。”正在国内某地参加学术研讨会的国家杰出青年基金获得者、教育部长江学者特聘教授李梅非常认真地对科技日报记者说:“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。”

  不论南方还是北方,稀土的开发利用所造成的植被破坏、水土流失、辐射污染等环境问题是谁都无法回避的。作为国内着名的稀土学科带头人,李梅教授所带领的团队——“轻稀土资源绿色提取与高效利用”教育部重点实验室就是解决这一问题的一支精英团队。

  占我国稀土储量83%的内蒙古包头市,是我国稀土高效清洁提取分离工艺的发祥地之一。上世纪80年代,中国工程院张国成院士发明了50%稀土精矿浓硫酸焙烧工艺成,该技术自此成为我国北方混合型稀土精矿的主要提取生产技术。但是这种高温焙烧工艺的三废问题始终无法避免,三废处理工序是整个工艺能耗最高、成本最大的工序。几十年来,众多科研团队和企业都在努力试图解决这一问题,但得出的成果都是“末端治理的思路”。

  “也就是说,产生了三废再分别治理三废,这样的结果就是将A污染变成B污染,将A垃圾变成B垃圾,不能从根本上解决问题。”李梅教授介绍说。

  作为我国现代稀土冶炼分离技术的泰斗级人物,张国成院士也感慨地说:“我们那个时代国家穷,只考虑如何将稀土拿出来,没有条件考虑环保的问题,现在国家有钱了,环保问题提上了日程,原工艺也该改一改了。”

  到上世纪九十年代,稀土专家叶祖光教授完成对单一中重稀土99.999%高纯度分离实验之后,稀土的高纯度提取分离也已经再不是关键技术。“这种技术在国家‘九五计划’时期就已经是成熟技术,我们现在所说的稀土提取分离关键技术,是如何实现清洁高效提取,如何将重污染的稀土废料变废为宝、吃干榨尽。”李梅教授说。

  如何从源头上改变稀土提取的原料结构,让整个稀土提取工艺不产生三废?这是多年来李梅教授一直在思考和探索的问题。在几年前一次中国工程院的会议上,参会的李梅现场听到了时任院长徐匡迪关于首钢曹妃甸改造的方案后顿受启发。她立即带领课题组在已有的冶金实验室基础上,跨学科搭建选矿实验室,开始了“白云鄂博矿选冶一体化”研究,并成为这一领域的先行者。

  每一个稀土矿都会有尾矿库,白云鄂博矿的尾矿是被采走70%铁和10%稀土后的富集物,含有大量的有价元素,目前已堆存2亿吨。其中,稀土资源储量达到1400万吨,萤石4000万吨,Nb2O5近24万吨,Sc2O3约4万吨,ThO2约7万吨,经济价值达上万亿。

  “很显然,凭借先进的提取分离技术,这个庞大的尾矿库可以变成一个价值无法估量的宝藏库。”李梅教授介绍说。

  李梅教授带领2名博士,15名硕士一头扎进白云鄂博尾矿库,与车间工人一起倒班,在三车间奋战近两年半,终于完成了“混合型轻稀土资源清洁高效提取技术及应用”的实验,并获得了“国家科技支撑计划”的项目支持。在项目的支持下,团队顺利完成了尾矿的全回收试验,并获批了国家863项目——“白云鄂博尾矿资源清洁高效利用技术”。

  凭借“高纯单一稀土化合物提取技术”、“大颗粒稀土化合物制备工艺开发” 等一系列科研成果,李梅教授团队最终提出了一套全新的针对包头白云鄂博混合型轻稀土资源绿色高效提取的“源头治理思路”和技术体系:改变已经生产了几十年的50%稀土精矿的矿物结构和品位,将其提高至大于60%,采用先分解氟碳铈矿再碱溶独居石的新工艺,大幅降低碱用量,同时在提取稀土过程中回收伴生元素氟、磷、钍,氟以氟化钠回收,磷以磷酸三钠回收。

  “新技术的关键之处就在于:以不发生环境污染为目标,将稀土中的有价值元素逐个拿出,为新材料制备提供无限可能,”李梅教授告诉科技日报记者:“打个比方说,就是要像切蛋糕一样来处理稀土。”

  目前该系统技术的选矿部分已经在包钢集团实现工业生产,年产超过12万吨,技术的冶炼部分已经在包钢和发稀土建成的3000吨/年生产线,工业生产运行已经走通,正在进行产业升级改造。

  由于轻稀土的提取技术难度远远大于离子型稀土,李梅教授团队这套既适合尾矿也适合原矿的元素全回收、绿色高效的新技术集成,已经成为国内领先、国际一流的现代稀土提取分离技术。

  值得一提的是,在稀土中的众多元素纷纷被应用于新材料制备的同时,白云鄂博矿还将稀土依靠湿法冶金的方法制备成钍富集物存放起来,这种可用作核工业的原料资源将在不久的将来发挥至关重要的战略作用。

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