從固廢中提取浸取試劑并循環(huán)利用，稀土開采更加高效綠色

近日，由南昌大學牽頭承擔的項目離子吸附型稀土資源高效綠色開發(fā)與生態(tài)修復一體化技術(shù)高分通過綜合績效評價。這一創(chuàng)新開采技術(shù)的成功研發(fā)，在提高稀土回收率、高效綠色開采方面取得了顯著成效，或為我國稀土資源的高效綠色利用探索出一條新路。

從固廢中提取浸取試劑并循環(huán)利用

離子吸附型稀土是我國的特色資源。然而，現(xiàn)有的離子吸附型稀土開采工藝制約了我國離子吸附型稀土資源的開采利用。在此背景下，亟須研發(fā)出新一代高效、綠色開采技術(shù)。離子吸附型稀土資源高效綠色開發(fā)與生態(tài)修復一體化技術(shù)應(yīng)運而生，其協(xié)同耦合、鋁鎂循環(huán)、變廢為寶、高效綠色的特點為離子吸附型稀土的開發(fā)提供了新思路。

“離子吸附型稀土開發(fā)已經(jīng)有四十多年的歷史，怎么創(chuàng)新提高離子吸附型稀土開發(fā)技術(shù)一直是稀土科研人員攻關(guān)的難點。”10月初，記者見到了南昌大學化學化工學院教授李永繡。在他的辦公室，一張“中國稀土分布圖”令人印象深刻，李永繡表示，分布圖上的科研單位、技術(shù)、人才連起來就是一張網(wǎng)，彼此都有著千絲萬縷的聯(lián)系。

離子吸附型稀土資源高效綠色開發(fā)與生態(tài)修復一體化技術(shù)項目由南昌大學牽頭、聯(lián)合江西理工大學、中國科學院長春應(yīng)用化學研究所等十家單位共同研發(fā)，李永繡為項目負責人。

多年來，硫酸銨浸礦的氨氮污染以及原地浸礦水土流失，嚴重影響了礦區(qū)環(huán)境。近期推出的氯化鈣鎂、硫酸鎂浸礦工藝雖然可以解決氨氮污染問題，但浸取效率不夠，礦山實際消耗量更大，尤其是硫酸鎂導致的水體富營養(yǎng)化也很嚴重。

“因此我們研發(fā)了以鋁鹽為新一代浸取試劑的高效綠色浸取新工藝與物質(zhì)循環(huán)利用技術(shù)?！崩钣览C解釋，這項技術(shù)首先突破了傳統(tǒng)機理認識，從單純的離子交換理論轉(zhuǎn)到雙電層模式下的離子水化與陰離子配位吸附共同制約的浸取機理。

“與以往不同的是，我們選擇了以鋁鹽為新一代浸取試劑的高效浸取體系和工藝方法。”李永繡說，這些體系和方法包括鋁鹽與低價無機鹽的協(xié)同浸取體系、鈣鎂鹽與鋁鹽的分階段浸取工藝和檸檬酸鹽與低濃度無機鹽的分階段浸取工藝等。

值得關(guān)注的是，上述鋁鹽和鈣鎂鹽都是從礦山生產(chǎn)的廢渣廢水中提取并循環(huán)使用的。為此，團隊研發(fā)了能實現(xiàn)稀土與鋁及其他共存離子分離并循環(huán)利用，沉淀、萃取和膜分離技術(shù)相互耦合的富集分離新技術(shù)?！拔覀儗⑺怃X渣固廢轉(zhuǎn)化為高效浸取試劑，用于礦山生產(chǎn)，實現(xiàn)了污染物的循環(huán)利用，并顯著降低了試劑消耗量和污染物產(chǎn)生量。”李永繡說，有了創(chuàng)新的分離技術(shù)，曾經(jīng)糾纏不清的稀土與鋁也就能“相敬如賓”了。

如此一來，稀土的鋁含量可以控制在千分之一以下，為實現(xiàn)無放射性廢渣產(chǎn)生的高純稀土分離清潔生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

“采—浸—修”一體化為稀土開采“添綠”

從南昌到贛州，從稀土礦山到稀土冶煉分離企業(yè)……李永繡已經(jīng)記不清自己往來的次數(shù)?！疤嗔?，一年來來回回不知道多少趟。”懷著對稀土事業(yè)的熱愛，李永繡帶領(lǐng)團隊在助力稀土行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的創(chuàng)新道路上不斷嘗試創(chuàng)新。

國家“雙碳”目標的實施對生態(tài)環(huán)境改善和環(huán)境污染防治提出新要求，同時也為稀土行業(yè)帶來了新的機遇。

稀土生產(chǎn)過程如何做到綠色化，“采—浸—修”一體化是又一個創(chuàng)新點。

“這個創(chuàng)新點的核心是要借助滲流預測調(diào)控方法，將探礦與浸礦技術(shù)耦合、浸礦與生態(tài)修復耦合來實現(xiàn)?！崩钣览C說，離子吸附型礦床的顯著特點是其不均勻性。因此，缺乏稀土分布和地質(zhì)水文條件數(shù)據(jù)的原地浸析采礦技術(shù)不可行。為此，研究團隊將江西理工大學和南昌大學、武漢大學在滲流預測和過程調(diào)控方面的專業(yè)優(yōu)勢發(fā)揮出來。

“離子吸附型稀土礦綠色提取工藝不僅應(yīng)該從開采效率、環(huán)境影響、產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)成本等方面綜合考慮，還要充分結(jié)合礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)、浸出液滲流和生態(tài)修復技術(shù)來優(yōu)化工程設(shè)計?！崩钣览C解釋，這樣才能避免浸出液無組織流失，實現(xiàn)采—浸—修一體化。

“在浸礦方式上，我們主張根據(jù)生產(chǎn)勘探數(shù)據(jù)來確定是采取原地浸礦還是堆浸，也可以是兩種方法的有機結(jié)合?！崩钣览C說，在堆浸技術(shù)上，研究團隊發(fā)展了以可生長堆為特征的可控堆浸技術(shù)，用以代替以往的粗放的大規(guī)模堆場同時浸取的堆浸方法。這有利于實現(xiàn)采—浸—修一體化，消除浸礦過程及后續(xù)尾礦的水土流失和滑坡塌方。

李永繡告訴記者，項目圍繞離子型稀土提取工藝存在的資源回收率低和環(huán)境影響大等關(guān)鍵問題，系統(tǒng)開展了離子吸附型稀土高效綠色開采的基礎(chǔ)和技術(shù)研發(fā)工作，并取得了系列創(chuàng)新成果。

“科技創(chuàng)新與技術(shù)進步將不斷為我國稀土工業(yè)的發(fā)展‘添綠’?！崩钣览C說，項目在基礎(chǔ)理論、技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用示范等主要方面取得了新突破。其大規(guī)模推廣應(yīng)用，將大大推進全球中重稀土資源的科學開發(fā)和高效應(yīng)用，促進稀土產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。