“大量實驗，不斷嘗試，瞄準磷石膏綜合利用的難題，我們一直在努力突破。”9月8日，在湖北三峽實驗室，實驗室主任、武漢工程大學教授池汝安向記者介紹，圍繞磷石膏綜合利用、微電子關鍵化學品、磷基高端化學品、硅系基礎化學品、新能源材料、化工高效裝備與智能控制六大研究方向，實驗室相關基礎研究、應用基礎研究和產業化關鍵核心技術研發正在加緊推進中。
創新嘗試
打開處理磷石膏新視野
“這就是‘磨人’的磷石膏。”在三峽實驗室磷石膏利用研發中心，研究員們在實驗儀器前忙碌，只為尋找這種“灰土”更好的處理方法。
磷石膏為什么“磨人”？磷作為農業生產當中磷肥的主要成分，直接關系到農作物的產量與品質，而磷石膏就是制備磷肥過程中伴生的“副產品”。池汝安介紹，磷酸是生產高濃度復合肥的原料之一，每生產1噸磷酸，就要產生4.5噸至5噸磷石膏。目前，湖北省有3億噸磷石膏存量，占全國堆存量45%以上，每年還將以2000萬噸的速度增長。但是，如此巨量的“廢渣”利用率在40%左右，絕大多數的磷石膏只能采用“堆放”的方式處理，不僅占用土地，處理不當還會污染土壤和水系，為生態環境和可持續發展帶來巨大壓力。
處理磷石膏有哪些路子？三峽實驗室研究員江山竹介紹，“水洗礦化”技術6月走出實驗室，隨即在廠區上線，最大的特點是“簡單、見效快”。磷石膏經水洗后，礦化回收水洗液中的可溶性磷和氟，再向水洗后的濾渣加入礦化劑，無害化處理后的磷石膏可達到Ⅰ類固體廢物堆存標準，“看似簡單，但團隊花了近3個月攻關，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采空區等，工業副產石膏還可以廣泛應用于建材和裝飾材料。
擺滿瓶瓶罐罐的實驗室里，窗邊的一片綠格外引人注目。“我們正在實驗室做一些新的嘗試，比如磷石膏的土壤化改良。”江山竹介紹，種植花生、黑麥草的土壤經過處理，沉淀出了磷石膏中的磷和氟，調節后的pH值達到中性，添加腐殖酸后，土壤變得更加肥沃，更適合植物生長。此外，經過團隊的努力，磷石膏中的硫酸鈣提純后純度接近98%，回收率可達到90%以上。江山竹補充，硫酸鈣就是石膏的主要成分，經過一些處理后可以媲美天然石膏，不僅可以用作基礎建筑裝飾材料，高強石膏甚至可以用于打印修復人體骨骼、制作石膏繃帶等。
目前，湖北省磷礦資源保有儲量、年開采量、磷化工產業規模、磷肥產量均居全國首位，磷化工產業涉及磷肥、醫藥、新材料等工農業各領域，其高質量發展未來可期。但長期以來，由于對磷石膏污染環境缺乏正確認識，磷石膏無害化處理量和綜合利用率較低。“磷石膏的綜合利用和無害化處置是一道世界級難題。怎么能把磷石膏‘吃干榨凈’，將是三峽實驗室長期的研究重點。”池汝安說。
“硅石直接氯化”
能耗下降三成
除了磷石膏綜合利用，硅系基礎化學品也是三峽實驗室重要研究方向之一。
“硅系基礎化學品用途相當廣泛。”在三峽實驗室牽頭單位湖北興發化工集團，池汝安向記者介紹，大到航天領域使用的密封膠，小到日常生活中用到的硅膠碗，硅系基礎化學品無處不在。通常來說，甲基氯硅烷是有機硅制品原料，生成過程中會生成污染大氣的氯甲烷，同時能耗巨大，“生產一噸一般需要一萬多度電”。
武漢工程大學教授呂仁亮是三峽實驗室的“雙聘”教授，他的在研項目“硅石直接氯化和烷基化制備單體硅烷技術研發”就是用于解決“污染大”“能耗高”的難題。呂仁亮表示，這項在研技術，可以通過催化劑，直接將沙子這類含硅的原料轉化為有機硅，“通過探索新的技術路徑，我們可以用二氧化硅、硅酸鹽替換甲基氯硅烷作為原料，跳過能耗高、污染大的部分，這樣一來，制備路線短、溫度低、廢棄物少，能耗只有原來的70%，更加綠色環保。”
“綠色是底色。”池汝安說，三峽實驗室聚焦綠色化工領域，不僅立足現代化工，聚力解決世界級難題，還面向國家和企業需求，促進新技術研發及產業化，推動湖北省現代化工萬億產業集群發展，提高我國現代化工產業核心競爭力。
據了解，三峽實驗室牽頭單位興發集團預算8.7億元啟動實施產業化等四大類項目，其中億元以上特大項目1項，1000萬元以上重大項目16項。今年上半年，實驗室發表科研論文40篇，其中SCI論文34篇，中文核心論文6篇，科學出版社出版《磷石膏》專著1部；申請的科技部關于《磷資源開發》和《磷石膏利用》2個重點研發計劃項目立項，申請發明專利17件，力爭在3年建設期內，實現服務化工產業新增產值1000億元。
未來3年，實驗室將突破微電子關鍵化學品、磷基高端化學品和新能源材料的關鍵核心技術，打造領先的硅系基礎化學品生產技術，延長和深化產業鏈；強化產業的綠色化工過程，實現磷石膏綜合利用的重大突破；構建上述領域化工設備與智能控制的集成體系，打造高質量發展的化工產業集群；建成集基礎研究、應用基礎研究和產業化關鍵核心技術研究為一體的創新高地，優秀化工人才的匯集基地，為全球重要精細化工中心提供技術支撐。（湖北日報全媒記者田佩雯、通訊員陳思）