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   以前的電子垃圾只是一些電動(dòng)玩具、手機(jī)和家用電器等，隨著電動(dòng)汽車和芯片產(chǎn)業(yè)的普及和發(fā)展，以鋰電池和電路板為主的新的廢棄電器電子設(shè)備成為電子垃圾的主要增長(zhǎng)點(diǎn)。     以鋰電池為例，基于對(duì)未來(lái)消費(fèi)電子、新能源車及儲(chǔ)能需求的判斷，預(yù)計(jì)2021-2025年中國(guó)鋰電池裝機(jī)仍將維持快速增長(zhǎng)，2025年鋰電池裝機(jī)量有望達(dá)到739GWh，其中消費(fèi)電池100GWh，動(dòng)力電池524GWh，儲(chǔ)能電池115GWh。   

   聯(lián)合國(guó)最新統(tǒng)計(jì)顯示，2019年全球產(chǎn)生的電子垃圾總量為5360萬(wàn)噸，5年內(nèi)增加21%；預(yù)計(jì)2030年將達(dá)到7400萬(wàn)噸，即16年翻一番。根據(jù)最新公布的《2020年全球電子廢棄物監(jiān)測(cè)報(bào)告》，全球電子廢棄物的香港回收和再利用率只有17.4%，其余大部分進(jìn)了垃圾填埋場(chǎng)。全球電子廢棄物統(tǒng)計(jì)伙伴（GESP）估計(jì)，2050年全球電子垃圾總量將達(dá)到1.2億噸。    但大多鋰電池10-15年將報(bào)廢，如何香港回收利用，既是一個(gè)挑戰(zhàn)，也蘊(yùn)含巨大商機(jī)。     電子廢棄物含有有毒的添加劑和汞等有害物質(zhì)，如果只是焚燒和填埋，會(huì)對(duì)環(huán)境和人體造成巨大危害。

     鋰電池的香港回收還不是造成環(huán)境壓力的唯一原因。開(kāi)采鋰電池所需的各種金屬需要大量資源。開(kāi)采一噸鋰需要消耗50萬(wàn)加侖的水。在一些國(guó)家，因?yàn)殚_(kāi)采鋰礦，結(jié)果造成植被減少、氣溫升高，以及所在的國(guó)家保護(hù)區(qū)干旱日益嚴(yán)重等環(huán)保問(wèn)題。
     如果能有效香港回收?qǐng)?bào)廢的千百萬(wàn)塊鋰電池，將有助于中和生產(chǎn)及香港回收鋰電池所消耗的能源。電子廢棄物中往往含有黃金、白銀、鉑、銅等稀金屬和稀土等可香港回收的貴重材料。

     圍繞廢棄電子產(chǎn)品的香港回收，現(xiàn)已有一些企業(yè)正在布局這個(gè)產(chǎn)業(yè)。而一些科研實(shí)驗(yàn)室和高校的科研機(jī)構(gòu)，也正在改進(jìn)更有效的香港回收方法，技術(shù)在不斷突破，最終能找到一個(gè)既標(biāo)準(zhǔn)化也很環(huán)保的香港回收技術(shù)，就能充分迎接鋰電池需求量大增時(shí)代的到來(lái)。  

   本期采訪到中南大學(xué)特聘副教授。他的主要研究領(lǐng)域就是二次資源（廢舊電路板、鋰電池、銅礦）的高附加值利用、高溫?zé)崃W(xué)相圖以及計(jì)算流體力學(xué)在工業(yè)中的數(shù)值模擬（CFD）應(yīng)用。     在你的一些學(xué)術(shù)論文中，發(fā)現(xiàn)很多是關(guān)于研究元素的反應(yīng)機(jī)理，這對(duì)廢棄電子設(shè)備香港回收研究有什么幫助？ 

    特聘副教授：通過(guò)對(duì)相關(guān)元素在冶煉過(guò)程中反應(yīng)機(jī)理、順序以及分配行為的研究，奠定了電子廢物香港回收的理論基礎(chǔ)。同時(shí)，如果要改進(jìn)高溫金屬香港回收的工藝，除了對(duì)機(jī)理有充分認(rèn)識(shí)之外，還需要對(duì)冶金設(shè)備不斷優(yōu)化。

