劉代俊

1．資源與環境化學工藝 ： 目前重點研究與開發我國的中低品位磷礦、鈦、釩、鉀等資源的物理化學過程與新工藝，使工業廢棄物資源化，循環化，以實現可持續發展經濟的綠色化工過程。

■ 低品位磷礦的綜合利用：在國家自然科學基金委員會支持下，研究磷礦多相反應中的奇異現象，針對高含硅、高鐵鋁、高鎂、高稀土含量的不同磷礦，將所含雜質變為副產品回收，同時使磷礦或磷酸獲得相對凈化，該流程可獲得潔凈的磷石膏。流程已進行中試，規模為 2000 噸 P2O5 / 年，可直接採用 11 ～ 17% 的磷礦獲得 20% 的磷酸。（右圖是評價實驗裝置）。目前該工藝又發展成新的半水-二水工藝，在獲得高濃度的磷酸（40%）時，又可以得到潔凈的α-半水石膏作為建築材料。

■新型熱法磷酸：直接利用中低品位磷礦，採用環型窯快速反應技術，動力波快速反應技術。直接將磷礦轉化為75%磷酸，尾渣為陶粒或水泥熟料。已進入中試階段。

■直接利用磷礦生產複合肥料的MUSP和ANSP工藝：以磷礦為磷源，利用硫酸尿對磷礦的分解作用，實現了快速轉化，直接生產粒狀複合肥，磷礦轉化率達90%以上。磷石膏在生產中轉化為可溶性硫肥，因此沒有磷石膏對環境的污染。已完成5000噸中試連續運行和大田實驗。具有投資省，肥效高的優點。

■液膜法分離磷酸的雜質和並實現磷酸凈化：採用乳狀液膜和微乳液膜捕集磷酸中的鐵、鋁、鎂、氟、鈦、稀土等雜質，實現雜質的回收和磷酸凈化。具有能耗低，投資省，資源綜合利用好的特點。正進入中試階段。

■ MDCP 新工藝： MDCP 即磷酸一鈣和磷酸二鈣的複合產物，兼有二者優點。本工藝採用氣提脫氟，然後再進行反應，並同時實現結晶、造粒與乾燥。流程較短，適合於規模化生產。已中試，規模為 1 萬噸 / 年 MDCP（下左圖為中試系統）

■ 磷石膏直接轉化生產硫酸鉀：磷石膏是磷銨工業廢棄物。作為“九五”國家科委重點攻關項目，採用氨基分子團簇對鈣的絡合作用，實現了磷石膏的直接轉化，已完成中試，規模 5000 噸 / 年硫酸鉀。（下右圖是反應過程中的中間體氨鈣魔方分子團簇模擬圖景）

■ 攀鋼高爐渣綜合利用： 在國家自然科學基金委的支持下，對攀鋼高爐渣的物質特性和反應過程進行了較為系統的研究，並採用外場對反應與傳遞過程進行強化，使高爐渣中的鈦、鎂、鋁、硅、鈣得到充分利用，並獲得富鈦料和鈦白粉。

■釩土礦提釩：釩土礦是極難處理的低品位礦。課題組對礦土的焙燒、浸提、富集、結晶、煅燒和環保等各個工藝環節進行了研究開發，產品 V2O5 可達 99% 。

■鉀長石生產硅鉀複合肥：利用鉀長石以較短的流程生產緩釋複合肥。並可進一步加工成滿足各種作物要求的可控釋放肥，已完成中試。產品經 經盆裁和大田試驗，表明有明顯的增收效果。如大田實驗中水稻穗長增加 3%，有效穗數增加 68.3%，每穗總粒數增加 29.3%，效果良好。

■其它：金紅石礦的選礦及分離、硫鐵礦及尾礦的綜合利用、硫酸鈣的漂白、磷尾礦熱法和濕法回收鎂和鈣鹽、高硅礦渣製備建築材料等。

2．在外場協同作用下的多相反應與分離過程強化研究： 採用現代分析測試手段、計算機模擬、理論和實驗研究，揭示 微波等外場對物質的異常效應，研究多相複雜反應過程的微觀現象及機理，並將其轉化為工程應用，形成新的技術手段。採用微波場對磷礦和鈣鈦礦反應過程、硫酸氧鈦的水解誘導結晶過程進行了研究，發現了許多令人感興趣的現象。(下左圖是計算機模擬中氫對鈣鈦礦中氧原子進攻的示意圖)目前正研究高溫狀態下微波對化學反應的作用。

3． 液膜分離與分子團簇自組裝：利用分子團簇及超分子化合物的修飾與組裝，仿生物膜功能，構建新型液膜以分離化學物質， 同時研究外場下的微泡表面增效作用以強化分離過程。近期研究採用液膜分離磷酸中的鐵、鋁、鎂、稀土以及高爐渣中的鈧和鎵等。(上右圖是在表面活劑作用下形成的三相分離區域，下圖為以植物泡飲機理進行仿生的液膜示意圖)

4．環境友好新材料的研究開發：採用實驗合成、現代測試手段和分子模擬的方式相結合，研究材料結構及合成機理，採用新方法進行材料合成。近期涉及的工作有 稀土光化學材料，如貯光材料、澱粉 - 高分子接枝功能材料、磷石膏建築材料和儲能材料。 以工業廢渣磷石膏合成的高強砌塊已經產業化，標磚強度達到10MPa。 (下左圖是磷石膏材料在強化過程中生成的團簇狀化合物，下右圖澱粉結枝材料膜表面圖景)，最近開展了古代陶瓷分析與功能性陶資材料的研究，有期望獲得高強度、高韌性的結構陶瓷。