课题组组长：杜浩

课题组简介：

低品位多金属复杂矿产资源的高效清洁综合利用是国家重大战略需求和国际学术前沿，特别是以钒铬为代表的两性金属矿产资源氧化物矿相结构稳定、难分解，提取分离难度大，污染重，亟需绿色转型升级。

为破解我国特色两性金属矿产资源转化分离难题，课题组建立了以活性氧量化调控为核心的亚熔盐非常规介质化工冶金新理论，构建了亚熔盐非常规介质处理共伴生复杂两性金属资源的新技术与共性技术基础，开发了微气泡、电场、压力场等多种以活性氧调控为核心的矿物外场强化转化新方法，形成原创性钒渣亚熔盐法高效提钒集成技术，国际首次实现150℃以下钒渣中钒铬共提，并建成万吨级示范工程。课题组基于钒产业绿色化、高端化转型升级需求，研发资源绿色转化-高端产品短流程制备一体化原创核心技术，在高纯五氧化二钒、钒电解液制备技术上持续突破，开发全新的阳离子置换法制备高纯钒技术，助力河钢承钢实现高纯钒低成本清洁制造，所建千吨级产线产品国际市场占有率超40%。

课题组目前承担国家重点研发计划、国家自然科学基金、河北省重大成果转化、企业合作等项目。基于共性基础理论研究成果，同时注重关键技术研发和成套技术示范，与企业合作完成中试及产业化示范项目6项。

课题组现有在职固定研究人员5人（其中研究员1人，副研究员3人，助理研究员1人），返聘和项目聘任人员4人，博士生和硕士生约9人。

成员组成：

研究员：杜浩；

副研究员：王少娜、刘彪、吕页清；

中级及其它：潘博、贾美丽、国宇宁、李昊男、梁鹏。

重点进展：

重点进展一：基于活性氧量化调控的亚熔盐两性金属清洁生产平台技术

战略性金属资源如V、Cr、W等多以复杂低价难氧化矿物存在，矿相结构稳定，氧化提取难度大；成份复杂，定向反应分离选择性差。课题组以碱介质中复杂矿物原子经济性反应为目标，提出了以过氧氢根（HO₂^-）、羟基自由基（·OH）、超氧根自由基（·O₂^-）和单线态氧（¹O₂）等氧化能力更强的活性氧强化反应，提出差异化的活性氧量化调控规律。首次采用电化学-非线性光谱原位检测技术耦合量子力学/分子动力学模拟方法，发现高浓碱介质在热力学上有利于OH^-自解离生成O^2-，显著强化高键能的金属-氧键断裂，加速战略性关键金属氧化矿物解离；活性氧的生成主要由O^2-与O₂反应控制，可通过调控介质离子氛、温度场、拟均相介尺度结构等手段强化O^2-的生成，进而促进HO₂^-生成，实现低价战略性关键金属的高效氧化提取；基于活性氧量化调控，建立了以原子经济性反应为特色的亚熔盐两性金属清洁生产平台技术。

重点进展二：钒渣亚熔盐法高效提钒清洁生产技术

开发了以亚熔盐原子经济性反应-尾渣调质资源化利用为特色的钒渣亚熔盐法钒铬共提技术，建成国际首套万吨级钒渣亚熔盐法高效提钒示范工程，实现其工业规模长周期、稳定、高效运行。与传统的钒渣钠化焙烧工艺相比，亚熔盐工艺反应温度降低700˚C以上，钒资源利用率由80%提高至90%以上，铬资源利用率由完全不能回收提高至80%以上，源头避免了有害窑气、高毒性含铬危废的产生，尾渣可全量化利用。项目绿色制造指标大幅优化，经济效益显著，碳减排35.8%，基于此建成国内首个钒产业“绿色工厂”，形成绿色制造典型模式。

研究成果获得2019年河北省科技进步一等奖。

重点进展三：储能及航空航天用高纯钒短流程低成本制备技术

高纯钒是大规模储能用全钒液流电池及航空航天用钒铝合金等战略性新兴产业不可或缺的关键原料，涉及相关产业规模数千亿，其短流程清洁制备技术长期被国外封锁。针对高纯V₂O₅绿色制造这一行业共性难题，开发了具有完全自主知识产权的钙化除杂-铵化提纯-酸化精制高纯氧化钒绿色制造新流程，解决了现有高纯钒生产中存在的工艺流程复杂、产品质量波动大及环境代价高等行业共性难题，实现了高纯钒的工业化连续稳定生产，在河钢承钢建成千吨级/年高纯钒产线，产品合格率由80%提升至98%，生产成本降低30-40%，全球市场占有率达到40%以上。

