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)工作日前在國際期刊《濕法冶金》上發(fā)表,，使我國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、國防及新材料合成等高精尖領(lǐng)域,。

　　然而,，早前的中國，雖是稀土大國,，卻是相關(guān)研發(fā)的“弱國”,。上世紀(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)國家手中,。擁有巨大稀土資源的中國，當(dāng)時(shí)卻不得不從國外高價(jià)購進(jìn)深加工的稀土產(chǎn)品,。

　　經(jīng)過徐光憲院士等老一輩科學(xué)家?guī)资甑钠D苦努力,，我國稀土分離化學(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家。但傳統(tǒng)的稀土分離提純技術(shù)也帶來資源利用率有待提高,、環(huán)境治理成本較高等問題,。

　　據(jù)測(cè)算，我國傳統(tǒng)離子型稀土礦冶金技術(shù)平均資源利用率不到25％,，每分離1噸離子吸附型稀土礦消耗8—10噸鹽酸,、6—8噸液堿或1—1.2噸液氨等。國家杰出青年基金獲得者,、教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授李梅為此曾痛心地說：“幾十年來,，我們?yōu)槿澜缣峁┝?0％以上的稀土原料，別的國家用上了新材料,，我們自己卻制造出了嚴(yán)重的環(huán)境污染,。”

　　事實(shí)上,，國內(nèi)傳統(tǒng)工業(yè)稀土分離體系源于國外,，已工業(yè)運(yùn)用幾十年,，企業(yè)很難通過調(diào)節(jié)流程參數(shù)對(duì)其存在缺陷加以優(yōu)化。如何改變稀土提取的原料結(jié)構(gòu),，讓整個(gè)稀土提取工藝不產(chǎn)生“三廢”問題,？多年來，國內(nèi)稀土行業(yè)一直在思考和探索著,。

　　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,。

　　“實(shí)現(xiàn)清潔高效稀土分離技術(shù)研發(fā)的關(guān)鍵，在于設(shè)計(jì),、制備和篩選低成本,、高性能的萃取—沉淀劑?！睂O曉琦說,，這是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，需要全面考慮成本,、原料,、穩(wěn)定性、萃取率,、選擇性,、平衡時(shí)間、萃取容量、反萃性能,、溶解性,、毒性等因素。

　　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)化過渡過程中的關(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Y(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,。

　　該團(tuán)隊(duì)通過與贛州稀土集團(tuán),、廈門鎢業(yè)股份有限公司,、北方稀土集團(tuán)等合作開展的工業(yè)試驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)分離技術(shù)相比,，這一新型分離技術(shù)的特征是萃取過程不使用有機(jī)溶劑,，萃取—沉淀劑能夠反萃及循環(huán)使用，具有無工業(yè)廢水產(chǎn)生,、低成本等優(yōu)勢(shì),；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幾十倍以上,，大大提高了稀土分離提純效率，具備良好的工業(yè)應(yīng)用前景,。

　　可按萃取劑“基因圖譜”定制最優(yōu)分離工藝

　　我國福建,、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《美國化學(xué)工程師學(xué)會(huì)會(huì)志》《美國化學(xué)會(huì)可持續(xù)化學(xué)與工程》《綠色化學(xué)》等國際期刊發(fā)表,，并入選英國化學(xué)工程師學(xué)會(huì)全球獎(jiǎng),、中國化工學(xué)會(huì)侯德榜化工科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)、中國稀土學(xué)會(huì)杰出工程師獎(jiǎng),。

　　“從工程技術(shù)中發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)科學(xué)問題,，再將基礎(chǔ)研究所取得的成果應(yīng)用于工業(yè)實(shí)踐”,，目前該所已組建稀土高效清潔分離團(tuán)隊(duì)、稀土回收技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)等8個(gè)產(chǎn)業(yè)化研發(fā)團(tuán)隊(duì),，加快所研發(fā)技術(shù)在行業(yè)內(nèi)的推廣,，推動(dòng)我國離子型稀土分離工業(yè)的發(fā)展。（記者 謝開飛）

【糾錯(cuò)】

責(zé)任編輯： 劉陽