綠色與冶金同行 積累與創新并進——記中國科學院過程工程研究所研究員鄭詩禮

本刊記者 周珈慧

起步：鉻鹽清潔生產技術研發與應用

鉻為國家重要戰略金屬資源，鉻鹽是重要基礎化學品，與國民經濟15%的商品品種有關。我國是鉻鹽生產大國，年產量占全球總產量的三分之一，但我國現行鉻鹽生產技術落后，鉻渣污染已成為社會廣泛關注的焦點，亟待研發源頭減污的清潔生產技術。

針對這一國家重大需求，在張懿院士指導下，鄭詩禮研究員從博士期間開始從事亞熔鹽鉻鹽清潔生產技術的研究。他的博士學位論文就是鉻鹽清潔工藝液相氧化過程的基礎研究與優化，在此基礎上團隊合作形成了鉀系亞熔鹽法鉻鹽清潔工藝與集成技術。該技術與傳統有鈣焙燒工藝相比，反應溫度由1200℃降低到320℃，主金屬鉻轉化率大于99%，較傳統工藝提高20%以上，在國內外首次實現了高毒性鉻渣零排放。通過與中國化工集團合作，在河南成功建成了萬噸級鉻鹽示范工程，并實現了長期穩定連續經濟運行，被評價為突破國內外現有技術的“行業革命”。國家高度重視該清潔生產技術，國家發改委將其列為循環經濟推薦技術，工業與信息化部將其列為“十二五”《鉻鹽行業清潔生產技術推廣方案》中的推廣技術，對采用該技術的工業建設項目給予中央財政資金補貼，目前正在進行3萬噸大規模產業化放大工程建設。鄭詩禮研究員因在該技術建立及產業化實施中的突出貢獻，獲2005年度國家技術發明二等獎。在技術研發及示范工程建設運行過程中，他的技術成果工程轉化能力得到了極大鍛煉和提高，為亞熔鹽技術的拓展奠定了堅實基礎。

溯源：亞熔鹽基礎研究支撐技術拓展

鉻鐵礦傳統1200℃高溫分解過程需添加礦量2倍的惰性填料，鉻轉化率僅為76%，大量未利用的鉻資源進入鉻渣，造成嚴重的鉻渣污染。而亞熔鹽介質可以在低溫下實現鉻鐵礦的高效分解，分解溫度僅需320℃，且不用添加輔料，鉻轉化率達99%以上。為什么亞熔鹽介質具有如此強大的分解效果？亞熔鹽介質能不能拓展至其它金屬礦物的處理？這都需要大量的應用基礎研究作支撐。

由于亞熔鹽非常規介質是高離子活度、高反應活性的強氧化性介質，難以采用傳統、單一方法進行系統研究。鄭詩禮研究員及其團隊集成電化學、物理化學、分子動力學、光譜學等多學科交叉方法，建立了原創性的亞熔鹽新化學體系基礎研究平臺，發現了亞熔鹽非常規介質產生的大量活性氧負離子在兩性金屬礦物資源分解中的關鍵作用，深化認識了亞熔鹽介質強化礦物分解的作用機理，支撐了亞熔鹽高效轉化兩性金屬礦物資源的全新化學體系的建立。研究成果不僅多次發表在Hydrometallurgy、AICh E Journal等化工冶金行業頂級期刊，還發表在Journal of Phy sical Chemistry B、Electrochimica Acta等權威物理化學期刊上，基礎研究成果引起極大關注。

發展：亞熔鹽技術拓展為共性平臺技術

兩性金屬資源具有化學共性，像鉻鹽行業一樣，其資源提取加工過程也一樣存在著資源環境約束瓶頸。在鉻鹽亞熔鹽清潔生產技術研發基礎上，鄭詩禮及其團隊將亞熔鹽核心技術拓展至具有化學共性的兩性金屬資源，建立了釩、鋁、鉭鈮等多套亞熔鹽清潔冶金新技術，取得一系列創新性成果，受到了國內外同行的關注。研究建立了釩鉻共生難處理資源亞熔鹽法釩鉻高效共提新技術，在反應溫度較傳統工藝降低400℃～600℃條件下，釩回收率提高15%以上，鉻回收率由不能回收提高至80%以上，解決了已有技術無法實現鉻回收的難題，為我國36億噸高鉻型釩鈦磁鐵礦開發利用提供了重要的技術支撐，目前正在進行千噸級示范工程調試運行；將亞熔鹽技術應用對象拓展至粉煤灰等含鋁大宗工業固廢，研究建立了亞熔鹽法粉煤灰綜合利用新技術，粉煤灰中氧化鋁回收率大于90%，不僅可消除粉煤灰大量堆存造成的環境危害，而且對緩解我國鋁土礦資源緊缺矛盾具有重要意義，現正進行千噸級示范工程建設；研究建立了亞熔鹽法鉭鈮清潔冶金新技術，將難處理鉭鈮礦的分解率由現行工藝的不足85%提高至95%，并可實現氟污染源頭削減，經濟環境效益明顯，該技術成果在“863”結題驗收為優（僅10%比例），并獲“863”滾動支持。上述成果產業化應用后，將顯著提升我國兩性金屬行業清潔生產技術水平。

希望：打造卓越團隊，實現技術成果產業化應用

要站到巨人的肩膀上并非易事，而要從塔尖上看到更廣袤、壯美的風景，亦遠非常人可以想象的。鄭詩禮的科研之路就是一條積累與創新并進的收獲之路。

作為課題組長，他組建了40余人的年輕科研團隊。鄭詩禮研究員常將自己多年從事科研的經驗體會與學生共勉：少一事不如多一事，做得越多學得越多，可干可不干時一定要干！作為這個團隊的負責人，他特別注重整個團隊的精心合作，因為他深知團隊是能做成大事的關鍵。他自己兢兢業業，追求創新，與學生們一起勤勉。鄭詩禮研究員目前已指導畢業碩士生15名，協助指導畢業博士生8名，與美國猶他大學Jan D Miller院士聯合指導博士生2名，所指導學生多次獲國家獎學金、院長優秀獎學金、寶鋼獎學金、優秀畢業生等榮譽。很多已畢業學生現在已成為所在單位的核心骨干。團隊中1人獲“中科院引進杰出技術人才”稱號。

“清潔生產區別于末端治理，是從源頭，即生產工藝上減少污染物的一種綠色化生產技術。隨著我國經濟和社會發展，富礦資源的日益枯竭，復雜的共伴生多金屬資源將成為我國資源開發的主體。而相對于其他冶金方法，濕法冶金更適于處理這種資源，未來應用前景非常廣闊。”鄭詩禮研究員如此定義和規劃自己的研究方向。他希望將來在堅實理論研究的基礎上，進行釩鈦磁鐵礦、鉻鐵礦、高鋁粉煤灰等兩性金屬資源綜合利用的應用推廣研究，致力于將現有技術成果產業化、規模化。