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专家全名:黄焜

  • 擅长能力:

  • 主要研究领域为冶金分离科学与工程。
黄焜 专家的相关论文
黄焜 专家的科研成果
专家详情
        黄焜,男,1972年6月生,中国科学院过程工程研究所研究员,博士生导师。中国有色金属学会冶金反应工程学专业委员会委员。兼任中国科学院青岛生物能源与过程研究所客座研究员、中国科学院青海盐湖研究所客座研究员、中国地质大学兼职教授、阜阳师范学院兼职教授、《Hydrometallurgy》期刊客座编辑。

        1995年中南大学化学系物理化学专业本科毕业获学士学位。1999年中南大学/昆明贵金属研究所冶金物理化学专业研究生毕业获硕士学位,2004年昆明理工大学有色金属冶金专业研究生毕业获博士学位,导师陈景院士。1995-2005年昆明贵金属研究所、贵研铂业股份有限公司工作,任主任研究员。2006-2009年北京大学化学与分子工程学院博士后,导师吴瑾光教授和徐光宪院士。2009年进入中国科学院过程工程研究所。

        主要研究领域为冶金分离科学与工程。研究方向:稀土金属、铂族金属及盐湖资源湿法冶金物理化学、冶金分离过程溶液化学与界面化学、纳微结构与界面分子自组装化学、分子光谱与软凝聚态微观结构化学、绿色化工分离过程界面强化新方法新技术和装备研制。

        先后主持完成国家自然科学基金、国家科技部973计划和863计划项目课题、国家发改委重点工业试验项目、中科院重点部署项目、国家“十五”科技攻关重点项目课题、国家科技部科研院所专项、青海省/云南省/广东省科技计划等三十余项科研项目。在国内外核心期刊(包括AIChE J、Ind Eng Chem Res、Water Res、JPCB、Sep Purif Technol等国际著名化工、分离及环境类学术期刊)发表SCI/EI收录学术论文一百余篇。授权发明专利六十余项,其中国际专利2项(美国和南非专利各1项)。科研成果通过省部级鉴定十余项,成果转化应用建立工业示范生产线4套。2000年获云南省科技进步三等奖,2001年获云南省技术发明二等奖,2003年获云南省自然科学一等奖,中国有色金属工业科技进步二等奖。2007年全国百篇优秀博士学位论文提名奖(2006年云南省优秀博士学位论文奖),2008年获北京大学优秀博士后奖。

        现主要从事化工冶金分离科学领域多金属复杂溶液体系高效绿色分离与界面过程强化前沿基础及应用研究。目前主持国家973计划项目课题2项,国家自然科学基金3项,中科院重点部署项目1项,中科院科研装备研制项目1项,地方政府及企业横向课题多项。已培养毕业博士研究生5名,硕士研究生5名,在培博士研究生6名。

代表性创新学术成果:
        (1)复杂溶液中的多个目标金属离子短流程多液相萃取分离与界面过程强化:针对传统两液相萃取体系分离多金属复杂溶液流程冗长、相互干扰严重、分离效率低的问题,提出构建多层液相共存的萃取体系(如,液-液-液三相体系),短流程多液相萃取分离多金属复杂溶液的创新思想。通过调控萃取体系的多液相成相行为和各液相亲疏水性差异,控制金属离子在多液相界面传质的选择性,导致不同的目标金属离子在不同的液相选择性富集与分配,实现多个目标金属离子在一步萃取过程中“可设计性”的多液相同时分离或分组分离。针对不同类型的多金属复杂溶液,发展了多种液-液-液三相萃取体系和分离新方法。研究成果已用于我国北方氟碳铈(镧)矿、独居石矿、四川磷钇矿、南方离子吸附型稀土矿等复杂稀土矿的15种轻、中、重稀土元素的分组分离,稀土和非稀土杂质的分离,另外,还扩展应用于攀西地区钒钛磁铁矿等典型共伴生难处理两性金属矿的钒、铬、钛、铁分离,用于失效汽车催化剂、低品位铂族金属硫化矿浸出液的铂、钯、铑等铂族金属元素分离,青海盐湖卤水的锂、硼、镁、铷、铯分离等。发明了国际上第一套液-液-液三相连续萃取miniplant装置,已用于青海盐湖卤水锂、硼分离提取,2014年3月通过国家自然科学基金委组织的验收鉴定。2016年2月,在青海省柴达木盆地西台吉乃尔盐湖建成全球首条年产两千吨级4N高纯氯化锂/电池级碳酸锂、高纯硼酸的示范生产线,并成功投产。

