我國磷與稀土資源分離技術取得重大突破

稀土被稱為“工業(yè)維生素”和神奇的“新材料寶庫”，是當今世界各國發(fā)展高新技術和國防尖端技術、改造傳統(tǒng)產業(yè)不可缺少的戰(zhàn)略物資。稀土金屬已廣泛應用于航空航天、軍事、電子、石油化工、冶金、機械、能源、輕工、環(huán)境保護、農業(yè)等十多個領域，發(fā)揮著現(xiàn)代工業(yè)“維生素”的作用，產生出巨大的輻射經濟效益，國際上稱這些技術為“稀土依賴性技術”，即沒有材料可以替代稀土材料來實現(xiàn)這些重要技術。美國國防部公布的35種高技術元素中包含除钷以外的全部16種稀土元素，日本科技廳也把16種稀土元素列入26種高技術元素的范圍，美、俄、德、日、法、瑞士等國都十分重視稀土材料的研究和開發(fā)，并以此帶動許多相關高新技術產業(yè)。

近日，北京礦冶科技集團馮林永博士開發(fā)的含稀土磷礦中伴生稀土分離技術取得重大突破。該技術基于傳統(tǒng)濕法磷酸生產工藝，在濕法磷酸生產過程中分離并富集伴生的稀土元素。即在傳統(tǒng)的濕法磷酸工藝之硫酸酸解前，先加入稀磷酸(磷酸工藝的返酸)進行酸解，通過控制酸解條件，可抑制稀土的溶出，實現(xiàn)稀土與磷鈣的選擇性溶出，即將鈣和磷溶出，而稀土富集在渣中，最好條件下可將90%以上的稀土抑制在浸出渣中，與磷精礦比，渣中稀土富集比可達4～5倍，該工藝均無需加入任何添加劑，能徹底解決二水物法中稀土過度貧化和分散損失的難題，實現(xiàn)磷酸生產與稀土綜合回收的有機銜接，從而為從含稀土磷礦中綜合回收稀土提供了適應濕法磷酸生產、經濟回收稀土的技術方案。

“復雜多金屬鐵閃鋅礦綠色高效煉鋅新技術”被評為國際領先技術

近日，在中國有色金屬工業(yè)協(xié)會組織召開的成果評價會議上，由云錫文山鋅銦冶煉有限公司、中國恩菲工程技術有限公司、昆明理工大學共同完成的“復雜多金屬鐵閃鋅礦綠色高效煉鋅新技術”被評價為“整體技術達到國際領先水平”。

目前，該技術已應用于公司設計的云錫文山10萬t鋅、60t銦冶煉技改項目。該項目在國內首次采用此種赤鐵礦除鐵工藝技術，于2018年11月24日產出鋅錠，2019年7月實現(xiàn)達產。從2012年到2018年，從機理研究、小型試驗、中試、半工業(yè)試驗到工業(yè)化應用，三家單位經過長達6年的持續(xù)技術攻關，合力攻克了“還原浸出-赤鐵礦除鐵-鐵渣資源化”技術難點，掌握了整套新技術，并成功研制出全套裝備。該技術具有“環(huán)境友好、資源節(jié)約、能耗低、綜合回收率高、渣資源化、工藝技術先進、裝備自動化”的顯著優(yōu)勢，為復雜多金屬鐵閃鋅礦的高效處理提供了新的技術選擇。項目達產后，主要技術經濟指標優(yōu)于常規(guī)鋅冶煉工藝，成為實現(xiàn)礦產資源就近開發(fā)利用和經濟可持續(xù)發(fā)展的典范。