项目获2021年河北省科技进步一等奖。

科研成果：

获奖：

1. 绿色低碳提钒关键技术及产业化应用，冶金科学技术奖，一等奖，省级，2021

2. 高纯钒材料绿色制造技术及产业化，河北省科学技术进步奖，一等奖，省级，2021

3. 高纯V₂O₅绿色制造关键技术及产业化，北京市科学技术进步奖，二等奖，省级，2020

4. 非均相反应体系中活性氧的原位测定方法研究及应用，中国分析测试协会科学技术奖，一等奖，省部级，2020

5. 钒铬共提清洁生产关键技术及产业化应用，河北省科学技术进步奖，一等奖，省级，2019

6. 亚熔盐清洁生产技术与资源高效利用，石油和化工科技进步奖，三等奖，部委级，2019

7. 钒化工固废资源化利用技术与产业化应用，冶金科学技术奖，二等奖，部委级，2015

8. 提钒尾渣资源化及高值化利用，河北省科学技术进步奖，二等奖，省级，2014

专著

1. Hao Du, Xihui Yin, Orhan Ozdemir, Jin Liu, Xuming Wang, Shili Zheng, and Jan D. Miller, Chapter 4 Molecular Dynamics Simulation Analysis of Solutions and Surfaces in Nonsulfide Flotation Systems, Molecular Modeling for the Design of Novel Performance Chemicals and Materials, Beena Rai, CRC Press, Taylor & Francis Group, 2012, P108-151, United States

2. 张懿，曹绍涛，杜浩，李会泉，马淑花，齐涛，王少娜，王晓辉，徐红彬，薛天艳，阎文艺，张亦飞，郑诗礼. 亚熔盐清洁生产技术与资源高效利用，北京：化学工业出版社，2016年8月，795千字，ISBN：9787122259400

代表性论文

1. Chenjie Han, Yeqing Lyu, Shaona Wang, Biao Liu, Yi Zhang, Hao Du*. Role of Noncovalent Interactions on the Electrocatalytic Oxidation of Ethanol in Alkali Metal Hydroxide Solutions[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2022, 14(4): 5318-5327.

2. Jianzhang Wang, Shaona Wang, Afolabi Olayiwola, Na Yang, Biao Liu, Jan J.Weigand, Marco Wenzael, Hao Du*. Recovering valuable metals from spent hydrodesulfurization catalyst via blank roasting and alkaline leaching[J]. Journal of Hazardous Materials, 2021, 416: 125849.

3. Feng Gao, Afolabi Uthmon Olayiwola, Biao Liu, Shaona Wang, Hao Du*, Jianzhong Li, Xindong Wang, Donghui Chen, Yi Zhang. Review of vanadium production part I primary resources [J]. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, 2021:1-23.

4. Bo Pan, Biao Liu, Shaona Wang, Marco Wenzel, Jan J.Weigand, Man Feng, Hao Du*, Yi Zhang. Ammonium vanadate/ammonia precipitation for vanadium production from a high vanadate to sodium ratio solution obtained via membrane electrolysis method. Journal of Cleaner Production, 2020, 263(121357):1-9.

5. Yeqing Lyu, Yaru Wang, Shaona Wang, Biao liu, Hao Du*. Potassium Hydroxide Concentration-Dependent Water Structure on the Quartz Surface Studied by Combining Sum-Frequency Generation (SFG) Spectroscopy and Molecular Simulations, Langmuir, 2019, 35: 11651-11661.

部分发明专利

1. 杜浩，王少娜，刘彪，王新东，李兰杰，赵备备，王海旭. 一种钒渣提钒协同控制尾渣中钠含量的方法. 中国发明专利，申请号：202010543413.X. 授权日期：2021年11月30日

2. 杜浩，刘彪，王少娜，吕页清，王新东，李兰杰，耿立唐. 一种从钒渣中提取钒和铬的方法. 中国发明专利，申请号：202010554898.2. 授权日期：2021年11月26日

3. 刘彪，杜浩，王少娜，吕页清，王新东，李兰杰，耿立唐. 一种从铬泥中提取钒和铬的方法. 中国发明专利，申请号：202010554736.9. 授权日期：2021年11月26日

4. 杜浩，刘彪，王少娜，郑诗礼，潘博，王欣然. 一种从钒酸钠溶液中电解制备偏钒酸铵的方法. 中国发明专利，申请号：201710372631.X. 授权日期：2021年11月9日

5. 刘彪，杜浩，王少娜，郑诗礼，潘博，王欣然，一种由钒酸钠溶液制备钒酸铵钠的方法，中国发明专利，申请号：201710372589.1. 授权日期：2021年7月5日