技术成果

我国磷与稀土资源分离技术取得重大突破

稀土被称为“工业维生素”和神奇的“新材料宝库”，是当今世界各国发展高新技术和国防尖端技术、改造传统产业不可缺少的战略物资。稀土金属已广泛应用于航空航天、军事、电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等十多个领域，发挥着现代工业“维生素”的作用，产生出巨大的辐射经济效益，国际上称这些技术为“稀土依赖性技术”，即没有材料可以替代稀土材料来实现这些重要技术。美国国防部公布的35种高技术元素中包含除钷以外的全部16种稀土元素，日本科技厅也把16种稀土元素列入26种高技术元素的范围，美、俄、德、日、法、瑞士等国都十分重视稀土材料的研究和开发，并以此带动许多相关高新技术产业。

近日，北京矿冶科技集团冯林永博士开发的含稀土磷矿中伴生稀土分离技术取得重大突破。该技术基于传统湿法磷酸生产工艺，在湿法磷酸生产过程中分离并富集伴生的稀土元素。即在传统的湿法磷酸工艺之硫酸酸解前，先加入稀磷酸(磷酸工艺的返酸)进行酸解，通过控制酸解条件，可抑制稀土的溶出，实现稀土与磷钙的选择性溶出，即将钙和磷溶出，而稀土富集在渣中，最好条件下可将90%以上的稀土抑制在浸出渣中，与磷精矿比，渣中稀土富集比可达4～5倍，该工艺均无需加入任何添加剂，能彻底解决二水物法中稀土过度贫化和分散损失的难题，实现磷酸生产与稀土综合回收的有机衔接，从而为从含稀土磷矿中综合回收稀土提供了适应湿法磷酸生产、经济回收稀土的技术方案。

“复杂多金属铁闪锌矿绿色高效炼锌新技术”被评为国际领先技术

近日，在中国有色金属工业协会组织召开的成果评价会议上，由云锡文山锌铟冶炼有限公司、中国恩菲工程技术有限公司、昆明理工大学共同完成的“复杂多金属铁闪锌矿绿色高效炼锌新技术”被评价为“整体技术达到国际领先水平”。

目前，该技术已应用于公司设计的云锡文山10万t锌、60t铟冶炼技改项目。该项目在国内首次采用此种赤铁矿除铁工艺技术，于2018年11月24日产出锌锭，2019年7月实现达产。从2012年到2018年，从机理研究、小型试验、中试、半工业试验到工业化应用，三家单位经过长达6年的持续技术攻关，合力攻克了“还原浸出-赤铁矿除铁-铁渣资源化”技术难点，掌握了整套新技术，并成功研制出全套装备。该技术具有“环境友好、资源节约、能耗低、综合回收率高、渣资源化、工艺技术先进、装备自动化”的显着优势，为复杂多金属铁闪锌矿的高效处理提供了新的技术选择。项目达产后，主要技术经济指标优于常规锌冶炼工艺，成为实现矿产资源就近开发利用和经济可持续发展的典范。

赤泥堆场无土原位修复技术助力铝工业生态文明建设

该技术以赤泥的土壤化改良为基础，结合植物修复和微生物修复的手段，在赤泥堆场中构建完整的生态系统，加速堆场的土壤化进程。该技术成果一是结合盐碱调控、团聚体构建、养分调理等多重修复手段，快速实现赤泥的土壤化；二是联合引入优选的耐盐碱植物和微生物，通过先锋作物和微生物的生长繁衍和后期乡土作物的定居生长，在赤泥堆场构建完整的生态群落，提高了生态系统的可持续性和稳定性；三是修复后的赤泥土壤轮种牧草、经济作物(冬小麦)，实现赤泥堆场还耕再利用。

该技术打破了传统的赤泥堆存方式，首次实现了高温拜耳法赤泥堆场的无土原位修复及其还耕利用，填补了国内赤泥堆场无土原位生态修复的技术空白,并较常规客土覆盖法修复成本节约30%～40%，每万亩可节约1.2至2.3亿元。赤泥堆场无土原位修复技术对土壤的修复效果好、应用范围广、修复成本低，市场推广前景非常广阔。企业依托修复的赤泥堆场，可将其打造成绿色生态、循环经济的示范园区，为铝工业可持续发展提供了坚实保障。

2018年，在某企业赤泥堆场开展了3 000 m2的赤泥堆场无土原位修复技术示范工程，并在修复的赤泥堆场上采用夏秋季种植牧草、冬春季种植小麦的轮种方式对土地进行利用。收获的先锋牧草作物无机污染物指标符合GB 13078—2017《饲料卫生标准》要求；收割的冬小麦食品安全检测重金属含量符合GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》要求。