赤泥堆場無土原位修復技術助力鋁工業(yè)生態(tài)文明建設

該技術以赤泥的土壤化改良為基礎，結合植物修復和微生物修復的手段，在赤泥堆場中構建完整的生態(tài)系統(tǒng)，加速堆場的土壤化進程。該技術成果一是結合鹽堿調控、團聚體構建、養(yǎng)分調理等多重修復手段，快速實現(xiàn)赤泥的土壤化；二是聯(lián)合引入優(yōu)選的耐鹽堿植物和微生物，通過先鋒作物和微生物的生長繁衍和后期鄉(xiāng)土作物的定居生長，在赤泥堆場構建完整的生態(tài)群落，提高了生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性和穩(wěn)定性；三是修復后的赤泥土壤輪種牧草、經濟作物(冬小麥)，實現(xiàn)赤泥堆場還耕再利用。

該技術打破了傳統(tǒng)的赤泥堆存方式，首次實現(xiàn)了高溫拜耳法赤泥堆場的無土原位修復及其還耕利用，填補了國內赤泥堆場無土原位生態(tài)修復的技術空白,并較常規(guī)客土覆蓋法修復成本節(jié)約30%～40%，每萬畝可節(jié)約1.2至2.3億元。赤泥堆場無土原位修復技術對土壤的修復效果好、應用范圍廣、修復成本低，市場推廣前景非常廣闊。企業(yè)依托修復的赤泥堆場，可將其打造成綠色生態(tài)、循環(huán)經濟的示范園區(qū)，為鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了堅實保障。

2018年，在某企業(yè)赤泥堆場開展了3 000 m2的赤泥堆場無土原位修復技術示范工程，并在修復的赤泥堆場上采用夏秋季種植牧草、冬春季種植小麥的輪種方式對土地進行利用。收獲的先鋒牧草作物無機污染物指標符合GB 13078—2017《飼料衛(wèi)生標準》要求；收割的冬小麥食品安全檢測重金屬含量符合GB 2762—2017《食品安全國家標準食品中污染物限量》要求。

金環(huán)磁選聯(lián)合贛研所對鎢細泥回收技術進行攻關獲得成功

江西滸坑鎢業(yè)有限公司原鎢細泥回收采用2臺濕式平環(huán)強磁選機進行預富集，由于該設備使用多年以來，存在線圈老化，齒板介質容易堵塞等技術難題，導致鎢回收率低，精礦含泥多，造成了生產不連續(xù)。

對此，金環(huán)磁選設備有限公司聯(lián)合贛州有色冶金研究所原工藝裝備進行技術攻關，力爭采用1臺SLon-1250T(1.3)立環(huán)脈動高梯度磁選機代替2臺原平環(huán)強磁選機。通過試驗表明，在給礦品位略有下降的情況下，采用單臺SLon立環(huán)高梯度磁選機回收鎢細泥，回收率達到62.99%，比原來2臺平環(huán)磁選機作業(yè)回收率高出7.69%。同時，SLon立環(huán)磁選機精礦不含泥，使后續(xù)浮選作業(yè)指標明顯提升，且設備運行整體穩(wěn)定。目前，通過改造后一個月的實際情況來看，細泥段鎢精礦產品已經增產約1.3個標噸，整個選廠鎢回收率上升了1.7%。

該工藝主要是在原生產流程的基礎上，稍加進行技術改造，通過立環(huán)磁選機代替平環(huán)磁選機取得了優(yōu)異的指標，不僅為企業(yè)有效增創(chuàng)了效益，減少了生產成本，也更進一步驗證了立環(huán)磁選機代替平環(huán)磁選機的可行性，為江西鎢業(yè)控股集團旗下更多的鎢礦山提高選礦指標提供了參考。

綠色高效稀土催化劑為“大煙囪”強力去污

日前，內蒙古希捷環(huán)?？萍加邢挢熑喂?以下簡稱“希捷環(huán)?！?自主研發(fā)生產的稀土基脫硝催化劑已安全使用超過24000h，性能穩(wěn)定，仍在安全運行中。

