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资源利用及环境优化课题组
发布时间:2022-03-29

课题组组长:段东平

课题组简介:

课题组成立于20093月,以科学创建两型社会为己任,秉承从基础研究、应用研究走向科技成果产业化和工艺-装备集成创新的思想,经过十几年的发展,在火法冶金、湿法冶金、生物冶金、化工材料、装备优化等领域开展了一系列的研究和产业化工作,已经打造出一支致力于“环境友好途径下资源利用技术研究”的科研团队。

课题组以我国复杂难利用的金属矿产资源为研究和利用对象,以元素特性与成矿规律的关系为依据,研究分子结构成因及其调控机制,通过高温快速还原、热压氧化浸出、高值化功能材料合成、颗粒阻尼减振降噪等核心技术,对低品位金属矿物、多金属共生矿物、冶金二次资源、盐湖特种功能材料、噪音和振动严重的大型装备等科技难题开展了深入独到的研究工作,得到了国家重点研发计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金、中国科学院战略新兴产业、青海省重大科技攻关、北京市科技计划等项目以及地方政府和企业方面的支持,正在开展的有——“国家重点研发计划”盐湖化工产业区大宗废弃物循环利用集成示范、千吨级高纯氢氧化锶新技术及产业化、油田油泥砂生态治理关键技术及推广、高炉灰GERU法综合回收关键技术及产业化、新型环境净化与储能功能材料制备技术及应用等研究任务。特别以钡锶盐行业为切入点,重点开展新工艺、新材料、新产品研发,已经为行业、企业、政府提供了产业发展新思路。

课题组现有在职固定研究人员12人(其中研究员1人,副研究员7人,助理研究员4人),返聘和项目聘任人员4人,博士后3人,博士生和硕士生3人。

成员组成:

研究员:段东平

副研究员:周娥、钟莉、刘艳、陈思明、贾奇博、任玉枝、李婷

中级及其它:李焱、干科、张晓冬、高扬、张银萍、高进、石勇、王开利

博士后:李燕江、蔡晓娇、胡凯

研究方向与平台建设:

一、矿产资源与工业固废研究平台:


二、锶资源开发及锶功能材料反应平台:


三、高温冶金与氯化冶金工程平台:


四、环境优化与颗粒阻尼技术平台:


重点进展:

重点进展一:多面体钛酸锶功能光电材料研究

锶(Sr)是一种重要的战略金属元素,我国Sr储量居世界首位。钛酸锶(SrTiO3)是重要的光电转换材料,发展潜力巨大。为了提高SrTiO3的光载流子利用效率,通过优化反应结晶的过程,结合晶面工程调控技术与表面结构控制技术(Langmuir., 2021, 37, 27, 8095; Chem. Eng. J., 2021, 426:128989)成功制备了立方体、十八面体及二十六面体等一系列规则多面体SrTiO3单晶微纳米颗粒(Mater. Lett., 2021, 288:129338)。掌握了SrTiO3单晶颗粒从立方体到二十六面体等多种形貌全套制备技术。目前,可以实现立方体与十八面体SrTiO3晶体颗粒的规模化批量制备。

1 不同形貌SrTiO3颗粒(从左至右依次为:立方体,十八面体,二十六面体,笼状多面体)与晶面分布示意图

重点进展二:低碳智能化油泥砂生态治理技术及成套装备研发

含油污泥主要是石油勘探开发业和石油化工行业生产过程中产生的油泥、油砂,具有产生量大、含油量高、重质油组分高、综合利用方式少、处理难度大等特点。油泥砂属于《国家危险废物名录》中的非矿物油类(HW08),目前我国每年产生 500 余万吨油泥砂,堆存的含油污泥上亿吨,造成严重环境污染和石油资源的浪费。

针对这一行业难题,提出低碳/零碳排放的全湿法工艺及智能化、集成化、撬装型装备开发思路,核心技术是表面油污高效剥离、油水砂三相分离以及残油深度降解。目前,已设计制造出具有自主知识产权的5t/h油泥砂处理量的成套装备,并在中石油青海油田现场完成了吨级试验。油泥砂经处理后含油量由5%-30%降至0.5%,已申报专利4项。

新装备工艺的优势:在油泥砂处理过程中碳排放大大降低,与传统高温处理工艺相比,本工艺装备碳排放量降低90%以上,是典型的环境友好型低碳工艺装备;处理成本更低,青海油田现有处理费用875~1100/, 本装备处理成本<800/吨;处理后的尾砂含油率更低,目前处理厂的尾砂含油最低能够到达2%,本装备排出尾砂可降到0.5%;此外,本装备自动化智能控制模块系统先进,易于维护,处理效率高。

