课题组组长：王志

课题组简介：

中国科学院过程工程研究所绿色冶金与产品工程课题组针对战略金属资源循环利用过程反应效率低、分离流程长、产品附加值低等共性问题，以“绿色化、高值化、无害化”为目标，通过开展多元多尺度相态设计、界面传递过程强化与产品构效调控过程研究，建立新技术、新工艺、新装置，开发新材料、新产品。在高效结晶绿色过程、电化学增值冶金、资源材料短流程一体化和能源金属循环再生等方面取得了创新成果，初步形成了二次资源绿色分离与高值利用技术创新链，主要研究方向包括：（1）外场强化增值冶金，（2）精深分离高纯材料，（3）重金属危废微晶固化，（4）高端能源材料短程制造。

课题组现有在职固定研究人员7人，返聘和项目聘任人员2人，博士生和硕士生约30人。

成员组成：

研究员：王志、曹建尉、王东

副研究员：公旭中、钱国余、刘俊昊

高级工程师：汪玉华

中级及其它：崔振杰、宋文凤

重点进展：

重点进展一：高纯产品反应结晶/电结晶过程强化技术

在多年化学品氧化铝的研发基础上，开发了反应结晶耦合制备5N高纯氧化铝技术，产品具有纯度高（5N），Fe、Si、Na等杂质含量均小于3ppmw，并且粒度分布集中可控，产品质量稳定。关键技术包括：原料预处理技术、反应结晶定向诱导控制技术、晶体生长控制技术、介质循环技术、过程污染控制与装备集成技术。掌握了高铝粉煤灰中镓富集、提取、精炼集成技术，解决了从低镓、高杂质体系中直接电解提镓的难题，实现了镓的高效提取，一次镓提取率80%以上，镓纯度99.9995%以上，有效支撑光电子器件、集成电路等产业。

产业化工程现场

高铝粉煤灰提镓中试线和高纯镓产品

重点进展二：冶金废渣整体利用功能转化技术

项目构建以新能源固废、垃焚烧飞灰、热解焚烧灰渣、铬渣、放射性稀土尾渣等危废（HW17、HW18、HW21等）为原料的专属玻璃化材料体系，通过微晶玻璃结构体系中的非晶网络、晶格、微观组织等多尺度结构协同固化多元重金属与非金属危害离子，达到重金属离子与非金属危害离子永久、稳定固化，基于无害化安全处置开发了高品质宏量熔融均化、亚稳玻璃稳定化、多型晶相动态晶化、玻晶结构-固化稳定性-理化性能构效关系调控等玻璃固化体资源化循环利用技术，实现了危废/难处理固废无害化处置协同资源化循环利用。

纳微晶玻璃固化体/产品

示范工程

重点进展三：光伏硅基固废循环再生制备UMG-Si技术

研发了硅合金熔析体系多元痕量杂质元素靶向重构与湿法化学除杂短流程制备UMG-Si新技术，形成废硅料金属精深分离高值化利用新工艺。再生硅产品（UMG-Si）纯度大于 99.99 wt.%，其中B含量2~10 ppmw、P含量低于30 ppmw、金属杂质低于50 ppmw，精炼时间缩短30%以上，回收率达到70 %，单位产品电耗3500~4500 kW•h，相关技术在山东山田磨料有限公司、河南易成新能源股份有限公司等公司实现放大验证与应用，建成万吨级工程示范，

万吨级光伏废硅料制备再生硅示范工程

重点进展四：高端能源材料短流程制备技术

开发了电致热冲击高性能锂电硅纳米线基负极材料技术。针对硅废料粒度细（~1 μm）、氧化膜包裹和微量杂质夹带造成其高值化利用难的问题，利用开发的可控电致热冲击技术，充分发挥硅废料氧化膜的限域作用，通过闪速加热和淬冷提供大梯度热场（~10⁵ K/s）驱动受限空间内硅原子的定向扩散来合成硅纳米线，一步实现从光伏硅废料到高硅含量纳米线电极的无催化剂高效制备。作为锂离子电池自支撑电极半电池首效高达89.5%，循环超500次容量仍大于2300 mAh/g；与商业NCA正极搭配组装全电池进行恒流充放电测试，在0.2 C的倍率下循环100圈能量密度仍大于450 Wh/kg。

电致热冲击合成硅纳米线产品

电致热冲击合成的硅纳米线自支撑电极半/全电池性能

科研成果：

获奖：

1. 超冶金级硅（UMG-Si）短程制备关键技术及应用. 中国有色金属工业协会科学技术奖，2019年，一等奖

2. 中国产学研合作创新奖，2016年

3. 基于合成气H₂/CO可调的煤—天然气共气化原理及关键技术基础. 中国化工学会科学技术奖，2021年，二等奖

4. 低碳节能流态化还原炼铁关键技术基础. 教育部高等学校科学研究优秀成果奖，2020年，二等奖

代表性论文：

1. Guoyu Qian, Yiwei Sun, Zhi Wang*, Kuixian Wei, and Wenhui Ma. Novel Application of Electroslag Remelting Refining in the Removal of Boron and Phosphorus from Silicon Alloy for Silicon Recovery. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2021, 2021, 9: 2962-2974. 

2. Wenfeng Song; Jianwei Cao*; Zhi Wang*; Xinhui Geng; Jinshan Lu; Glass-ceramics microstructure formation mechanism for simultaneous solidification of chromium and nickel from disassembled waste battery and chromium slag, Journal of Hazardous Materials, 2021, 403: 123598. 

3. Wang Hongqi, Zhi Wang*, Guo Jianwei, Shi Zhihao, Gong Xuzhong, Cao Jianwei. Boehmite Preparation via Alditols-Interacting Transformation of Metastable Intermediates in Al-H₂O Reaction Crystallization. Crystal Growth & Design, 2017, 17:183-190. 

4. Jijun Lu, Siliang Liu, Junhao Liu*, Guoyu Qian, Dong Wang, Xuzhong Gong, Yida Deng, Yanan Chen*, Zhi Wang*, Millisecond conversion of photovoltaic silicon waste to binder-free high silicon content nanowires electrodes, Advanced Energy Materials, 2021, 11: 2102103.

5. Pang Sheng, Yan Yang, Wang Zhi*, Wang Dong*, Li Shijian, Ma Wenhui, Wei Kuixian. Enhanced separation of different layers of photovoltaic panel by swelling of EVA in microwave field. Solar energy materials & Solar cells. 2021,230, 111213

部分发明专利：

1. 王志，钱国余，王东，庞昇. 中国发明专利：晶体硅切割废料制备超冶金级硅的方法，ZL: 201911363667.7

2. 王明涌，王志，周春月. 中国发明专利：一种湿法化学-电化学组合精炼制备高纯镓的方法，ZL: 201910547350.2

3. 曹建尉，邹传明，王志，王东，赵明智. 中国发明专利：一种晶硅切割废料协同煤矸石制备多孔微晶材料的方法及用途，ZL: 201910953697.7

4. 王志，杜冰，孙丽媛，王明涌. 中国发明专利：一种电场强化熔渣精炼提纯硅合金的方法，ZL: 201510118143.7

5. 王志，杜冰，孙丽媛，曹建尉，公旭中. 中国发明专利：一种电渣重熔与合金熔析精炼同步提纯工业硅的方法，ZL: 201510118113.6