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产学研先锋:丁一刚教授科研团队

2020年12月09日 16:41 科学技术发展院 化工与制药学院 点击:[]

塑造校企合作新典范共创绿色化工新未来

——丁一刚教授科研团队工作纪实

通讯员 许守飞

丁一刚,博士、二级教授、博士生导师,百千万人才工程国家级人选,国家有突出贡献的中青年专家,全国化工优秀科技工作者,享受政府特殊津贴人员,湖北省化学化工学会理事,湖北省磷化工协会理事,湖北省高等学校名师工作室主持人,首批国家级一流课程《化学反应工程》负责人,《化工进展》、《现代化工》和《武汉工程大学学报》编委会编委。

丁一刚教授领衔的资源化工及过程强化创新团队,面向资源的高效绿色化利用对新技术、新装备、新工艺的需求,旨在通过多学科的交叉、互渗、互用,将化学工程中的传递原理、强化技术、典型过程装备与资源的分离和利用相融合,解决资源高效绿色化利用中的重大关键问题。团队主要围绕化工过程强化技术、磷及伴生资源的梯级利用、气液固三相反应器及多相流三个方向,开展基础研究、应用研究与工程化。团队现有教授6人、副教授3人、讲师4人,其中,湖北省相关人才计划特聘教授1人、相关人才1人、博士生导师2人、硕士生导师10人,具有一年以上海外留学经历的5人;近些年来培养博士生5人,硕士生100余人。团队主持国家科技支撑计划课题2项、国家自然科学基金11项,以及包括湖北省重大科技专项在内的省部级科研项目20余项。获湖北省技术发明一等奖1项(已公示),湖北省科技进步一等奖2项、二等奖3项、三等奖2项,授权国家发明专利70余项,科研成果转化10余项;在Chemical Engineering Science、AIChE Journal、Industrial & Engineering Chemistry Research、Chemical Engineering Journal、Green Chemistry、Nanoscale等国内外学术期刊发表论文200余篇;主编专著3部、教材1部。

深耕不懈,赢得湖北工业磷酸一铵遍地

“停留在纸面的不叫技术,工科的特色之一在于成果转化”,这是丁一刚教授给团队成员留下印象最深的一句话。2009年前团队就完成了工业磷酸一铵的小试研究工作。为了不让技术仅停留于纸面,为了能早日摘取磷酸盐中这一带刺的“玫瑰”,在国家“十一五”、“十二五”科技支撑计划及湖北省重大科技专项的支助下,丁一刚教授带领团队与湖北祥云(集团)化工股份有限公司联合组建实验室,凭着坚韧不拔的刻苦钻研精神,带领团队成员和公司研发人员自主研发、攻关,开发了低成本预处理工艺,突破了湿法磷酸中硫、金属等杂质含量高导致产品需重结晶的技术瓶颈,建成了3万吨/年湿法磷酸连续生产工业级磷酸一铵示范生产线,加快了湖北省湿法磷酸生产工业磷酸一铵连续生产的进程,并于2010年获湖北省科技进步二等奖。

项目的落实并不是终点,对于追求极致完美的团队而言,湿法磷酸连续生产工业级磷酸一铵中还有许多待解的难题:譬如,如何降低能耗、如何提高自动化程度、如何进一步提高产品的质量和晶型……。团队与湖北祥云(集团)化工股份有限公司和中国五环工程有限公司开展三方合作,结合三方在技术、设备、设计方面的优势,通过联合攻关,采用撞击流、非等温结晶、连续离心等技术对生产装备和原有生产工艺进行技术改造,取得一批具有原创性的技术成果,突破了工业级磷酸一铵生产中自动化程度低、能耗高、产品粒度分布不均匀、碎晶多等多项技术瓶颈,开发了湿法磷酸大规模连续生产工业磷酸一铵集成技术工艺包,完善了湿法磷酸伴生氟、镁、硅和钙的高值化利用工艺技术,在湖北祥云(集团)化工股份有限公司建设了10万吨/年湿法磷酸连续生产工业级磷酸一铵项目,产品的电耗(以吨P2O5计)下降到195千瓦时,综合能耗下降到129千克标准煤/吨P2O5。基于上述技术成果,2016年获湖北省科技进步一等奖,2020年获湖北省技术发明一等奖(已公示)。

“一枝独放不是春,万紫千红春满园”。为促进湖北省工业经济的重要支柱产业——磷化工的发展,团队技术成果成功应用于湖北六国化工有限公司等5家磷化工企业,分别建成5万吨/年工业级磷酸一铵生产线,年均新增利润近5亿元。该技术不仅在湖北遍地开花结果,为企业带来经济效益,而且还极大地提高了我省磷化工的整体技术水平和行业地位。

