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代表性成果

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1

尾矿处理与资源化综合利用关键技术

论文、专利

西南科技大学

彭同江、孙红娟、冯启明、谭道永

2010.1-2014.12

基于尾矿中有用矿物和有害组分的本质属性,对危害环境的多种尾矿从有害组分迁移规律、资源化综合利用和生产高附加值材料出发,深入研究相关矿物的工艺矿物学特性、尾矿的生态环境属性、无害化处理以及低能耗、无污染、低尾排放、提取有价组分生产高附加值产品的原理、途径和关键技术。

先后承担国家支撑计划和国家自然科学基金5项,省部基金3项,横向项目8项等。在石棉尾矿、稀有金属尾矿和黑色金属尾矿等综合评价、有害元素钝化处理研究,选矿分离、酸碱法高附加值组分提取及综合利用关键技术研究,以及无机非金属功能粉体材料、晶须材料、微晶玻璃和新型建筑材料制备方面获得了突破。特别在石棉尾矿评价与综合利用研究方面,突破了酸浸法、硫酸铵和硫酸氢铵及硫酸铵混合硫酸焙烧法提取氧化镁,强碱焙烧法提取二氧化硅,制备白炭黑、纳米二氧化硅晶须、氢氧化镁、碱式碳酸镁晶须、碱式硫酸镁晶须、硬硅钙石晶须等功能材料,化工助剂循环利用及固定消耗CO2等工艺流程和关键技术。所取得的关键技术已推广应用于钒钛磁铁矿渣和粉煤灰等尾矿尾渣的开发利用研究中。

所取得的研究成果发表高学术水平论文50余篇,申请国家发明专利(授权和公开)20余项,获四川省科技进步奖1项。多项研究成果经四川省科技厅组织专家鉴定达国内领先和国际先进水平。实验室固定人员起到了主体和关键作用,多项成果受邀在国际学术会议上进行报告并获奖,具有一定的国内外学术影响。

  

佐证材料:

[1]Tongjiang Peng. Comparison of the Crystal-Chemical Characters between Chrysotile Asbestos and Some Similar Mineral Fibres (Including Security Evaluation and Preventive Measures). International conference of “Chrysotile asbestos: risk assessment and management”. Kiev, Ukraine. November 21–22, 2012.

[2]Hongjuan Sun, Tongjiang Peng. Microstructure and Spectral Characteristics of Graphene Oxide During Reduction. 2014 SME Annual Meeting & ExhibitSalt Lake City, Utah, USA. February 23-26, 2014.

[3]彭同江马国华,李明一种定向排列的纤蛇纹石纳米管的制备方法. 2010, 中国, ZL 200910089507.8.

[4]陈吉明彭同江孙红娟一种温石棉尾矿微晶玻璃及其制备方法中国, ZL 2010 10233847.6孙红娟彭同江,曾丽姜延鹏煅烧条件对石棉尾矿酸浸出率的影响及机理研究矿物学报, 2013, 33(2): 175-180.

[5]孙红娟、彭同江阿克塞温石棉资源区温石棉安全开采、环境影响评估及废弃物综合治理研究,企业合作项目,阿克塞县政府,2014-2016,项目编号:15zh015838.0万元。

[6]Jing Liu, Xi Huang, Juan Liu, Weiqing Wang, Wei Zhang and Faqin Dong, Experimental and model studies on comparison of As(III and V) removal from synthetic acid mine drainage by bone char, Mineralogical Magazine. 2014, 78(1): 73-89.

[7]Jing Liu, Hongfei Cheng, Fenghua Zhao, Faqing Dong, Ray L. Frost. Effect of reactive bed mineralogy on arsenic retention and permeability of synthetic arsenic-containing acid mine drainage. 2013, Journal of Colloid and Interface Science, 394: 530-538.

[8]曹超彭同江,丁文金晶化温度对CaO-Al_2O_3-SiO_2-Fe_2O_3系粉煤灰微晶玻璃析晶及性能的影响硅酸盐学报, 2013, 01:122-128.

[9]Zhang Jie, Wang Weiqing, Liu Jing, Huang Yang, Feng Qiming, Zhao Hong. Fe(III) as an activator for the flotation of spodumene, albite, and quartz minerals. Mineral Engineering, 2014, (61): 16-22.