2 撬装式油泥砂处理装备的现场图

3 油泥砂实际处理效果

重点进展三:高纯氢氧化锶低碳高效生产新技术研究

我国锶矿资源储量居世界首位,但锶行业最大宗产品为碳酸锶(SrCO3),产品品质普遍较低,且生产工艺水平老旧,吨产品能耗和碳排放量过高,严重制约了我国锶行业发展。

通过对天青石矿物结构的深入剖析,自主研发出“高温快速还原”、“碱析结晶“、”碱液转化“、“碱熔球团”等系列技术,成功实现了天青石直接制备氢氧化锶(Sr(OH)2)。其过程受到国家自然基金委、青海科技厅、重庆大足区政府的资金支持,其成果得到了中国无机盐工业协会和重庆市、青海省的相关企业的认可,千吨Sr(OH)2中试生产线正在建设中。

重点进展四:颗粒阻尼减振降噪关键技术及其装备应用研究

颗粒阻尼是一种新型的振动噪音被动控制阻尼技术,该技术具有应用环境范围广、减振频带宽(0~6000 Hz均有效果)、耐久性好、可靠度高、对温度变化不敏感(在颗粒熔点以下均可正常使用)等诸多优点。自2009年我课题组已经在数控加工机械、大型冶金装备和动力机械装备等领域进行应用,不仅成功解决设备本身,即振源的减振降噪问题,提升设备振动噪音控制水平,延长设备使用寿命,而且大大降低了设备及厂区空间环境的振动噪音污染。近期,课题组承担了2021年度河北省重点研发计划项目“轨道工程减振降噪关键技术及应用示范”项目,提出颗粒阻尼耗能与弹性隔振的复合减振方法,重点解决现有轨道结构振动噪音大的问题,提升减振降噪水平。同时,与国内多家行业龙头企业开展隧道盾构装备、煤矿采煤装备等大型机械装备的颗粒阻尼减振降噪技术改造工作,在提升大型专用设备的可靠性、延长设备使用寿命的同时,改善设备操作空间环境。

科研成果:

获奖:

1. 萃取法提取千吨级高纯氯化锂及锂同位素分离成套装备及技术. 安徽省科学技术奖,2017年,一等奖(科技进步类)

2. 2017年获由中国科学院过程工程研究所颁发的年度“最佳科技成果转化奖”

3. 2012年获由中国科学院颁发的2011年度中国科学院院地合作先进个人(管理类)一等奖

4. 2010年获由中国产学研合作促进会颁发的2010年度中国产学研合作创新个人奖

5. 2010年获由中国科学院颁发的2009年度中国科学院院地合作先进个人(科技类)一等奖

代表性论文:

1. Qibo Jia, Yan Li, Li Zhong, Yan Liu, Dongping Duan*; The role of phase transfer catalysts on properties of polyamide thin-film composite forward osmosis membranes[J]. Chemical Engineering Journal, 2021, 426,128989.

2. Qibo Jia, Yan Li, Yan Liu, Dongping Duan*, Layer-Controlled Synthesis of a Silanol–Graphene Oxide Nanosheet Composite Forward Osmosis Membrane by Surface Self-Assembly[J]. Langmuir, 2021, 37, 8095.

3. Siming Chen, Dongping Duan*, Yan Liu, E Zhou, Hongliang Han, Xingwu Zou. High efficient Sr/S isolation for preparing Sr(OH)2 from celestite (SrSO4) direct in alkaline solution[J]. Journal of Central South University, 2019, 26(1): 219- 228.

4. Yan Liu, Yong Li, Dongping Duan. Binders and the bonding mechanism of fly ash and coke pelletization[J]. Int. J. Coal Prep. Util., 2019, vol.39: 159-168.

5. 段东平,韩宏亮,陈思明,周娥,钟莉,祁米香,邹兴武. 大风山天青石矿深加工路径的机理剖析[J]. 盐湖研究,201624(1)43-49.

部分发明专利:

1. 一种天青石矿高温静态还原-加压转化合成碳酸锶的方法.201410403699.6(已授权、已转让)

2. 一种粉煤灰喷射氯化的装置及方法. 202111069106.3(已授权)

3. 滑枕与含有该滑枕的滑枕结构.201410398531.0(已授权)

4. 填充颗粒阻尼的厚板轧机及其填充方法. 201510350488.5(已授权)

5. 一种钛酸锶单晶颗粒及其制备方法和用途.202011476109.4(已授权)

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