     比如，廢印刷電路板中含有大量的銅和貴金屬，可以與銅精礦一起在熔煉爐中進(jìn)行加工。通過(guò)用研究相關(guān)廢電路板金屬元素在不同反應(yīng)中隨時(shí)間變化的行為，可獲得各類金屬在冶煉香港回收工藝中分配的動(dòng)力學(xué)以及熱力學(xué)數(shù)據(jù)，以便合理的選擇分離或者富集方法來(lái)香港回收相關(guān)金屬。

     例如，我在《可持續(xù)冶金》雜志（JournalofSustainableMetallurgy）的一篇論文中，通過(guò)研究銅冶煉過(guò)程中香港回收貴金屬（金、銀、鉑、鈀）的動(dòng)力學(xué)行為，發(fā)現(xiàn)貴金屬會(huì)迅速遷移到金屬锍相中，而且不同氣氛下（空氣和氬氣）金屬在不同物相中的分配比不一樣，但其在锍相中的濃度都遵循鈀>鉑>金>銀的順序。

     這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果可用于更新與銅冶煉二次原材料加工相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)，也可用于CFD模型以更精確地模擬貴金屬在冶煉過(guò)程中的行為。

     在礦物工程《MineralsEngineering》雜志的一篇論文中，評(píng)估廢印刷電路板的火法香港回收以及雜質(zhì)元素砷、銻、鉍的反應(yīng)機(jī)理。目前從廢印刷電路板中香港回收金屬的最先進(jìn)方法是先溶解，然后通過(guò)電解或濕法冶金方法香港回收。 

    因此，研究表明較高的氧分壓有助于更有效地將雜質(zhì)元素從冰銅中去除到熔渣中，因?yàn)樗鼈円匝趸镄问酱嬖谟谌墼小２⑶以撗芯靠梢苑乐购罄m(xù)電解中的雜質(zhì)影響到貴金屬香港回收。  

   在危險(xiǎn)材料雜志《JournalofHazardousMaterials》雜志的一篇論文中，我根據(jù)各金屬的活度以及在不同條件下的賦存狀態(tài)，提出了一種硫化焙燒加水浸的新工藝，該工藝在實(shí)驗(yàn)室中被證明可以有效的香港回收二次資源（廢舊銅渣）中的有價(jià)金屬（銅、鎳、鈷），并將其與鐵高效清潔分離基于研究的金屬元素機(jī)理和優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了一種新的冶煉廠址附近的香港回收工藝：一種組合式火法-濕法冶金工藝[4]。  

   火法冶金用于金屬香港回收有什么優(yōu)勢(shì)？你對(duì)此進(jìn)行了哪些改進(jìn)？     特聘副教授：火法冶金原理是通過(guò)高溫從礦石中冶煉出金屬或其化合物的過(guò)程，而濕法冶金原理是以相應(yīng)溶劑，以化學(xué)反應(yīng)原理，提取和分離礦石中的金屬的過(guò)程。 

    火法冶金處理是電子廢棄物有效方式，以及傳統(tǒng)香港回收廢棄金屬的方法。火法冶金工藝在從初級(jí)資源生產(chǎn)金屬方面發(fā)揮了重要作用。同時(shí)，火法冶金可以在原有工廠設(shè)備基礎(chǔ)上直接加以改進(jìn)，將香港回收工藝大批量投入已有的生產(chǎn)設(shè)備，通過(guò)在原有大型冶煉設(shè)備的前端或尾端加入處理設(shè)備，能有助于冶煉廢棄物的處理。 

    由于火法冶金反應(yīng)溫度過(guò)高，一般在1000度左右，會(huì)消耗大量能源。針對(duì)傳統(tǒng)冶煉廠采用焦煤炭作為熱源，造成大量碳排放的情況，目前的冶煉廠也在改進(jìn)，減少焦煤炭使用，轉(zhuǎn)向天然氣等相對(duì)清潔能源。同時(shí)，煉化金屬擁有自熱熔點(diǎn)，氧化時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱而不需要過(guò)度消耗能源。     不過(guò)根據(jù)金屬特性不同，可以選擇不同的香港回收方式。
也可以將兩種方式結(jié)合使用： 
    基于研究的金屬元素機(jī)理和優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了一種新的冶煉廠址附近的香港回收工藝：一種組合式火法-濕法冶金工藝，有著廣闊的工業(yè)運(yùn)用場(chǎng)景。從有價(jià)金屬銅、鎳和鈷的香港回收可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。不僅從煙氣中香港回收了大部分余熱，銅渣余熱也可以收集，充分利用仍有潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。這種方式的收入可以來(lái)自廢熱收集和金屬香港回收。