[10]晋新亮彭同江孙红娟硫酸铵与粉煤灰焙烧产物的物相组合及变化规律矿物学报, 2013, 02:147-152.

  

  

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实验室参加人员姓名(排名)

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2

工业余热低成本、规模化超细加工工业固废的工艺及成套装备

仪器研发方法创新

西南科技大学

陈海焱,胥海伦,张明星,林龙沅,颜翠平,陈俊冬

2013

针对我国粉煤灰、工业副产石膏等大宗工业固废和工业余热资源利用率不高的情况,课题组创造性地开发出低成本、规模化超细加工工业固废技术及成套装备的核心科研成果,主要包括:1)掌握以工业余热为粉碎动力的低温相变控制技术,获得相变过程对设备运行的主要影响因素和规律;2)获得超音速非均匀流场颗粒群加速特性规律,完成颗粒最优加速距离研究。3)开发了过热蒸汽条件下超细粉体收集装置,探明过热蒸汽条件下收集系统清灰技术;4)实现以工业余热为粉碎动力的成套加工装备,建成了山西平朔煤矸石电厂50万吨/年固硫灰超细加工与高值化利用生产线。

课题组开发的成套装置具有独创性,拥有自主知识产权。目前全世界拥有该项技术的只有本课题组和德国耐驰公司,耐驰公司研发的设备处于中试阶段,且主要为纳米粉体制备,而课题组开发的设备已达到50万吨/年规模,产品粒度<10 μm,加工成本仅为27.56/t,可作为水泥混合材进行应用。以全国粉煤灰年均排放量4.5亿吨测算,粗粉煤灰大约3亿吨,该项技术推广面达到60%时:每年减排粉煤灰1.8亿吨,节冲灰用水6亿吨,节堆放场地1.8万亩,减少生产水泥1.8亿吨,由此节标煤1800万吨,减排CO2 1.4亿吨、SO2 3.6万吨、NOx 27万吨。

课题组研发成果为实现工业余热与工业固废的高值化应用提供了新的途径、技术、工艺及成套装备。研究成果已引起中材国际、中国水泥协会,中国金属协会,宝钢、攀钢、德国、印度、韩国等国内外的关注,相关的工程应用也在持续不断地推进。

佐证材料:

[1]项目负责人陈海焱卢忠远国家科技支撑计划燃煤电厂固硫灰渣高效利用成套技术,项目批准号2011BAA04B04,项目经费 5080万元。

[2]项目负责人陈海焱朔州市巨光建材开发有限公司“20万吨/年超细固硫灰生产线研制与示范,项目经费225万元。

[3]Yan Shi, Haiyan Chen, Jia Wang, Qiming Fen. Preliminary investigation on the pozzolanic activity of superfine steel slag, Construction and Building Materials, 2015, 82:227-234.

[4]Cuiping Yan, Guijian Liu, Haiyang Chen. Effect of induced airflow on the surface static pressure of pleated fabric filter cartridges during pulse jet cleaningPowder Technology, 2013, 249(9):424-430.

[5]Qianqian Zhang, Mingxin Zhang, Yunlou Qian, Fu Gong, Jinchuang Song, Hainyan Chen. The relationship between peak pressure and residual dust of a pulse-jet cartridge filter, Powder Technology, 2015, 283:302-307.

[6]Yunlou Qian, Yuanxia Bi, Mingxin Zhang, Haiyan Chen, Guanjie Xu. Effect of filtration operation and surface treatment on pulse-jet cleaning performance of filter bags, Powder Technology, 2015, 277(6):82-88.

[7]Longyuan Lin, Wang Chen, Xisheng Luo. On nitrogen condensation in hypersonic nozzle flows: Numerical method and parametric study. Shock Waves, 2014, 24(2):179-189.

[8]Cuiping Yan, Mingxin Zhang, Longyuan Lin. On-line pulse-jet cleaning of pleated fabric cartridge filters for collecting pesticides. RSC Advances, 2015,559):86-93

[9]陈海焱,胥海伦,张明星,林龙沅.利用窑炉余热制备超细矿物掺合料的方法,中国发明专利:ZL 101654343B.