        (2)大体量水体中的极低浓度稀/贵/重金属离子大相比萃取富集与经济提取分离:针对传统溶剂萃取技术和装备无法直接用于极低浓度溶液、且经济性差的问题,发明了基于气泡支撑有机萃取剂油膜萃取的低浓度超大相比鼓泡油膜萃取技术及配套装置,用于从大体量水体中富集提取极低浓度的稀/贵/重金属离子。利用有机萃取剂的表面活性,将极小体积的有机萃取剂分散包覆在气泡表面,形成一层油膜(亦称为“油泡”)。利用气泡表面的有机萃取剂油膜层萃取富集极大体积水相中的极低浓度金属离子。鼓泡油膜萃取过程可以将极大体积水相中的极低浓度金属离子直接萃取富集于极小体积的有机相中,萃取过程水油相比高达600以上,萃取富集比高,可直接用于含金属离子浓度< 100 mg/L的极稀溶液。新萃取方式突破了传统萃取技术无法直接用于极低浓度溶液的限制,也解决了传统萃取技术用于低浓度溶液经济性差的问题。由于萃取反应发生在气泡表面油膜层,界面效应强化萃取传质的效率极高,传质推动力大,可将水相中的低浓度金属离子快速回收富集于极小体积的有机萃取剂油膜内,适用的金属离子极限浓度更低,解决了极低浓度大相比萃取富集的技术难题。利用上升的“油泡”捕集低浓度金属离子,气泡的上浮推力解决了大流比萃取时的高比负荷操作难题。气泡表面油膜层易人为控制破坏,解决了传统液膜萃取需外加表面活性剂易引起乳化的问题,也解决了易乳化萃取体系大相比萃取操作时,油水分散-聚并的矛盾。萃取过程流出水相中的有机相夹带损失小。目标离子浓度经萃取-反萃后,可从初始的几十个mg/L一步即富集到几十甚至上百g/L,富集上千倍,萃取操作的比负荷高达100 m3/m2h以上, 处理能力高,而单位体积水体处理的工艺成本不到1元。新技术和装置已应用于我国南方离子型稀土矿的原地浸矿液、极低浓度的尾矿浸矿液、以及其它含稀土的非稀土矿,如铝土矿、磷矿、钽铌矿等的酸浸液富集回收极低浓度稀土等。另外,还应用于稀土萃取分离的过程废水,如碳沉废水、洗涤废水等。排水指标满足国家《稀土工业污染物排放标准》(国家标准GB26451-2011),排水中的中重稀土离子含量<0.05mg/L,残油含量<5mg/L,COD < 50mg/L。新技术还应用于其他含低浓度重金属离子的工业废水治理,如黄金氰化废水、电镀废水等,在治污达标排放的同时,经济回收利用废水中的有价金属资源。2015年12月,在江西赣州龙南县足洞稀土矿建成年处理十万吨级低浓度稀土原地浸矿液的工业示范线。

        (3)基于萃取体系界面效应强化动力学分离物化性质极其相似的同系相邻金属元素:针对传统液-液、液-固萃取分离物化性质极其相似的同系相邻稀土元素存在分离系数低、分离非常困难的问题,提出调控萃取剂分子官能基团在液-液、液-固界面的取向和自组装聚集行为,调控界面反应非线性化学行为和分子离子间相互作用,利用分离过程多相界面传质的非平衡态效应,放大分离速率差异,从而强化同系相邻稀土元素动力学分离的创新思路。发明了鼓泡油膜萃取动力学推拉体系分离Pr/Nd、Gd/Eu、Er/Y、Lu/Yb等相邻、难分离稀土元素对的新方法,动力学分离系数远远高于热力学分离系数;发明了拟色谱法连续洗脱-动力学分组分离多对稀土元素共存复杂溶液的新技术,可实现15种稀土元素按“四分组效应”分组洗脱分离。在此基础上,又拓展开发了调控液-固界面萃取剂分子官能基团的界面取向,强化动力学分离元素同位素的新方法,采用梯度淋洗-SMB连续离交色谱联用技术,直接从盐湖卤水分离10B/11B同位素,提纯丰度大于90%的高丰度10B同位素。发明了能够实现界面传质选择性强化和动力学分离的新型高效微化工萃取分离装置,针对工业实际应用要求,可控设计反应分离的最佳途径,研究装置的结构设计、优化与放大规律,建立了设备强化动力学分离的新方法。2016年5月,由本人负责,深圳捷鑫资产管理有限公司投资,上海莺千新材料科技发展有限公司具体实施的“200kg/a 级高丰度10B同位素产业化示范”项目在上海浦东临港科技创新城工业园区正式开工建设,拟建成仅次于美国的、全球第二大SMB连续离交色谱法规模化生产高丰度10B同位素示范基地,为我国核电、国防军工领域摆脱长期依赖进口高丰度10B同位素产品做出重要贡献。

        (4)贵金属矿产资源及失效催化剂加压湿法冶金:提出加压浸出全湿法处理低品位铂钯硫化浮选精矿、加压氰化从汽车失效催化剂中回收铂钯铑创新工艺和成套技术,突破铂族金属硫化矿提取冶金需采用传统火法技术框架的局限,实现了国际上首例全湿法处理低品位铂族金属硫化矿,获云南省自然科学一等奖、中国有色金属工业科技进步二等奖。先后完成500L高压釜中试扩大试验、10M3高压釜连续浸出工业试验,解决了工艺过程放大的关键技术。新工艺已为云南地矿部门采用,2011年在云南弥渡金宝山矿建厂实施。其成功运用和推广实施,对于低品位铂矿资源开发具有重要意义。