“大量實(shí)驗(yàn)，不斷嘗試，瞄準(zhǔn)磷石膏綜合利用的難題，我們一直在努力突破。”9月8日，在湖北三峽實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室主任、武漢工程大學(xué)教授池汝安向記者介紹，圍繞磷石膏綜合利用、微電子關(guān)鍵化學(xué)品、磷基高端化學(xué)品、硅係基礎(chǔ)化學(xué)品、新能源材料、化工高效裝備與智慧控制六大研究方向，實(shí)驗(yàn)室相關(guān)基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和産業(yè)化關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)正在加緊推進(jìn)中。
創(chuàng)新嘗試
打開處理磷石膏新視野
“這就是‘磨人’的磷石膏。”在三峽實(shí)驗(yàn)室磷石膏利用研發(fā)中心，研究員們?cè)趯?shí)驗(yàn)儀器前忙碌，只為尋找這種“灰土”更好的處理方法。
磷石膏為什麼“磨人”？磷作為農(nóng)業(yè)生産當(dāng)中磷肥的主要成分，直接關(guān)係到農(nóng)作物的産量與品質(zhì)，而磷石膏就是製備磷肥過(guò)程中伴生的“副産品”。池汝安介紹，磷酸是生産高濃度複合肥的原料之一，每生産1噸磷酸，就要産生4.5噸至5噸磷石膏。目前，湖北省有3億噸磷石膏存量，佔(zhàn)全國(guó)堆存量45%以上，每年還將以2000萬(wàn)噸的速度增長(zhǎng)。但是，如此巨量的“廢渣”利用率在40%左右，絕大多數(shù)的磷石膏只能採(cǎi)用“堆放”的方式處理，不僅佔(zhàn)用土地，處理不當(dāng)還會(huì)污染土壤和水系，為生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)巨大壓力。
處理磷石膏有哪些路子？三峽實(shí)驗(yàn)室研究員江山竹介紹，“水洗礦化”技術(shù)6月走出實(shí)驗(yàn)室，隨即在廠區(qū)上線，最大的特點(diǎn)是“簡(jiǎn)單、見效快”。磷石膏經(jīng)水洗後，礦化回收水洗液中的可溶性磷和氟，再向水洗後的濾渣加入礦化劑，無(wú)害化處理後的磷石膏可達(dá)到Ⅰ類固體廢物堆存標(biāo)準(zhǔn)，“看似簡(jiǎn)單，但團(tuán)隊(duì)花了近3個(gè)月攻關(guān)，就是為了尋找最合適的方法”。此外，磷石膏綜合利用路徑還包括路基材料、磷石膏改性填充井下採(cǎi)空區(qū)等，工業(yè)副産石膏還可以廣泛應(yīng)用於建材和裝飾材料。
擺滿瓶瓶罐罐的實(shí)驗(yàn)室裏，窗邊的一片綠格外引人注目。“我們正在實(shí)驗(yàn)室做一些新的嘗試，比如磷石膏的土壤化改良。”江山竹介紹，種植花生、黑麥草的土壤經(jīng)過(guò)處理，沉澱出了磷石膏中的磷和氟，調(diào)節(jié)後的pH值達(dá)到中性，添加腐殖酸後，土壤變得更加肥沃，更適合植物生長(zhǎng)。此外，經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)的努力，磷石膏中的硫酸鈣提純後純度接近98%，回收率可達(dá)到90%以上。江山竹補(bǔ)充，硫酸鈣就是石膏的主要成分，經(jīng)過(guò)一些處理後可以媲美天然石膏，不僅可以用作基礎(chǔ)建築裝飾材料，高強(qiáng)石膏甚至可以用於列印修復(fù)人體骨骼、製作石膏繃帶等。
目前，湖北省磷礦資源保有儲(chǔ)量、年開採(cǎi)量、磷化工産業(yè)規(guī)模、磷肥産量均居全國(guó)首位，磷化工産業(yè)涉及磷肥、醫(yī)藥、新材料等工農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域，其高品質(zhì)發(fā)展未來(lái)可期。但長(zhǎng)期以來(lái)，由於對(duì)磷石膏污染環(huán)境缺乏正確認(rèn)識(shí)，磷石膏無(wú)害化處理量和綜合利用率較低。“磷石膏的綜合利用和無(wú)害化處置是一道世界級(jí)難題。怎麼能把磷石膏‘吃幹榨凈’，將是三峽實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期的研究重點(diǎn)。”池汝安説。