[10]董发勤,何平,何花,徐中慧等磷石膏基改性硫酸钙晶须制备工艺及工生产.四川省科技成果鉴定:川科鉴字[2014]544

  

  

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3

废旧印刷线路板资源化关键技术及污染控制

论文、专利

西南科技大学

陈梦君,陈海焱,谌书,陈俊冬,蒋卉,傅开彬,王彬

2010-2014

电子废弃物的资源化循环利用是“城市矿山”开发的核心问题,作为电子信息产业的基础,废旧印刷线路板(WPCBs)因其资源化过程中造成的严重污染问题和人群健康问题,长期以来受到广泛关注。针对这一关键问题,结合工业余热的综合利用,开发出以WPCBs电子元器件绿色自动无损拆卸及有价金属回收为核心的科研成果,主要包括:1)研发的WPCBs电子元器件自动拆卸设备,创造性地利用工业余热作为热源和脉冲喷吹动力源,成功地实现了WPCBs上电子元器件的绿色自动无损拆卸;2)研发了WPCBs破粉碎分离一体化设备,首次在WPCBs破粉碎的同时实现了金属与非金属的分离,且分离效率达到90%以上;3)开发了离子液体电化学法资源化处理WPCBs的工艺,一步实现金属与非金属的分离,所得金属粉末为微纳米粉末,回收效率达98%以上;4)利用生命周期影响评价的方法,研究了近15年来WPCBs对环境和人群健康的影响,从理论上肯定了技术变革和政策对电子信息产业发展过程的积极推动作用,但也应考虑可能的不利影响。

该成果拓展了工业余热的应用范围;实现了WPCBs电子元器件的高效回收;解决了其拆卸过程中毒害重金属及持久性污染物的污染和人群健康问题;实现了WPCBs的高质化应用;为WPCBs等的绿色回收、环境健康安全、产品环境友好设计等提供理论依据。此成果已成功应用于长虹格润再生资源有限公司。在电子废弃物污染日趋严重、铜等贵重金属供需日益尖锐、“城市矿山”开发及资源循环利用成为主旋律的今天,这一成果具有极其重要的社会环境意义。

  

佐证材料:

[1]Mengjun Chen, Jianbo Wang, Haiyan Chen, Oladele A. Ogunseitan, Mingxin Zhang, Hongbin Zang, and Jiukun Hu. Electronic Waste Disassembly with Industrial Waste Heat. Environmental Science & Technology, 2013, 47(21):12409-12416.

[2]Jinxiu Huang, Mengjun Chen, Haiyan Chen, Shu Chen and Quan Sun. Leaching behavior of copper from waste printed circuit boards with Brønsted acidic ionic liquid. Waste Management 2014, 34(2):483–488.

[3]Daniel Hsing Po Kang, Mengjun Chen, Oladele A. Ogunseitan. Potential Environmental and Human Health Impacts of Lithium-ion Batteries in Electronic Waste. Environmental Science & Technology, 2013, 47(10): 5495–5503.

[4]Yuankun Yang, Shu Chen, Shicheng Li, Mengjun Chen, Haiyang Chen, Bijun Liu. Bioleaching waste printed circuit boards by Acidithiobacillus ferrooxidans and its kinetics aspect. J Biotechnol 2014, 173:24-30.

[5]Yingying Chu, Mengjun Chen, Shu Chen, Bin Wang, Kaibin Fu, Haiyan Chen. Micro-Copper Powders Recovered from Waste Printed Circuit Boards by Electrolysis. Hydrometallurgy, 2015, 156(6):152-157.

[6]陈梦君基于离子液体电动力学的废旧印刷线路板覆层金属回收机制及污染物迁移转化规律, 21377104, 国家自然科学基金面上项目,2014-2017. 

[7]陈海焱陈梦君等.废弃电子产品线路板绿色拆解与资源化技术及应用, 2013AA040207, 国家“863”项目,2013-2015.

[8]陈俊冬张明星王建波陈梦君赖小林王可可胡玫坤工业余热脉冲喷吹法拆卸废弃印刷电路板环境科学与技术, 2014, (09):150-154.

