“稀贵金属绿色回收与提取”北京市重点实验室

 

2013年,稀贵金属绿色回收与提取北京市重点实验室获批成立。实验室依托北京科技大学冶金工程学科,并与本校材料科学与工程、生态科学与工程学科等学科交叉,为实现稀贵金属有效循环利用、合理配置资源、缓解资源环境压力、推进可持续发展提供关键技术支撑。实验室主任为张立峰教授,以邱定蕃院士、周国治院士及长江学者、国家杰出青年基金获得者等组成了实验室的学术委员会。
实验室现有固定研究人员(在编)28人,其中教授、研究员16人,副教授6人。其中包括“长江学者奖励计划”特聘教授1名、国家“杰出青年基金”获得者1名、国家级“百千万人才工程”入选者2名、科技部创新领军人才1人、中组部“青年千人计划”学者2名、中组部青年拔尖人才1名、“长江学者奖励计划”青年学者1人、基金委优秀青年科学基金项目获得者1名。2015年投入1500多万用于设备的购置和其他方面的应用,现在实验室拥有50万元以上设备25台/套,总价值近2000万元。
实验室针对国家资源环境的重大需求和前沿科学问题,瞄准国际前沿方向开展一系列系统深入的前瞻性和战略性研究工作。近三年来共承担或完成国际合作项目8项,国家项目28项,省部级项目23项,企业课题60余项。其中国际合作经费1154.2万元,国家及省部级项目经费共计经费5280万元。在国内外权威期刊上发表SCI、EI检索论文250余篇,获授权国际专利4项、授权国内专利65项。
在国家级、省部级及校企合作项目的支持,解决了一系列国家重大技术难题,其中在废旧线路板铜和贵金属绿色回收、废杂铜制备高品质黄铜合金技术及产业化、电磁冶金法回收和精炼光伏用多晶硅、大蒜渣生物吸附材料回收稀贵金属等领域取得突出的成果,近三年来获得省部级科技奖5项。所获成果在多家企业成功应用,推动行业技术进步,通过技术服务社会,在冶金行业内为国家经济和社会发展做出了巨大贡献。
代表性研究成果:
(1)废旧线路板铜和贵金属绿色回收工艺
张深根教授团队深入开展了废旧电子电器绿色处置、无氰全湿综合回收贵金属等关键技术研究,攻克了“绿色拆解”、“高值核心部件(电路板)破碎分选”、“铜和贵金属绿色提取”等三大共性关键技术和装备,实现了产业化。项目完成历时七年,共申请了专利22项,其中授权的中国发明专利12项和授权的实用新型专利8项、国际PCT专利1项和美国专利1项,形成了废旧电子电器拆解、处理、分选和深加工的专利群技术和装备。依托本项目成果在合作企业建立了年处理“120万台四机一脑柔性拆解”、年处理“6万吨废旧线路板破碎分选”、年电解“20万吨阴极铜”和年提炼“100吨贵金属”四条示范线,经济、社会和环保效益十分显著。项目成果获得2014年度北京市科学技术奖一等奖

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(2)废杂铜制备高品质黄铜合金技术及产业化

本技术由王成彦教授、张立峰教授与宁波长振铜业有限公司共同研究开发,项目组集成创新了废杂铜精细化预处理工艺和设备配置,研发了针对性配方,不仅大幅提升了废杂铜的处理工效,保障了产品质量和性能的稳定,且实现了二次资源的有效利用;发明了废杂黄铜熔炼制备易切削黄铜用除铁精炼剂,实现了保锌除杂和黄铜制品成分的精确控制;成功研发了双联体并联熔炼炉及机械捣料搅拌等熔铸成套装备,日均产量提升45%,单位能耗下降12.5%,设备自动化程度高、热能利用效果好;项目提出了黄铜合金塑性变形的微区调整和控制技术,提升了铜合金产品的力学性能,实现了高精密近终形异型材的直接制备。项目集成创新了铜线和铜棒连续自动化生产技术,并已建成了10万吨/年产能的高精密易切削黄铜材生产线,实现废旧黄杂铜回收率98.6%、平均熔铸出铜率97.4%、平均加工综合成材率81%等技术指标。获得2016年度中国循环经济协会科学技术奖一等奖。

 

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(3)低浓度SO2资源化经济利用新技术集成与示范

王成彦教授与云南云铜锌业股份有限公司共同开发了一种含低浓度二氧化硫烟气的脱硫方法,建成了2套处理5万Nm3/h低浓度二氧化硫烟气的工业化生产线和配套的吸收氧化渣处理生产线。取得了二氧化硫吸收率和固体颗粒物吸收率达到98.99%和85.69%,硫酸尾气烟气浓度中二氧化硫≤153.42mg/Nm3,颗粒物≤7.86mg/Nm3,挥发窑尾气烟气浓度中二氧化硫≤180.11mg/Nm3,颗粒物≤66.85mg/Nm3的优异指标。发明了亚硫酸锌浆液的催化氧化方法,在用空气高效氧化亚硫酸锌的同时,实现了浆液中氟(F)、氯(Cl)离子的耦合共沉淀。工业生产取得了次氧化锌粉中锌吸收转化率大于75% 的优异指标。该技术获中国有色金属工业协会科技进步一等奖。
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(4)电磁冶金法回收和精炼光伏用多晶硅的技术

    张立峰教授团队电磁净化去除金属中的夹杂物领域进行了大量的理论、实验研究,论证了高频电磁场作用下SiC、Si3N4夹杂物的运动行为特征,获得其受控机制,具体结论为:(1)电磁场作用下大尺寸夹杂物容易被捕捉,富集至坩埚侧壁、底部,小尺寸夹杂物在其上沉积、富集,延长电磁净化时间可以提高小尺寸夹杂物的去除效果;(2)电磁净化效果不受硅熔体中夹杂物浓度影响,随着电流频率、线圈电流强度、处理时间等参数的增加而显著提高,最大值可达99%;(3)获得硅液中非金属夹杂物的捕捉数学模型,模拟结果与实验结果吻合良好。相比其他技术,电磁净化技术具有高效、清洁环保、容易控制调整电流和磁场的方向等优点,可有效精炼制备光伏用多晶硅材料。近三年来,出版专著《太阳能级多晶硅的精炼方法》,发表SCI、EI论文12篇,申请专利10项。

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(5)大蒜渣生物吸附材料在稀贵金属回收领域的应用

黄凯副教授团队以大蒜渣为基础原料,开发成功一系列产品,可高效吸附金铂钯、重金属、地下水含氟砷。目前成功完成了中试化生产线的建设,目前较为成熟并正大力推广应用的技术项目为:(1)电子垃圾中贵金属选择性提取新技术。针对电子垃圾中的有价金属,提出了一条全湿法提取其中有价金属的新工艺技术,对其中的金、铂、钯等贵金属,主要采用生物吸附提取方法予以深度分离、回收,目前正在国内多家厂家开展推广试用中。(2)电镀废水无渣化处理新技术。基于大蒜渣吸附技术,将稀浓度金属离子富集浓缩几十倍,再经过萃取、电解即可经济、高效地得到纯金属,一举解决该领域难题,为电镀废水的净化、稀浓度金属资源化回收提供了一条可行的技术。(3)农田重金属污染土壤淋洗新技术。采用大蒜渣吸附脱除淋洗液中的重金属,实现淋洗药液的循环使用,使淋洗法成本显著降低,成为治理农田重金属污染的经济高效技术。近几年,该技术研发过程中,发表论文12篇,申请专利10项,授权8项。