1.6　分離技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用

1.6.1　冶金分離與材料制備

金屬及其化合物是應(yīng)用最為廣泛的材料，包括結(jié)構(gòu)材料和功能材料。不同的材料對(duì)其純度的要求是不同的，因此，需要獲取各種純度的化合物和金屬材料來(lái)研究材料純度與其功能性質(zhì)的關(guān)系，并基于這種關(guān)系和材料性質(zhì)要求來(lái)確定材料的純度要求。

冶金分離是制備材料的關(guān)鍵步驟，包括濕法冶金和火法冶金。這里需要用到各種分離技術(shù)，包括選礦、浸取、除雜、萃取或離子交換分離、沉淀結(jié)晶、電解與沉積、廢水廢氣處理等等。在我國(guó)，冶金分離技術(shù)是既有水平又有特色的一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。在銅、鎢鉬、鈦鋯鉿、鉭鈮、稀土、鈾釷、鈷鎳、鉛鋅、金銀和鉑銠鈀等的分離和高純化方面都形成了很有優(yōu)勢(shì)的工業(yè)化基礎(chǔ)，所用礦物原料來(lái)自世界各地。

以離子吸附型稀土資源的開(kāi)發(fā)到材料制備為例，我們從20世紀(jì)80年代就開(kāi)始了離子吸附型稀土資源的開(kāi)采技術(shù)和分離提純與新材料制備技術(shù)的研究與產(chǎn)業(yè)化工作。完成了多套技術(shù)并廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。在這一系列的科研工作內(nèi)容中，分離技術(shù)占有重要的地位。圖1-4為稀土資源到最終材料的一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈過(guò)程示意圖。

圖1-4　離子吸附型稀土資源開(kāi)發(fā)到材料制備的產(chǎn)業(yè)鏈過(guò)程示意圖

1.6.2　有機(jī)化學(xué)合成與藥物分離

每年成千上萬(wàn)的新化合物的合成與鑒定都需要有可靠的分離技術(shù)做保障。因此，化學(xué)和醫(yī)藥工業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)先進(jìn)分離技術(shù)的使用。以藥物的合成與分離為例，無(wú)論是生物制藥、化學(xué)合成藥還是中藥制藥，均包括原料藥的生產(chǎn)和制劑藥生產(chǎn)兩個(gè)階段。原料藥的生產(chǎn)一般包括兩個(gè)階段：第一階段是將基本的原料通過(guò)化學(xué)合成、微生物發(fā)酵或酶催化反應(yīng)或提取而獲得含有目標(biāo)藥物成分的混合物；第二階段是下游加工過(guò)程，主要是采用適當(dāng)?shù)姆蛛x技術(shù)，將反應(yīng)產(chǎn)物和重要提取物中的藥物成分進(jìn)行分離純化，使其成為高純度的，符合藥品標(biāo)準(zhǔn)的原料藥。原料藥的化學(xué)合成與化工生產(chǎn)沒(méi)有差別，但就分離純化而言則有諸多差異，一是有效藥物成分的含量極低，從0.0001％到3％不等；二是藥物成分的穩(wěn)定性差，特別是生物活性物質(zhì)對(duì)溫度、溶劑、酸堿度都十分敏感；三是藥物對(duì)產(chǎn)品的純度要求高。因此，所用的分離技術(shù)要求相當(dāng)高。就原料藥的生產(chǎn)成本而言，分離純化的步驟多、要求嚴(yán)，其費(fèi)用所占產(chǎn)品生產(chǎn)總成本的比例高，一般在50％～70％之間?；瘜W(xué)合成藥的分離純化成本一般是合成成本的1～2倍；有機(jī)酸和氨基酸則為1.5～2倍；抗生素分離成本為發(fā)酵部分的3～4倍，特別是基因工程藥物，分離純化成本占總成本的80％～90％。因此，研究和發(fā)展新的分離純化技術(shù)，對(duì)提高藥品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本非常重要。

1.6.3　環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的廢水廢氣處理

在工業(yè)發(fā)展水平達(dá)到一定程度之后，生產(chǎn)過(guò)程的廢水廢渣排放對(duì)環(huán)境的影響將十分顯著。加上人們的生活水平的提高，對(duì)環(huán)境保護(hù)也提出了更加嚴(yán)格的要求。近幾年以來(lái)，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求提高了很多。例如：對(duì)稀土工業(yè)而言，從2011年10月1日起實(shí)施了更加嚴(yán)格的稀土工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。與一般化學(xué)工業(yè)和有色金屬冶煉行業(yè)相比，重金屬含量、COD、總氮和氨氮等的要求嚴(yán)格了不少。例如：最常見(jiàn)的氨氮含量控制標(biāo)準(zhǔn)就從原來(lái)的25～30μg/mL下調(diào)到15μg/mL以下；按照這一要求，用原來(lái)的水處理技術(shù)，或在其他一些行業(yè)使用的技術(shù)很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。企業(yè)需要采用投資更高、運(yùn)行成本更高的水處理技術(shù)，花費(fèi)更高的能耗和成本才能達(dá)到要求。為了滿足這一要求，許多企業(yè)采用了不夠先進(jìn)的使用非銨原料的落后生產(chǎn)技術(shù)，回避了銨的使用，但增加了成本，降低了產(chǎn)品質(zhì)量，也帶來(lái)了一些更加嚴(yán)重的新污染。針對(duì)這些問(wèn)題和挑戰(zhàn)，我們認(rèn)為更好的途徑是在降低原料消耗的基礎(chǔ)上對(duì)所有物料進(jìn)行回收再利用，減小廢水排放量，確保污染物排放量的減少。