[9]陈梦君,等,一种利用离子液体从废弃印刷线路板中浸出金属铜的方法,国家发明专利,发明号:ZL 2012 1 0107444.6

[10]陈海焱,陈梦君,等,利用工业余热自动拆卸回收废弃印刷电路的方法,2011,国家发明专利,发明号:ZL 2011 1 0233656.4

  

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单位

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4

放射性(重金属)废物处理与回收

论文、专利

西南科技大学

董发勤、刘明学、聂小琴、代群威、张伟、孙仕勇

2012-2014

针对放射性(重金属)废物处理与有用元素回收中的难点与关键技术,在NSAF项目、863重点项目、973项目及国家自然科学基金项目等的资助下,系统开展了放射性(重金属)废物生物吸附富集、减量化、固化与核素回收及污染土壤人工修复研究,形成了系列研究成果:(1)筛选、驯化出高耐USrCrPb的微生物菌株近50株;(2)系统研究了微生物对铀锶的吸附富集能力,提出放射性废水的快速减容方法:微生物吸附富集-分离-灰化法;3)开展了高中放废液中微生物对典型锕系元素UPuAm的吸附富集性能及减量化效果,建立了一套比活度-浓度梯度递降模式下核素回收与高中放废液减量化方法;(4)以价格低廉的氧化物为原料,冷压-热烧结的方法制备出烧绿石固化体,并对TRPO流程微波转型后物流一和物流二的氧化产物进行固化处理,固化含量均可达到20wt%,浸出率≤10-5 g/cm2·d);(5)探索了光-半导体矿物-微生物-变价金属体系的环境效应及重金属污染修复的人工调制方法。在成果研发过程中,董发勤、刘明学提出了梯度递降、光电子协同微生物调控可变价重金属价态思路,聂小琴、张伟等对生物吸附富集、减量化进行了研究。

这些成果提供了放射性(重金属)废物处理的低成本、大减容比的技术途径与固化方法,对我国核军工、核电站、核退役产生的放射性废物及重金属污染土壤修复具有重要的参考意义,研究成果达到了国际先进水平。如采用配合沉淀-微生物吸附-离子交换纤维技术为中核集团***厂开发了含铀、氟放射性废液深度净化及核素回收新工艺,效果良好。

  

佐证材料:

[1]Mingxue Liu, Faqin Dong, Wu Kang, Shiyong Sun, Hongfu Wei, Wei Zhang, Xiaoqin Nie, Yuting Guo, Ting Huang, Yuanyuan Liu. Biosorption of Strontium from Simulated Nuclear Wastewater by Scenedesmus spinosus under Culture Conditions: Adsorption and Bioaccumulation Processes and Models, International Journal of Environmental Research and Public Health, 2014, 11(6): 6099-6118.

[2]Qunwei Dai, Wei ZhangFaqin DongYulian Zhao. Effect of gamma-ray radiation on the biosorption of strontium ions to baker's yeast, Chemical Engineering Journal, 2014, 249: 226-235.     

[3]Shiyong Sun, Mingxue Liu, Qunwei Dai, Faqin Dong, Lizhu Liu, Tingting Huo. The analysis of microscopy imaging on liquid crystalline components of the cell nucleus, Journal of Biomedical Science and Engineering, 2012, 5(6): 307-314

[4]刘明学,董发勤,李姝,亢武,孙宇,杜旭光,苟清碧固定化耐辐射奇球菌对锶柱吸附与减量化研究环境科学与技术, 201437(6): 32-37.

[5]代群威董发勤伍晓利李琼芳. γ辐照下土壤分离菌对Sr2+吸附特性及其FTIR分析光谱学与光谱分析, 2012, 32(12): 3234-3237.

[6]刘明学,董发勤,张伟,张东,亢武微生物在铀资源利用、循环与环境污染防治中的作用矿物学报, 2013, 33(2): 170-174.

[7]代群威董发勤李琼芳张伟面包酵母菌对锶离子的吸附行为及其机理研究原子能科学与技术, 2012, 46(12): 1423-1428.

[8]刘明学,黄婷,刘媛媛,孙仕勇,亢武,董发勤锶的生物矿化与地球化学代用指标在古环境重构中的应用,矿物学报,  2014, 34(4): 607-612.

[9]董发勤高放废液分离、处理工艺及关键制备技术研究国家“863”项目,2009AA0507032009-2012.

[10]刘明学微生物诱导锶生物矿化界面调控机制及方法研究国家自然科学基金面上项目,412723712013-2016.