     計(jì)算流體力學(xué)（CFD）是一門交叉學(xué)科，目前在航空、航天、化工、冶金、建筑、環(huán)境等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。你用這個(gè)方法對(duì)于冶金流程研究有何幫助？     特聘副教授：CFD（計(jì)算流體力學(xué)）技術(shù)的發(fā)展源于核武器、航空航天等一些高科技領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)以及相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是一些CFD商業(yè)軟件的出現(xiàn)，CFD技術(shù)已在冶金、環(huán)境工程學(xué)等重要科學(xué)中發(fā)揮出越來(lái)越大的作用。 
    利用CFD流體力學(xué)方法可以優(yōu)化冶金過(guò)程。CFD技術(shù)利用流體力學(xué)、傳熱學(xué)、冶金反應(yīng)工程學(xué)等多學(xué)科交叉模擬實(shí)際反應(yīng)過(guò)程中難以檢測(cè)和控制的環(huán)節(jié)，避免了傳統(tǒng)的基于半經(jīng)驗(yàn)、半理論方法對(duì)攪拌釜內(nèi)多相流的預(yù)測(cè)缺陷，可節(jié)約成本、時(shí)間，以較小的代價(jià)達(dá)到優(yōu)化反應(yīng)設(shè)備、控制最佳反應(yīng)過(guò)程的目。


     計(jì)算流體力學(xué)模擬可以運(yùn)用于項(xiàng)目建設(shè)之前也可以針對(duì)項(xiàng)目建設(shè)之后。在項(xiàng)目建設(shè)之前，CFD模擬能夠?qū)υO(shè)備選擇，模擬調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)尺寸，降低原型的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，加快研發(fā)周期。     項(xiàng)目建設(shè)之后，通過(guò)CFD模擬，通過(guò)模擬調(diào)整冶金各階段供應(yīng)條件，分管位置、熔體噴濺角度等參數(shù)，有助于以較少的費(fèi)用和較短的時(shí)間，靈活地改進(jìn)工程設(shè)計(jì)。并且能運(yùn)用軟件獲得溫度、濃度參數(shù)，有效預(yù)測(cè)改進(jìn)后數(shù)值。     尤其是對(duì)于投資大、周期長(zhǎng)、難度高、高溫現(xiàn)場(chǎng)測(cè)度較難的冶金工藝過(guò)程，特別是危險(xiǎn)的、超越正常條件的、待開(kāi)發(fā)的、不可見(jiàn)的或難以測(cè)試的冶金新工藝和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)更為突出。   


  目前在工業(yè)4.0中，各種技術(shù)的發(fā)展方向朝著可視化、透明化、可預(yù)測(cè)性、智能化、自主化的發(fā)展。其中，全過(guò)程數(shù)字化和可視化是工業(yè)4.0的基點(diǎn)。而CFD運(yùn)用迎合了工業(yè)4.0的基調(diào)，為冶金流程提供全方位的模擬與預(yù)測(cè)。     你目前的主要研究領(lǐng)域是什么？     特聘副教授：目前主要研究課題為二次資源（廢舊電路板、鋰電池、銅渣等礦）的高附加值利用反應(yīng)機(jī)理研究，通過(guò)機(jī)理研究開(kāi)發(fā)尋求新的工藝。除此之外，研究方向還聚焦在通過(guò)CFD等方法對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高反應(yīng)效率。目前研究也有一部分研究聚焦金屬元素全生命周期碳足跡分析。主要針對(duì)冶煉企業(yè)中某種特定的金屬，在其生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)牧鞒讨羞M(jìn)行能效評(píng)估，對(duì)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行能量消耗統(tǒng)計(jì)，核算能耗及其碳足跡。