金环磁选联合赣研所对钨细泥回收技术进行攻关获得成功

江西浒坑钨业有限公司原钨细泥回收采用2台湿式平环强磁选机进行预富集，由于该设备使用多年以来，存在线圈老化，齿板介质容易堵塞等技术难题，导致钨回收率低，精矿含泥多，造成了生产不连续。

对此，金环磁选设备有限公司联合赣州有色冶金研究所原工艺装备进行技术攻关，力争采用1台SLon-1250T(1.3)立环脉动高梯度磁选机代替2台原平环强磁选机。通过试验表明，在给矿品位略有下降的情况下，采用单台SLon立环高梯度磁选机回收钨细泥，回收率达到62.99%，比原来2台平环磁选机作业回收率高出7.69%。同时，SLon立环磁选机精矿不含泥，使后续浮选作业指标明显提升，且设备运行整体稳定。目前，通过改造后一个月的实际情况来看，细泥段钨精矿产品已经增产约1.3个标吨，整个选厂钨回收率上升了1.7%。

该工艺主要是在原生产流程的基础上，稍加进行技术改造，通过立环磁选机代替平环磁选机取得了优异的指标，不仅为企业有效增创了效益，减少了生产成本，也更进一步验证了立环磁选机代替平环磁选机的可行性，为江西钨业控股集团旗下更多的钨矿山提高选矿指标提供了参考。

绿色高效稀土催化剂为“大烟囱”强力去污

日前，内蒙古希捷环保科技有限责任公司(以下简称“希捷环保”)自主研发生产的稀土基脱硝催化剂已安全使用超过24000h，性能稳定，仍在安全运行中。

全新的SCR烟气脱硝装置采用高尘型工艺设计，反应器布置在省煤器与空气预热器之间，SCR反应器内布置4层催化剂，每层排布5×9个模块，每个模块内72条产品。经过测试，脱硝效率与氨逃逸、SO2和SO3转化率、反应器整体烟气阻力、氨耗量等指标都考核合格。

稀土基脱硝催化剂的活性成分是由镧、铈、钇等稀土元素氧化物和其他过渡金属氧化物组成，以钛基陶瓷为第一载体、钛锆复合金属氧化物为第二载体，利用稀土元素具有在未充满电子的4f轨道结构内，作为催化剂活性成分使用时，表现出电子“存储器”的性质，有效地储存伴氧空位形成产生的自由电子，进而充分促进分子氧的吸附和活化。产品彻底摆脱了传统催化剂五氧化二钒的成分，还针对钒基脱硝催化剂的各项性能进行了优化。

首先，团队通过Zr4+等助催化离子掺杂，进行了结构与缺陷调控，首次发现材料结构缺陷会引发催化剂表面酸性位变化，进而提出多元氧化物同时存在B、L酸性位的新假说，拓宽了催化剂活性温度窗口。其次，技术团队突破了传统催化剂支撑体仅限于骨架功能的概念。提出多相蜂窝陶瓷，由于多孔薄壁的特点，大大增加了载体的几何表面积并改善了抗热冲击性能，是催化载体的好材料。并根据此特性，发明了助催化脱硝功能的Al2TiO5-TiO2-SiO2多相蜂窝陶瓷支撑体，利用国产TiO2、SiO2、Al2O3为原料通过化学修饰、纳米改性和引入非化学计量，使得支撑体的表面结构缺陷氧空位增加、表面酸性提高、比表面积加大、脱硝活性增强，支撑体的强度增加、热膨胀系数大大降低。

我国造出新型平面化锌锰微电池

近日，中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组研究员吴忠帅团队发展了低成本、规模化的丝网印刷技术，制备出优良的二次水系平面化锌锰微型电池。相关进展发表在《国家科学评论》(National Science Review)上。在同期期刊上，韩国蔚山国家科学技术究院(UNIST)微型储能专家Sang-Young Lee为该文撰写点评文章“可规模、更安全、可印刷的锌锰平面微型电池可广泛应用于智能电子器件”，对该工作进行了评价。

平面化微型电池具有高度集成一体化的特点，克服了传统三明治构型电池体积大、机械柔性差、弯曲状态下界面易分离等缺点，是非常具有发展前景的一类新型可穿戴电子器件功率源。为了进一步提高电池功率源的安全性能，研究人员正在积极开发高安全水系电解液取代可燃性有机电解液，构建安全性高的水系平面化微型电池。其中，得益于电极材料的丰富储量，锌锰水系电池备受关注。然而，目前发展与集成电子器件高度兼容的高安全、低成本平面锌锰电池关键制备技术仍然非常缺乏。