全新的SCR煙氣脫硝裝置采用高塵型工藝設計，反應器布置在省煤器與空氣預熱器之間，SCR反應器內布置4層催化劑，每層排布5×9個模塊，每個模塊內72條產品。經過測試，脫硝效率與氨逃逸、SO2和SO3轉化率、反應器整體煙氣阻力、氨耗量等指標都考核合格。

稀土基脫硝催化劑的活性成分是由鑭、鈰、釔等稀土元素氧化物和其他過渡金屬氧化物組成，以鈦基陶瓷為第一載體、鈦鋯復合金屬氧化物為第二載體，利用稀土元素具有在未充滿電子的4f軌道結構內，作為催化劑活性成分使用時，表現(xiàn)出電子“存儲器”的性質，有效地儲存伴氧空位形成產生的自由電子，進而充分促進分子氧的吸附和活化。產品徹底擺脫了傳統(tǒng)催化劑五氧化二釩的成分，還針對釩基脫硝催化劑的各項性能進行了優(yōu)化。

首先，團隊通過Zr4+等助催化離子摻雜，進行了結構與缺陷調控，首次發(fā)現(xiàn)材料結構缺陷會引發(fā)催化劑表面酸性位變化，進而提出多元氧化物同時存在B、L酸性位的新假說，拓寬了催化劑活性溫度窗口。其次，技術團隊突破了傳統(tǒng)催化劑支撐體僅限于骨架功能的概念。提出多相蜂窩陶瓷，由于多孔薄壁的特點，大大增加了載體的幾何表面積并改善了抗熱沖擊性能，是催化載體的好材料。并根據此特性，發(fā)明了助催化脫硝功能的Al2TiO5-TiO2-SiO2多相蜂窩陶瓷支撐體，利用國產TiO2、SiO2、Al2O3為原料通過化學修飾、納米改性和引入非化學計量，使得支撐體的表面結構缺陷氧空位增加、表面酸性提高、比表面積加大、脫硝活性增強，支撐體的強度增加、熱膨脹系數(shù)大大降低。

我國造出新型平面化鋅錳微電池

近日，中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠?guī)泩F隊發(fā)展了低成本、規(guī)?；慕z網印刷技術，制備出優(yōu)良的二次水系平面化鋅錳微型電池。相關進展發(fā)表在《國家科學評論》(National Science Review)上。在同期期刊上，韓國蔚山國家科學技術究院(UNIST)微型儲能專家Sang-Young Lee為該文撰寫點評文章“可規(guī)模、更安全、可印刷的鋅錳平面微型電池可廣泛應用于智能電子器件”，對該工作進行了評價。

平面化微型電池具有高度集成一體化的特點，克服了傳統(tǒng)三明治構型電池體積大、機械柔性差、彎曲狀態(tài)下界面易分離等缺點，是非常具有發(fā)展前景的一類新型可穿戴電子器件功率源。為了進一步提高電池功率源的安全性能，研究人員正在積極開發(fā)高安全水系電解液取代可燃性有機電解液，構建安全性高的水系平面化微型電池。其中，得益于電極材料的豐富儲量，鋅錳水系電池備受關注。然而，目前發(fā)展與集成電子器件高度兼容的高安全、低成本平面鋅錳電池關鍵制備技術仍然非常缺乏。

為解決這一問題，該團隊發(fā)展了一種低成本、簡單高效、規(guī)?；慕z網印刷技術，成功制備出兼具良好機械柔性、高安全和長壽命的新概念水系平面化鋅錳微型電池?？蒲腥藛T首先以二氧化錳、鋅粉、石墨烯為功能材料，分別配置出鋅錳電池的正負電極和石墨烯集流體觸變性油墨；然后采用多步絲網印刷的方法，實現(xiàn)了平面化鋅錳微型電池簡單、低成本的規(guī)模化制備。該鋅錳電池不僅具有環(huán)境友好、高安全的特點，而且表現(xiàn)出了超長的工作壽命，在5C的電流密度下循環(huán)1 300圈仍能保持83.9%的比容量，同時兼具良好的機械柔性和性能一致性。

