课题组组长：曲景奎

课题组简介：

课题组主要针对国家低碳能源金属资源可持续发展的迫切需求，在镍/钴/铬/铜/锂等资源高效清洁利用、高纯和功能材料制备，以及二次资源综合利用等方面，将应用基础研究和工程放大相结合，为低碳能源金属资源绿色提取、分离、材料制备及副产物综合利用过程提供技术支撑与模式示范。

课题组研发了红土镍矿生态化资源循环利用和高端化产品制备新技术、铬铁矿加压液相氧化清洁生产技术、低品位铜矿生物冶金技术、退役锂电池绿色短程回收利用技术、三元前驱体可控制备技术、铬系颜料及功能材料制备、钙基固废综合利用技术等多项原创性新技术。多项成果已建成工程示范，并通过科技成果鉴定，在中国科学院、科技日报、学习强国等网站上得到积极报道，获得 “中国石油和化学工业联合会科技进步二等奖”、中国产学研促进会合作创新奖、镍钴湿法冶金创新团队等多项省部级科技奖励。课题组先后承担了973计划、863计划、国家科技支撑项目、国家重点研发计划课题、青年基金、中科院重点部署项目、中科院战略性先导专项、中科院重点STS等国家、省部级项目及企业委托项目共达100余项。课题组先后培养了硕士、博士研究生50余人，其中包括留学生 6人；培养学生多次获国家奖学金、院长奖学金、所长奖学金等奖励，多名学生获得公派出国联合培养机会。

在Nano Energy、Journal Materials Chemistry A、Journal of Separation and purification technology、Hydrometallurgy等行业内高水平期刊上发表论文180 余篇，其中 SCI 收录150 余篇，申请专利超过 130 项，授权超过 100 项。

课题组目前有研发人员及学生共40余人，其中研究员1人，项目研究员1人，青年研究员1人，博导2人，硕导8人，百人计划1人，入选“所青促会” 1人，学术骨干平均年龄37岁，是一支年富力强、富有创造力和开创性的研究队伍。

成员组成：

研究员：曲景奎；

项目研究员：吴应红（百人计划）

副研究员：余志辉、魏广叶、贾炎、包炜军、孟龙、吕彩霞、孙和云、谭巧义

中级及其它：牛晓鹏、王晓岚、熊海燕、杨璐、贾先兵、沈晓博、解迪、吕林艺、田利民、池丽梅、林甘棠

博士后：徐妍、刘敬崇、赵海平

重点进展：

重点进展一：红土镍矿生态化资源循环利用和高端化产品制备新技术

针对现有红土镍矿湿法冶炼镍钴回收率低、生产成本高、存在环境污染风险等问题，研发了红土镍矿生态化资源循环利用和高端化产品制备新技术，在温和条件下高/低镍矿高效浸出、多元多相体系中杂质元素的深度净化分离、多元化的镍基新材料制备、二次资源综合利用等方面取得了重大突破，并建成了3000吨/年红土镍矿中试示范工程（图1）。技术先后得到中科院重点STS、国家重点研发计划等项目支持，研究成果得到了科技日报、人民日报、中国科技网和学习强国等国内多家媒体的广泛关注和竞相报道，获得了2020年中国产学研促进会合作创新奖、镍钴湿法冶金创新团队等省部级奖项。与企业签订合作协议，拟分别建成年处理30万吨红土镍矿及百万吨级红土镍矿示范工程。

图1 3000吨/年红土镍矿中试示范工程

重点进展二：红矾钠有机还原制备氧化铬绿和铬酸酐联产清洁技术

针对氧化铬绿传统生产工艺中传统制备工艺流程长、能耗高、资源利用率低时排放大量高毒性铬渣、含铬硫酸氢钠，处理成本高等问题，开发了红矾钠有机还原制备氧化铬绿和铬酸酐联产清洁技术，利用有机还原的副产物碳酸钠处理铬酸酐生产过程产生的含铬硫酸氢钠，将氧化铬绿与铬酸酐生产过程耦合，实现绿色过程清洁生产。该技术建成了1500吨/年氧化铬绿，170吨/年冶金级氧化铬和3000吨/年元明粉的工业化生产装置（图2），并联产2000吨/年铬酸酐。红矾钠的液相还原转化率和含铬硫酸氢钠中六价铬的还原转化率均接近100%，得到的主产品颜料级氧化铬绿纯度达到99%以上。该技术获得2018年中国石油和化学工业联合会科技进步二等奖。

