我国稀土采选分离技术全球领先

在神话中，静止的土壤是可以自己生长的土壤。现在，一种类似于“土壤平静”功能的新型提取沉淀剂已经问世。其“神奇”之处在于它能与稀土形成固体提取物，并可反复提取和回收，大大提高了稀土的分离富集效率，有效避免了传统工艺中大量的“三废”污染。

稀土作为一种不可再生的稀缺战略资源，被称为“超级工业味精”。目前，低成本稀土清洁生产技术已成为世界性难题，是各国竞相争夺的行业制高点。中国科学院海西研究所厦门稀土材料研究所孙团队的科技成果近日在国际期刊《湿法冶金》上发表，使中国在稀土开采、分离和分离技术方面继续保持全球领先地位。

繁荣中的“三废”隐忧

从手机和照相机到精确制导导弹和火箭卫星，稀土在现实中无处不在。稀土分为轻稀土和重稀土。尤其是分布在中国南方的离子矿物占世界重稀土资源的70%以上。他们的资源稀缺，几乎没有替代品。它们可广泛应用于航空航天、军事、国防和新材料合成等高科技领域。

然而，早期的中国虽然是一个稀土大国，但在相关的研发方面却是一个“弱国”。20世纪60年代，稀土分离提纯的核心技术已经掌握在世界上少数几个国家手中。拥有巨大稀土资源的中国不得不以高价从国外购买深加工稀土产品。

经过徐光宪院士等老一辈科学家几十年的努力，中国在稀土分离化学和工程研究方面取得了巨大进展，在稀土提取、冶炼、分离提纯方面处于领先地位，建立了完整的稀土资源利用产业链，成为世界上储量、产量和出口量最大的国家。然而，传统的稀土分离提纯技术也带来了资源利用率有待提高和环境治理成本高的问题。

据估计，我国传统离子型稀土矿冶金技术的平均资源利用率不到25%，每分离出1吨离子型吸附稀土矿，消耗盐酸8-10吨、液碱6-8吨或液氨1-1.2吨。国家杰出青年基金获得者、教育部长江学者李梅教授苦涩地说:“几十年来，我们提供了世界90%以上的稀土原料。其他国家使用了新材料，但我们自己也造成了严重的环境污染。”

事实上，国内传统的工业稀土分离系统起源于国外，已经在工业上使用了几十年。企业很难通过调整工艺参数来优化现有缺陷。如何改变稀土提取的原料结构，使整个稀土提取过程不产生“三废”问题？多年来，国内稀土行业一直在思考和探索。

改变“同舟共济”的困境，从源头上开辟自主创新之路！孙团队着眼国家目标，立足基础研究，开发新型萃取系统，推进清洁高效稀土分离技术研发，提高资源综合利用水平，努力实现可持续发展。

找到“西让”率先开发新的“分离技术”

在稀土湿法冶金工业中，基于萃取剂的分离过程的主要功能是净化和富集金属，因此萃取剂是影响萃取过程成败的最关键因素。

在我国稀土工业生产领域，溶剂萃取和化学沉淀法是应用最广泛的两种分离技术，但现阶段仍存在许多不足，如溶剂萃取需要大量挥发性有机溶剂，存在安全和环境问题。碳酸氢铵和草酸等工业沉淀剂难以回收，产生的废水对环境有不利影响。

“开发清洁高效的稀土分离技术的关键在于设计、制备和筛选低成本、高性能的萃取沉淀剂。”孙表示，这是一个相当复杂的过程，需要综合考虑成本、原料、稳定性、萃取率、选择性、平衡时间、萃取能力、反萃性能、溶解度、毒性等因素。

为此，孙团队开展了大量应用基础研究，应用世界前沿技术，系统研究了高效清洁稀土分离工艺研发中涉及的溶液配位化学、萃取剂设计、萃取机理、分离材料等基础科学问题，解决了稀土分离工艺从应用基础研究向产业化过渡过程中的关键科学问题。

在此基础上，孙团队设计并制备了一种新型苯氧羧酸萃取剂，可定量萃取低浓度稀土，与稀土形成固体萃取物，并可反复萃取回收。基于这种萃取剂，结合溶剂萃取和化学沉淀法的优点，开发了一种新的萃取-沉淀法。

该团队与赣州稀土集团、厦门钨业有限公司和北方稀土集团合作进行的工业试验表明，与传统分离技术相比，这种新的分离技术具有萃取过程不使用有机溶剂、萃取沉淀剂可反萃取回收、不产生工业废水、成本低等优点。得到的稀土沉淀富集物的大小可增加几十倍以上，大大提高了稀土分离提纯效率，具有良好的工业应用前景。

最佳分离过程可根据提取剂“基因图谱”定制

离子型稀土矿物分布在福建、江西、广东、广西、湖南等南方省份，但它们的组成差异很大。以福建和江西的离子型矿石为代表，稀土在矿石中的分布是不同的，因此，所开发的工艺参数也会有很大的不同。如何解决这个问题？

为此，中国科学院海西研究所厦门稀土研究所与国家重大科学项目上海光源合作，采用同步辐射技术，对设计制备的新型萃取剂和稀土的作用机理、构效关系和物种分布进行了研究，旨在从分子水平了解萃取剂的各种因素对稀土分离过程的影响，形成不同类型离子矿物稀土萃取-沉淀的“基因图谱”。

在此基础上，孙团队与相关企业合作研究了不同类型离子矿物的分离过程。对于具有工业应用前景的萃取剂和分离材料，应根据分离工艺的要求协调成本与性能的关系，并进一步筛选和优化结构。同时，系统评价了不同矿物、不同萃取系统和不同分离设备对工艺的影响，优化了工艺参数，确定了最佳工艺路线。

目前，孙团队已经建立了一套全新的清洁高效的稀土分离技术体系，包括新型萃取剂和分离材料、稀土矿浸出液富集技术、重稀土分离技术、离子液体皂化技术、放射性废渣综合处理技术等。他的创新工作先后在《美国化学工程师学会杂志》、《美国化学工程师学会可持续化学与工程》、《绿色化学》等国际刊物上发表，并入选英国化学工程师学会全球奖、中国化学工业学会侯化学科学技术奖、中国稀土学会优秀工程师奖。

从工程技术中发现基本科学问题，然后将基础研究所的成果应用于工业实践目前，研究所已组建了8个产业研发团队，包括一个稀土高效清洁分离团队和一个稀土回收技术研发团队，以加快研发技术在行业中的推广，促进我国离子型稀土分离行业的发展。

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