为解决这一问题，该团队发展了一种低成本、简单高效、规模化的丝网印刷技术，成功制备出兼具良好机械柔性、高安全和长寿命的新概念水系平面化锌锰微型电池。科研人员首先以二氧化锰、锌粉、石墨烯为功能材料，分别配置出锌锰电池的正负电极和石墨烯集流体触变性油墨；然后采用多步丝网印刷的方法，实现了平面化锌锰微型电池简单、低成本的规模化制备。该锌锰电池不仅具有环境友好、高安全的特点，而且表现出了超长的工作寿命，在5C的电流密度下循环1 300圈仍能保持83.9%的比容量，同时兼具良好的机械柔性和性能一致性。

此外，印刷基底的多样性可满足不同应用场景的需求。重要的是，丝网印刷是工业上已成熟的技术，因此该工作提出了一种非常有工业应用前景的规模化制备平面化锌锰微型电池的方法，也为其他平面化柔性储能器件的发展提供了新思路。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目等的资助。

我国科学家研究出一种分米级单晶薄膜的制备新方法

为开辟硅基电子器件之外的新途径，基于量子材料的新器件研究成为前沿热点。作为量子材料的重要分支，二维量子材料厚度只有原子级且量子效应显著，大面积、高质量的二维单晶制备是实现二维器件规模化应用的核心关键，然而晶格的非中心反演对称性给二维单晶生长带来了极大挑战。

在量子调控与量子信息重点专项资助下，北京大学刘开辉课题组与合作者设计出一种具有特殊台阶方向的非中心反演对称性的单晶晶面Cu(110)/<211>,利用其台阶边缘与六方氮化硼晶畴中硼型和氮型锯齿形边界耦合强度的能量差打破晶畴在衬底表面取向的对称性，从而实现对六方氮化硼晶畴单一取向的控制生长，并无缝拼接为分米级单晶薄膜。研究还结合原位生长技术与理论计算对生长过程进行了深入动力学研究，提出了全新的生长机理。该研究工作提供了一种制备二维单晶的普适方法，为二维器件规模化应用奠定了基础。

超薄新型太阳能电池结构转换效率接近20%

纳米科学和纳米技术中心(C2N)的研究人员与德国Fraunhofer ISE的研究人员合作，通过在纳米结构背镜上制成205 nm厚的GaAs超薄吸收层的新型太阳能电池结构，获得了接近20%的高转换效率。

到目前为止，具有20%效率的最先进的太阳能电池需要至少1 μm厚的半导体材料层(GaAs，CdTe或铜铟镓硒)，或者甚至40 μm或更厚的硅材料层。厚度减少从而缩短了沉积时间，进而节省了诸如碲或铟等稀缺材料的用量。但是，减薄吸收剂会随之减少阳光的吸收和转换效率。电池背面的平面镜具有双向吸收通路，但其本身并不能吸收。以往的捕获光的方式使得太阳能电池在光学和电学损耗方面的性能受到很大限制。

由StéphaneCollin和Andrea Cattoni领导的研究小组的研究人员与Fraunhofer ISE合作，在纳米科学和纳米技术中心- CNN(CNRS /巴黎- 萨克莱大学)的研究小组中开发了一种通过205nm厚的Ⅲ-Ⅴ族半导体砷化镓来捕获光的新方式。主要是制造纳米结构的背镜，以在太阳能电池中产生多个重叠共振，即为法布里- 珀罗和导模共振。它们限制光在吸收器中停留更长时间，尽管材料量很少，但仍能实现有效的光学吸收。由于存在无数共振，在从可见光到红外的太阳光谱的大光谱范围内吸收得到增强。控制纳米级背镜的制造是该项目的一个关键方面。团队使用了纳米压印光刻技术，是一种廉价，快速和可扩展的技术，用于压印溶胶- 凝胶衍生的二氧化钛薄膜。

发表在Nature Energy上的研究成果表明，这种架构在短期内应能实现25%的效率。即使现在还不确定该项技术的极限是多少，研究人员仍然确信厚度可以进一步减少至少两倍而不会降低效率。GaAs 太阳能电池受成本制约在商业化应用上还存在一定限制，因此研究人员已将这一技术概念扩展到由CdTe、CIGS或硅材料制成的大型光伏器件上。