图2  项目主体设备

重点进展三：铜矿生物堆浸清洁经济利用技术

课题组围绕生物冶金进行研究，开发“微生物群落/功能调控”、“堆浸水喷淋启动”、“冶金地质矿石分类处理”、“浸渣铜再回收”、“堆浸过程酸铁平衡”等技术，相关技术随“一带一路”成功产业化应用于亚洲最大的缅甸蒙育瓦铜矿生物堆浸项目，并进一步推广至老挝、新疆等国内外铜矿、金矿企业产业化应用。基于酸性矿石体系铁硫氧化菌/还原菌竞争机制，课题组开发硫化矿山酸性废水源头治理新技术并建成示范工程。该技术得到中国科学院重点部署项目、中国科学院战略性先导科技专项及中国科学院绿色过程制造创新研究院自主部署项目等项目支持，并获得2018年中国兵器工业集团有限公司二等奖（科技进步类）。

图3  铜矿生物堆浸清洁经济利用技术

重点进展四：退役锂电池短程绿色回收利用新技术

针退役锂电池回收过程中回收率低、成本高、变价锰元素难分离等问题，突破多金属元素的高效还原提取、锰元素的变价和形态调控、高纯度产品制备等技术，开发了退役锂电池短程绿色回收利用新技术，已建成千吨级中试示范线，实现退役锂电池中镍钴锂元素的回收和产品制备，分别获得了电池级硫酸镍和碳酸锂，全流程镍钴回收率＞98%，锂回收率＞90%。该技术获得内蒙古科学技术研究院基金支持，相关技术成果正在进行产业化推广。

图4 退役锂电池短程绿色回收利用新技术

科研成果

奖项：

1. 2021镍湿法冶金提取与新材料团队，中国有色金属学会创新争先团队。

2. 红矾钠有机还原制备氧化铬绿和铬酸酐联产清洁技术, 中国石油和化学工业联合会科技进步，省部二等奖。

3. 2018缅甸S&K矿存量铜提取技术研究与应用. 中国兵器工业集团有限公司，二等奖（科技进步类）。

代表性论文：

1.  Boyuan Zhu, Yadong Ning, Ziyang Xu, Guangye Wei*, Jingkui Qu*. Comparative study of polycrystalline and singlecrystal NCM811 cathode materials: the role of crystal defects in electrochemical performance. J. Materials Chemistry A, 2024, DOI: 10.1039/d3ta03290f.

2. He Li, Tariro Mabhiza, Yadong Ning, Zhihui Yu, Caixia Lv, Xiaobo Shen, Guangye Wei*, Jingkui Qu*. Solvent extraction and recovery of beryllium from hydrochloric acid solution with naphthenic acid, Separation and purification technology, Volume 331, 1 March 2024, 125594.

3. Yanjuan Zhang, Yadong Ning, Caixia Lv, Zhihui Yu, Yu Wang, Guangye Wei, Jingkui Qu. Solid−Liquid Phase Equilibria in the Ternary MgCl₂−NiCl₂−H₂O System at 303−323 K. J. Chem. Eng. Data, 2023, 68:968−976.

4. Yinghong Wu, Yang Luo, Jingkui Qu, Walid A. Daoud, Tao Qi. Sustainable and shape-adaptable liquid single-electrode triboelectric nanogenerator for biomechanical energy harvesting. Nano Energy, 2020, 75: 105027.

5. Bingxu Dong , Yan Jia , Haiping Zhao , Qiaoyi Tan , Heyun Sun ,Chengying Jiang , Renman Ruan *.Evidence of weak interaction between ferric iron and extracellular polymeric substances of Acidithiobacillus ferrooxidans. Hydrometallurgy, Volume209, March 2022, 105817.

6. Haiping Zhao, Renman Ruan, Xiaopeng Niu, Li Li, & Enpu Zhang. (2021). A nanoscale qualitative study on the role of sodium hydrosulfide in oxidized carrollite flotation. 矿业科学技术学报,第31卷,(6), 1085-1093.

7. Yan Jia, Qiaoyi Tan , Heyun Sun , Yupeng Zhang, Hongshan Gao , Renman Ruan*. Sulfide mineral dissolution microbes: Community structure and function in industrial bioleaching heaps. Green Energy & Environment, Volume 4, 2019, Pages 29-37.

部分发明专利

1. 曲景奎，余志辉，沈晓博，吕彩霞.一种分步碱沉淀镍的方法.专利号:ZL201910069508.X。

2. 曲景奎，魏广叶，吕彩霞，齐涛. 红土镍矿浸出液的处理方法.专利号:ZL201910018386.1）。

3. 孟龙，魏广叶，沈晓博，余志辉，曲景奎. 一种短流程清洁回收三元电池材料中有价金属的方法.专利号：ZL 202111070437。

4. 贾炎、阮仁满等.一种硫化铜矿生物堆浸水喷淋启动的方法， 2015105367261，（2017年授权）；PCT-澳大利亚，2016311804，（2019年授权）。

5. 阮仁满，赵海平，牛晓鹏，董丙旭，贾先兵.一种不同氧化程度黄铁矿的制备方法.专利号：ZL202210047401.7。