像切蛋糕一樣來處理稀土！中國輕稀土提取分離技術告別三廢污染

「我們如今所說的稀土提取分離技術早已不是簡單的把稀土『拿出來』，而是清潔高效地拿出來，這二者之間有著天壤之別。」正在國內某地參加學術研討會的國家傑出青年基金獲得者、教育部長江學者特聘教授李梅非常認真地對科技日報記者說：「幾十年來，我們為全世界提供了90%以上的稀土原料，別的國家用上了新材料，我們自己卻製造出了嚴重的環境污染。」

不論南方還是北方，稀土的開發利用所造成的植被破壞、水土流失、輻射污染等環境問題是誰都無法迴避的。作為國內著名的稀土學科帶頭人，李梅教授所帶領的團隊——「輕稀土資源綠色提取與高效利用」教育部重點實驗室就是解決這一問題的一支精英團隊。

占我國稀土儲量83%的內蒙古包頭市，是我國稀土高效清潔提取分離工藝的發祥地之一。上世紀80年代，中國工程院張國成院士發明了50%稀土精礦濃硫酸焙燒工藝成，該技術自此成為我國北方混合型稀土精礦的主要提取生產技術。但是這種高溫焙燒工藝的三廢問題始終無法避免，三廢處理工序是整個工藝能耗最高、成本最大的工序。幾十年來，眾多科研團隊和企業都在努力試圖解決這一問題，但得出的成果都是「末端治理的思路」。

「也就是說，產生了三廢再分別治理三廢，這樣的結果就是將A污染變成B污染，將A垃圾變成B垃圾，不能從根本上解決問題。」李梅教授介紹說。

作為我國現代稀土冶煉分離技術的泰斗級人物，張國成院士也感慨地說：「我們那個時代國家窮，只考慮如何將稀土拿出來，沒有條件考慮環保的問題，現在國家有錢了，環保問題提上了日程，原工藝也該改一改了。」

到上世紀九十年代，稀土專家葉祖光教授完成對單一中重稀土99.999%高純度分離實驗之後，稀土的高純度提取分離也已經再不是關鍵技術。「這種技術在國家『九五計劃』時期就已經是成熟技術，我們現在所說的稀土提取分離關鍵技術，是如何實現清潔高效提取，如何將重污染的稀土廢料變廢為寶、吃干榨盡。」李梅教授說。

如何從源頭上改變稀土提取的原料結構，讓整個稀土提取工藝不產生三廢？這是多年來李梅教授一直在思考和探索的問題。在幾年前一次中國工程院的會議上，參會的李梅現場聽到了時任院長徐匡迪關於首鋼曹妃甸改造的方案後頓受啟發。她立即帶領課題組在已有的冶金實驗室基礎上，跨學科搭建選礦實驗室，開始了「白雲鄂博礦選冶一體化」研究，並成為這一領域的先行者。

每一個稀土礦都會有尾礦庫，白雲鄂博礦的尾礦是被采走70%鐵和10%稀土後的富集物，含有大量的有價元素，目前已堆存2億噸。其中，稀土資源儲量達到1400萬噸，螢石4000萬噸，Nb2O5近24萬噸，Sc2O3約4萬噸，ThO2約7萬噸，經濟價值達上萬億。

「很顯然，憑藉先進的提取分離技術，這個龐大的尾礦庫可以變成一個價值無法估量的寶藏庫。」李梅教授介紹說。

李梅教授帶領2名博士，15名碩士一頭扎進白雲鄂博尾礦庫，與車間工人一起倒班，在三車間奮戰近兩年半，終於完成了「混合型輕稀土資源清潔高效提取技術及應用」的實驗，並獲得了「國家科技支撐計劃」的項目支持。在項目的支持下，團隊順利完成了尾礦的全回收試驗，並獲批了國家863項目——「白雲鄂博尾礦資源清潔高效利用技術」。

憑藉「高純單一稀土化合物提取技術」、「大顆粒稀土化合物製備工藝開發」 等一系列科研成果，李梅教授團隊最終提出了一套全新的針對包頭白雲鄂博混合型輕稀土資源綠色高效提取的「源頭治理思路」和技術體系：改變已經生產了幾十年的50%稀土精礦的礦物結構和品位，將其提高至大於60%，採用先分解氟碳鈰礦再鹼溶獨居石的新工藝，大幅降低鹼用量，同時在提取稀土過程中回收伴生元素氟、磷、釷，氟以氟化鈉回收，磷以磷酸三鈉回收。

「新技術的關鍵之處就在於：以不發生環境污染為目標，將稀土中的有價值元素逐個拿出，為新材料製備提供無限可能，」李梅教授告訴科技日報記者：「打個比方說，就是要像切蛋糕一樣來處理稀土。」

目前該系統技術的選礦部分已經在包鋼集團實現工業生產，年產超過12萬噸，技術的冶煉部分已經在包鋼和發稀土建成的3000噸/年生產線，工業生產運行已經走通，正在進行產業升級改造。

由於輕稀土的提取技術難度遠遠大於離子型稀土，李梅教授團隊這套既適合尾礦也適合原礦的元素全回收、綠色高效的新技術集成，已經成為國內領先、國際一流的現代稀土提取分離技術。

值得一提的是，在稀土中的眾多元素紛紛被應用於新材料製備的同時，白雲鄂博礦還將稀土依靠濕法冶金的方法製備成釷富集物存放起來，這種可用作核工業的原料資源將在不久的將來發揮至關重要的戰略作用。

註：文中圖片均由本文作者提供

編輯：朱麗

審核：管晶晶

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