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打破鎵鍺儲備危機!他和團隊實作了三稀金屬同步回收的重大突破

2024-01-27科學

56歲離開工作生活了32年的北京來到福州開始「二次創業」,60歲剛過花甲之年被授予「國家卓越工程師」稱號……近期在「國家工程師獎」表彰大會上有這樣一位獲獎人十分惹人矚目,他就是紫金礦業集團股份有限公司首席科學家、福州大學紫金地質與礦業學院教授蔣開喜。

提起有色金屬冶金領域,蔣開喜的大名可謂是無人不知、無人不曉。

三十多年如一日,他致力於解決中國有色冶金工藝落後、能耗高、汙染物和碳排放高等問題,帶領團隊實作了4項技術國際領先、2項技術國際先進,為中國有色金屬安全保供和低碳發展作出了重要貢獻,是中國有色冶金新技術和工程轉化研究領域不折不扣的頂級專家。

蔣開喜被授予「國家卓越工程師」稱號

從東北到東南

提起蔣開喜與有色金屬冶金領域的淵源,就不得不提到他的母校——東北大學。

1978年,國家恢復高考的第二年,15歲的蔣開喜順利考入東北工學院(東北大學前身),學習有色金屬冶金專業。大學4年間,他在這一領域研究中積累了紮實的專業基礎,並堅定了今後在有色金屬冶金方向持續深耕的決心。

1982年,大學畢業後的蔣開喜被分配到貴溪冶煉廠當技術員,離開了象牙塔,在工廠裏蔣開喜的所見所聞徹底顛覆了他的固有認知。當時,廠子裏因為技術器材比較落後,就從日本引進了一批先進的銅冶煉技術和裝備,看到這種情況,蔣開喜受到了極大的震撼。「中國的有色金屬冶金事業在研究器材領域至今仍受制於人。」蔣開喜說。他認識到:要改變中國有色冶煉技術和裝備落後面貌,就必須掌握更多更深的有色金屬冶金專業理論知識。就這樣,蔣開喜於1990年漂洋過海,遠赴德國亞琛大學攻讀博士學位。

在德國這段時間,蔣開喜接觸到了更多有色金屬冶金領域的先進器材,並如饑似渴地吮吸著這一領域的理論知識,在這一方向上收獲了極大的成長。1995年,博士畢業後的蔣開喜學成歸國,開始正式投身到中國的有色金屬冶金領域的相關研究工作中。

在科學研究的過程中,蔣開喜始終認為,只要方向和原理對了就沒有解決不了的技術問題。而正是在這樣的思想指引下,他回國之後上高原、入山區,為上百家企業解決技術難題,逐漸成為業界公認的說話算數、「靠譜」的人。

深入企業一線的蔣開喜

為有色金屬「偷懶」

2019年,是蔣開喜人生中的另一個轉折點。

時年56歲的蔣開喜離開工作生活了32年的北京,來到福州大學紫金礦業學院開始了他的「二次創業」,也正是在這一階段,他提出了他科研人生中的重要理念——最小化學反應原理。

在蔣開喜看來,搞冶金工藝一定要幫有色金屬「偷懶」,要讓化學反應只反應有用物質,而不反應無用的物質,起到一種事半功倍的效果。這就是「最小化學反應原理」的精華理念,其特點是:投入少、資源消耗少、成本低,其結果是低價值的中間產物少,且經濟效益好。

「最小化學反應原理」的典型套用是工業煉鋅。

鋅精礦常常含有大量黃鐵礦,傳統煉鋅方法中黃鐵礦會參與反應,進而產生大量廢渣。而廢渣中含有大量的有害重金屬,會成為潛在的汙染源。

為了減少工業煉鋅的汙染,蔣開喜運用「最小化學反應原理」,透過控制過程工藝條件,選擇性地只在鋅精礦中提取鋅,不產出大量廢渣,取得了良好成效。這項技術後來廣泛用於雲南、廣東、青海、內蒙古等地的冶煉廠,經濟與環境效益顯著。

除此之外,鎵、鍺的開發,也離不開「最小化學反應原理」的套用。

2023年7月3日,商務部、海關總署釋出了【關於對鎵、鍺相關物項實施出口管制的公告】,決定對鎵、鍺相關物項實施出口管制。鎵和鍺為第三代和第四代半導體關鍵材料,鍺的套用主要集中在光纖、紅外、電子等領域,而氧化鎵則有望替代碳化矽和氮化鎵成為新一代半導體材料。因此,鎵、鍺的回收利用對於中國半導體行業的發展至關重要。

在這一現狀下,蔣開喜領導團隊透過原創技術助力中金嶺南丹霞冶煉廠建成全球首家高效回收伴生鎵、鍺的加壓煉鋅廠,鎵、鍺從不能利用到回收率分別達到78%、76%,實作了三稀金屬同步回收的重大突破,為中國半導體行業的發展提供了材料支撐。

繼「最小化學反應量原理」後,蔣開喜又提出「鹽湖提鋰」技術。

現如今,國內鋰資源分布主要有三塊,其中最大的是青海西藏地區的鹽湖,占到全國鋰資源的75%,但是開采難度大。為了攻克這一難題,蔣開喜帶領團隊在青海興華鋰鹽建成全球首條大規模富鹽水萃取提鋰生產線,年產高純氯化鋰1萬噸,開創了鹽湖富鹽水高效提鋰新技術門類——萃取大規模工業化。

青海鹽湖

如今,已逾花甲的蔣開喜仍未停止自己的腳步。得知獲得「國家卓越工程師」這一稱號時,他說:「國家卓越工程師的評選更是一種產業轉型升級的導向,追求的是冶金行業的高效化、清潔化、節能化。」未來,他研究的重點將聚焦在蘊藏著豐富礦產資源的海洋上,發展深海礦產選冶技術,為礦產資源接替提供中國方案,不負「國家卓越工程師」這一稱號。