  

  

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5

矿物与微生物交互协同作用机制及其环境效应研究

论文

西南科技大学

董发勤,孙仕勇,代群威,刘明学,聂小琴

2010-2014

微生物与矿物交互作用是国际资源与环境领域最为活跃的前沿科学研究之一。重点开展了可吸入矿物细颗粒与常见菌的近尺寸作用;光电子协同微生物调控重金属离子价电子转移的微观机制;非金属矿物表界面活性及其环境生物效应等方面的研究。该成果主要包含以下几个方面:(1)建立矿物表界面与微生物膜体系毒性模型,完善石棉及可吸入颗粒态污染物安全性评价体系,完成温石棉及其代用纤维的安全性评价及毒性机制研究。(2)阐明光电子协同微生物调控变价重金属价电子迁移转化的机制、效率及动力学特征,揭示了光电子协同微生物调控价电子促进微生物吸附、转化和固定重金属离子的主要途径。揭示了微生物对核素生物类质同象固定并形成稳定矿物体的矿化作用机制,发展了同步辐射X射线谱学成像技术表征矿物表界面活性和变价重金属价电子转移与矿化机制的应用,阐明自然界矿物-微生物-重金属-水交互作用微观机制(3)以煤系硅藻土废弃资源为载体的光合细菌固化颗粒,在污染水体底泥有效富集,提高EPSB工程菌的水污染治理能力,实现煤系硅藻土废弃资源开发利用的同时对湖泊(缓流型河流)水污染底泥进行原位处理与生态修复。

该成果促进固体废物中非金属矿物活性和变价重金属与生命及其地球环境相互作用的认识。该成果获得2014年四川省科学技术进步奖三等奖。获得中国环境保护产业协会技术评议证书“2013年国家重点环境保护实用技术名录。该项综合技术近5年产生经济效益2200余万。

  

佐证材料:

[1]董发勤光电子协同微生物调控重金属离子价电子转移的微观机制, 2014CB846003, 国家“973”项目,2014-2018.

[2]董发勤可吸入矿物细颗粒与常见菌的近尺寸作用研究,41130746,国家自然科学基金重点项目,2012-2016.

[3]2014温石棉及其代用纤维的安全性评价及毒性机制研究”, 获得四川省科学技术进步奖三等奖(编号:2014-J-3-133-D02),邓建军董发勤代群威王利民蒋涛曽娅莉贺小春.

[4]湖泊(缓流型河流)水污染EPSB生物生态综合治理技术,国家重点环境保护实用技术(技术编号2013-51),中国环境保护产业协会,第二单位。四川清和科技有限公司2200万成果转化证明.

[5]代群威,冯启明,王伟,王维清,董发勤活性多孔矿物掺杂TiO2复合催化抗菌材料制备及使用方法. 2012,国家发明专利,发明号:2008100455139.

[6]Qunwei DaiYulian ZhaoFaqin DongBin WangYubi Huang. Interaction between bentonite and Bacillus litoralis strain SWU9, Applied Clay Science,   2014, 100: 88-94.

[7]Shiyong Sun, Yanchen Yao, Xiang Zou, Shenglan Fan, Qin Zhou, Qunwei Dai, Faqin Dong, Mingxue Liu, Xiaoqin Nie, Daoyong Tan, Shuai Li. Nano-Scale Spatial Assessment of Calcium Distribution in Coccolithophores Using Synchrotron-Based Nano-CT and STXM-NEXAFS, International Journal of Molecular Sciences, 2014, 15(12): 2360-23857.

[8]Shiyong Sun, Faqin Dong, Hermann Ehrlich, Xueqin Zhao, Mingxue Liu, Qunwei Dai, Qiongfan Li, Dejun An, Hailiang Dong. Metabolic Influence of Psychrophilic Diatoms on Travertines at the Huanglong Natural Scenic District of China, International Journal of Environmental Research and Public Health, 2014, 11(12): 13084-13096.

[9]Mingxue Liu, Faqin Dong, Wu Kang, Shiyong Sun, Hongfu Wei, Wei Zhang, Xiaoqin Nie, Yuting Guo, Ting Huan, Yuanyuan Liu. Biosorption of Strontium from Simulated Nuclear Wastewater by Scenedesmus spinosus under Culture Conditions: Adsorption and Bioaccumulation Processes and Models, International Journal of Environmental Research and Public Health, 2014, 11(6): 6099-6118.

[10]Shiyong Sun, Mingxue Liu, Faqin Dong, Shenglan Fan, Yanchen Yao. A Histone-Like Protein Induces Plasmid DNA to Form Liquid Crystals in Vitro and Gene Compaction in Vivo, International Journal of Molecular Sciences, 2013, 14(12):23842-23857.



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