革新生产工艺,他们实现变废为宝|科技自立自强之路

中科院之声啊 2024-06-16 18:02:45
铬盐是我国无机化工主要产品之一广泛应用于制革、颜料等工业过程中20世纪90年代全国许多化工厂因生产铬盐遗留下一座座高耸的铬渣山使用传统工艺生产铬盐会产生含有大量高毒性六价铬离子的废渣一旦渗入土壤再通过饮用水和食物链进入人体将严重影响人畜健康可以说铬盐行业的重污染关乎国家可持续发展和人民生命健康因此整个铬盐行业都在呼吁生产工艺重大变革1996年至2007年间中国工程院院士、中国科学院过程工程研究所(以下简称过程工程所)研究员张懿带领科研团队率先把资源与材料化学化工的研究方法和成果融合渗透到环境工程领域开拓了绿色化学—清洁生产工艺与技术研究新领域为我国铬盐工业铬渣源头削减提供了技术支撑科研人员勇闯科学技术“无人区”与一系列现实困难持续搏斗有人睡在车间里的凉椅上与工人一起“三班倒”有人冒着被高温、强碱灼伤的危险抢修管道有人一直忍受着重金属严重过敏的折磨……回忆起这段经历时作为张懿生活上的伴侣和事业上的战友年过八旬的过程工程所研究员李佐虎却十分淡然“要做成这件事情,这点辛苦不算什么!”▲张懿(左三)和团队成员研讨科研进展。 时间回到1995年张懿带领科研团队与沈阳一家化工厂开展合作厂区内到处都堆积着黄色的铬渣这一景象令他们内心深受震撼除了考虑如何处理污染物张懿已经前瞻性地开始思考“清洁生产”概念如何用“源头治理”替代“末端治理”从而革新生产过程彻底革新工艺必须从新化学反应体系出发这是张懿擅长的领域她大学毕业后分配到中国科学院化工冶金研究所(过程工程所的前身,以下简称化冶所)受我国著名湿法冶金学家陈家镛院士指导工作陈家镛曾采用“氨浸法”回收尾矿中的铜开创“湿法冶金”工艺先河解决了将矿石“吃干榨净”这道世界难题这是一种在液体溶剂作用下从矿石中提取和分离金属的方法▲张懿、陈家镛、李佐虎(从左至右)在车间留影。沿着湿法冶金的思路张懿对革新铬盐生产工艺有了明确思路传统工艺气体和固体的反应传质效果差必然导致反应效率低产生大量废渣而消除这种痼疾正是湿法冶金的优势只要在反应体系中引入高化学活性的液体参与反应增加反应物之间接触的表面积就可以提高反应效率张懿带领科研团队重新设计了化学反应体系将氢氧化钠加热熔化成液态作为反应介质让空气和铬铁矿在其中充分接触并反应这构成了“液相氧化法生产铬酸钠”的核心创新1995年前后化冶所科研团队在沈阳完成基础工作又转场到重庆东风化工厂1997年12月底工业试验取得核心技术的重大突破千吨级规模铬盐清洁生产技术主体工程基本建成采用新反应工艺后铬回收率超过99%这套新技术“跑通了”!同行评价:这是铬盐行业的革命性创新技术就在科研团队计划乘胜追击开展万吨级放大试验时核心设备却出了问题因为难以承受长时间的高温和强碱腐蚀反应器被烧穿了李佐虎提出一个大胆的想法:改成氢氧化钾反应体系!科研团队当机立断又投入到对氢氧化钾反应体系的探索中1999年下半年科研团队再次转场到河南义马此时,他们意外发现当氢氧化钾浓度在70%至75%左右时反应效果竟然比无水的氢氧化钾还要好这种非常规、临界状态的化学反应介质被张懿命名为“亚熔盐”有了“亚熔盐”技术这个“看家本领”他们顺利解决了氢氧化钠体系面临的工业放大问题2002年5月年产1万吨规模示范生产线主体工程建成工业试车的主要技术指标全部达到或超过预定指标优化完善铬化工清洁生产的技术集成在河南义马化工厂内持续展开2005年完成工业试验2006年完成设计2007年开车成功……如同“升级打怪”科研团队逐一“过关”▲2007年,万吨级铬盐清洁生产技术及其产业化示范通过验收。把废渣变成有利用价值的原料提供给其他工业把污染环境的废品变成资源这个过程模拟了自然界的生态循环这便是张懿提出的“生态化”思想将资源节约和环境污染治理两个领域统一起来把“清洁生产”与“循环经济”的梦想变成了现实如今,站在历史的新起点上紧紧围绕环境保护工业降碳与绿色发展中的关键科学问题科研团队正积极开展探索为国家实现“双碳”目标贡献智慧与力量

来源:中国科学报

责任编辑:曹旸

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