合作创新,换来磷资源开发利用专利技术的一遍绿

如何践行习近平总书记提出的“长江大保护”和“绿水青山”理念,提高资源的综合利用效率,实现资源的绿色化利用和生态环境保护一直是丁一刚教授长期思考的问题。

针对湖北省优势磷矿资源利用中伴生资源的利用率低、环境污染重、难处理的现状,丁一刚教授鼓励团队从自身的专业视角去追寻磷资源利用中难点问题的根源,通过多方向、宽渠道、多角度的多点结合,以求从面上解决长期困扰磷化工行业的瓶颈问题。很快一批批专利技术由此而生:刘生鹏教授结合其工艺研发专长,开发出利用磷尾矿组合沉淀联产Mg(OH)2和CaSO4晶须创新工艺;杜治平教授利用其催化专长,研发出磷尾矿全利用一步合成碱性催化材料新技术;龙秉文教授借助其热力学专业背景,建立了湿法磷酸中液相氟的沉淀模型,指导高效脱氟剂的研发;邓伏礼博士将分离专长应用于氟盐研发,开发出两步分调连续生产精细氟化盐新技术;熊芸博士依靠其高分子合成专长,将磷矿中的硅资源转化为缓释肥包膜材料加以利用……,团队整体呈现出“百花齐放,百家争鸣”的景象。

上述技术成果有力地推动了湿法磷酸及伴生资源的绿色利用,实现了资源的节约利用和生态环境保护的兼顾,极大地提高了我省中低品位磷矿的综合利用水平,为中低品位磷矿的高效、绿色化湿法利用提供了示范。

攻坚克难,填补气固分离技术新空白

“化工行业,资源为王”。磷是一种不可再生的资源,磷矿是湖北省的优势矿产资源,但湖北90%以上为难浮选的中低品位胶磷矿,企业“采富弃贫”现象严重。为解决这一“卡脖子”的技术瓶颈,在我校老一辈教授们成果的积累和传承基础上,团队通过分析中低品位胶磷矿的矿物学特征,将化工“三传一反”中的精馏原理嫁接到柱式浮选,采用矿浆强化循环并产生微泡以及设置管流层板等,解决了磷矿浮选过程中的难题,设计出了具有“逆流矿化、旋流矿化、管流矿化”一体化的新型3F-FC柱式浮选装备,并于2014年完成了Φ500×6000mm中试浮选柱的建设及试验任务。

然而,3F-FC柱式浮选装备的工业应用并非一帆风顺。为加快柱式浮选在湖北应用的进程,2020年初,新冠疫情还未平息,丁一刚教授决定带领邓伏礼博士、张逸博士等团队成员,驱车前往位于宜都市的楚星化工股份有限公司,克服一切困难、坚持科研工作不放松。在厂区内,丁教授戴上口罩,现场指导新建Φ2000×8000mm磷矿柱式浮选设备的开车运行工作。一开始的试车并不顺利,但是课题组成员拥有充分的自信,顶着烈日坚守车间阵地,与技术员一同现场测试和试验,探讨改进方案,忘我的工作让成员们甚至顾不上吃盒饭,最终经过数日的紧张调试终于实现了新装置的成功开车。该装置经单一作业能使磷矿实现尾矿中的P2O5仅2.5%,各项指标满足要求,大幅度的节约了宝贵的磷资源,经济、社会和环保效益可观。本次工业生产装置的成功安装调试、运行至今,代替了常规机械搅拌式浮选槽,标志着3F-FC磷矿柱式浮选设备从科学研究走向了实际的工业生产应用,填补了湖北省柱式药剂浮选的空白。

同年在湖北省揭榜制科技项目活动中,该技术被我校作为创新技术发布榜单,并得到了湖北宜化松滋肥业有限公司的青睐,并签订合作协议。该项新技术的成功经验将从根本上改变磷矿行业中低品位磷矿利用的现状,增强企业的技术竞争力,对全国选矿企业可起到示范引领作用,为我省乃至全国磷资源开发产业发展起到了积极推动作用。

未雨绸缪,积极拓展磷化工精细产业链

成绩的取得不是偶然的,是多年辛苦后的薄收。丁一刚教授未雨绸缪,正带领团队成员与加紧科研攻关,布局磷酸脲精细化工原料、聚磷酸铵阻燃材料、食品级磷酸二氢钾、食品级偏磷酸钾添加剂、低磷表面活性剂等高端磷系化学品的工程化研发,努力推动磷化工向精细化、专业化的高端方向延伸。其中团队的张波教授、杨昌炎教授等先后与江苏省宿迁生物科技有限公司、江苏省沭阳凯慧照明科技有限公司针对工业清洗剂、工业防锈油脂的开发与应用等展开了深入合作,相继开发出多功能生物高效清洗剂、耐极寒与高温的轨道防锈油脂等产品。

助力重振,携手共谋产学研融合新发展

2020年,团队以疫后经济发展为契机,在学院党委和行政的大力支持下,以科研团队组建的支部,与襄阳泽东化工集团开展“携手共建,助力重振”合作。丁一刚教授多次通过视频的方式积极为泽东化工磷石膏的综合利用建言献策,力争为企业解决实际困难;龙秉文教授通过组织校企联合党建研讨会、党员活动、党课等方式促进交流沟通,加强党性教育和科技交流,更好地为服务产学研合作做出重要贡献。

技术创新的道路没有坦途,团队取得的成绩只能属于过去,未来将面临更加严峻的挑战。面对未来的挑战,团队将以饱满的热情,不畏艰难险阻、敢为人先的责任担当精神,积极投入到资源化工高效绿色化利用的研究中,为中低品位磷矿的高效、绿色化湿法利用,为环境友好型和资源节约型两型社会的发展贡献绵薄之力。(审稿 刘治田 王雪梅)

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