此外，印刷基底的多樣性可滿足不同應用場景的需求。重要的是，絲網印刷是工業(yè)上已成熟的技術，因此該工作提出了一種非常有工業(yè)應用前景的規(guī)?；苽淦矫婊\錳微型電池的方法，也為其他平面化柔性儲能器件的發(fā)展提供了新思路。該工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃項目等的資助。

我國科學家研究出一種分米級單晶薄膜的制備新方法

為開辟硅基電子器件之外的新途徑，基于量子材料的新器件研究成為前沿熱點。作為量子材料的重要分支，二維量子材料厚度只有原子級且量子效應顯著，大面積、高質量的二維單晶制備是實現(xiàn)二維器件規(guī)?；瘧玫暮诵年P鍵，然而晶格的非中心反演對稱性給二維單晶生長帶來了極大挑戰(zhàn)。

在量子調控與量子信息重點專項資助下，北京大學劉開輝課題組與合作者設計出一種具有特殊臺階方向的非中心反演對稱性的單晶晶面Cu(110)/<211>,利用其臺階邊緣與六方氮化硼晶疇中硼型和氮型鋸齒形邊界耦合強度的能量差打破晶疇在襯底表面取向的對稱性，從而實現(xiàn)對六方氮化硼晶疇單一取向的控制生長，并無縫拼接為分米級單晶薄膜。研究還結合原位生長技術與理論計算對生長過程進行了深入動力學研究，提出了全新的生長機理。該研究工作提供了一種制備二維單晶的普適方法，為二維器件規(guī)?；瘧玫於嘶A。

超薄新型太陽能電池結構轉換效率接近20%

納米科學和納米技術中心(C2N)的研究人員與德國Fraunhofer ISE的研究人員合作，通過在納米結構背鏡上制成205 nm厚的GaAs超薄吸收層的新型太陽能電池結構，獲得了接近20%的高轉換效率。

到目前為止，具有20%效率的最先進的太陽能電池需要至少1 μm厚的半導體材料層(GaAs，CdTe或銅銦鎵硒)，或者甚至40 μm或更厚的硅材料層。厚度減少從而縮短了沉積時間，進而節(jié)省了諸如碲或銦等稀缺材料的用量。但是，減薄吸收劑會隨之減少陽光的吸收和轉換效率。電池背面的平面鏡具有雙向吸收通路，但其本身并不能吸收。以往的捕獲光的方式使得太陽能電池在光學和電學損耗方面的性能受到很大限制。

由StéphaneCollin和Andrea Cattoni領導的研究小組的研究人員與Fraunhofer ISE合作，在納米科學和納米技術中心- CNN(CNRS /巴黎- 薩克萊大學)的研究小組中開發(fā)了一種通過205nm厚的Ⅲ-Ⅴ族半導體砷化鎵來捕獲光的新方式。主要是制造納米結構的背鏡，以在太陽能電池中產生多個重疊共振，即為法布里- 珀羅和導模共振。它們限制光在吸收器中停留更長時間，盡管材料量很少，但仍能實現(xiàn)有效的光學吸收。由于存在無數(shù)共振，在從可見光到紅外的太陽光譜的大光譜范圍內吸收得到增強?？刂萍{米級背鏡的制造是該項目的一個關鍵方面。團隊使用了納米壓印光刻技術，是一種廉價，快速和可擴展的技術，用于壓印溶膠- 凝膠衍生的二氧化鈦薄膜。

發(fā)表在Nature Energy上的研究成果表明，這種架構在短期內應能實現(xiàn)25%的效率。即使現(xiàn)在還不確定該項技術的極限是多少，研究人員仍然確信厚度可以進一步減少至少兩倍而不會降低效率。GaAs 太陽能電池受成本制約在商業(yè)化應用上還存在一定限制，因此研究人員已將這一技術概念擴展到由CdTe、CIGS或硅材料制成的大型光伏器件上。