“硅石直接氯化”
能耗下降三成
除了磷石膏綜合利用，硅係基礎(chǔ)化學(xué)品也是三峽實(shí)驗(yàn)室重要研究方向之一。
“硅係基礎(chǔ)化學(xué)品用途相當(dāng)廣泛。”在三峽實(shí)驗(yàn)室牽頭單位湖北興發(fā)化工集團(tuán)，池汝安向記者介紹，大到航太領(lǐng)域使用的密封膠，小到日常生活中用到的硅膠碗，硅係基礎(chǔ)化學(xué)品無(wú)處不在。通常來(lái)説，甲基氯硅烷是有機(jī)硅製品原料，生成過(guò)程中會(huì)生成污染大氣的氯甲烷，同時(shí)能耗巨大，“生産一噸一般需要一萬(wàn)多度電”。
武漢工程大學(xué)教授呂仁亮是三峽實(shí)驗(yàn)室的“雙聘”教授，他的在研項(xiàng)目“硅石直接氯化和烷基化製備單體硅烷技術(shù)研發(fā)”就是用於解決“污染大”“能耗高”的難題。呂仁亮表示，這項(xiàng)在研技術(shù)，可以通過(guò)催化劑，直接將沙子這類含硅的原料轉(zhuǎn)化為有機(jī)硅，“通過(guò)探索新的技術(shù)路徑，我們可以用二氧化硅、硅酸鹽替換甲基氯硅烷作為原料，跳過(guò)能耗高、污染大的部分，這樣一來(lái)，製備路線短、溫度低、廢棄物少，能耗只有原來(lái)的70%，更加綠色環(huán)保。”
“綠色是底色。”池汝安説，三峽實(shí)驗(yàn)室聚焦綠色化工領(lǐng)域，不僅立足現(xiàn)代化工，聚力解決世界級(jí)難題，還面向國(guó)家和企業(yè)需求，促進(jìn)新技術(shù)研發(fā)及産業(yè)化，推動(dòng)湖北省現(xiàn)代化工萬(wàn)億産業(yè)集群發(fā)展，提高我國(guó)現(xiàn)代化工産業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。
據(jù)了解，三峽實(shí)驗(yàn)室牽頭單位興發(fā)集團(tuán)預(yù)算8.7億元啟動(dòng)實(shí)施産業(yè)化等四大類項(xiàng)目，其中億元以上特大項(xiàng)目1項(xiàng)，1000萬(wàn)元以上重大項(xiàng)目16項(xiàng)。今年上半年，實(shí)驗(yàn)室發(fā)表科研論文40篇，其中SCI論文34篇，中文核心論文6篇，科學(xué)出版社出版《磷石膏》專著1部；申請(qǐng)的科技部關(guān)於《磷資源開發(fā)》和《磷石膏利用》2個(gè)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目立項(xiàng)，申請(qǐng)發(fā)明專利17件，力爭(zhēng)在3年建設(shè)期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)化工産業(yè)新增産值1000億元。
未來(lái)3年，實(shí)驗(yàn)室將突破微電子關(guān)鍵化學(xué)品、磷基高端化學(xué)品和新能源材料的關(guān)鍵核心技術(shù)，打造領(lǐng)先的硅係基礎(chǔ)化學(xué)品生産技術(shù)，延長(zhǎng)和深化産業(yè)鏈；強(qiáng)化産業(yè)的綠色化工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)磷石膏綜合利用的重大突破；構(gòu)建上述領(lǐng)域化工設(shè)備與智慧控制的整合體系，打造高品質(zhì)發(fā)展的化工産業(yè)集群；建成集基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和産業(yè)化關(guān)鍵核心技術(shù)研究為一體的創(chuàng)新高地，優(yōu)秀化工人才的匯集基地，為全球重要精細(xì)化工中心提供技術(shù)支撐。（湖北日?qǐng)?bào)全媒記者田佩雯、通訊員陳思）