作者:禹爱华 龙军 王成奇 向润源 来源:光明日报 发布时间:2023/8/27 7:45:31
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废铅蓄电池回收的“拓荒”,把人“解放”出来

 

曾经,铅蓄电池资源回收行业长期采用“人工拆解—高温熔炼”的工艺技术,行业发展一度陷入污染重、资源回收率低的困境。如今,通过湘潭大学“再生铅科技创新团队”的持续奋斗,制约产业发展的难题得到了解决,行业发展面貌焕然一新。

从2008年起,湘潭大学“再生铅科技创新团队”通过与科技企业深度产学研合作,陆续研发出四代技术,让中国废铅蓄电池资源回收行业实现全过程绿色智能化,居世界领先水平。目前,国内铅蓄电池回收行业、再生铅行业当中,该团队研发的技术装备应用占比稳步保持在85%以上;在世界废铅蓄电池资源回收行业,超过六成的变废为宝装备刻上了该团队的印记。

1、找准有应用前景的科研方向

今年,湘潭大学“再生铅科技创新团队”成功完成第四代技术储备。在实验室条件下,批量实现对铅膏和废铅蓄电池修复,该技术可以极大缩短铅循环链,延长蓄电池使用周期。

“为了找准一个有应用前景的科研方向,我走访了近20个行业的100多家企业。”2006年,张俊丰博士毕业到湘潭大学任教,通过调研发现,铅蓄电池资源回收行业采用“人工拆解—高温熔炼”的工艺技术,行业发展陷入污染重、资源回收率低的困境,而且从事废旧电池拆解的工人,因长时间接触含铅物质,铅元素摄入超标,严重危害身体健康。

这一幕让张俊丰深受触动,心里萌生了一个坚定的念头:“一定要把人解放出来!”考虑到国家对生态环境保护力度不断升级,张俊丰决定做废铅蓄电池回收技术研究,统筹处理铅资源的全回收和铅污染防治。

“国内电池回收处理行业做的人不多,前景广阔,我想去闯一闯。”张俊丰找到了同窗好友曹靖、黄妍,“刚毕业大家都在找未来的研究方向,发现这个社会问题亟待解决,相信我们也有能力去做。”符合国家所需,契合行业发展,说干就干,伙伴们一拍即合。

这是一次拓荒,国内几乎没有成功的案例和可供借鉴的经验。很长一段时间,既有科研上的重重困难,也有不小的经济压力。“这条路做下去是有希望的,要能守得住寂寞,才能做得出实实在在的成绩。”张俊丰和伙伴们互相打气,“别怕难,我们宁可拖得时间久一点,也不要去做‘短平快’的快餐式项目。”

硬骨头只能一个接一个地啃。在研发过程中,他们打通了进料尺寸非均一化的难关,研发新型结构和材料的主轴来化解自身应力损伤难题,又打通了强掺混的破碎混料高效分选难关,实现了铅泥、塑料碎片、极板的高效分离。

认定前方,笃定前行。攻破一系列难关后,团队成功研发出了第一代技术,让机器拆解代替人工拆解,大幅减少了废铅蓄电池处理对环境造成的污染,成功实现达标排放。

2、将学科优势发挥到极致

十多年前,许多企业想做铅蓄电池回收,但领域内可借鉴的成功案例很少,起步就必须靠自己摸索。团队发现工程系统牵涉到很多复杂的原理和工程实践。为此,他们充分发挥湘潭大学综合性大学学科优势,不断吸纳环境、化学、化工、信息、机械等学科领军人才、科研骨干,组建学科交叉团队,展开前端研究。

如何突破氧化铅和硫酸共存稳态,是整个工程问题的第一步。化学学院教授曹靖攻克了第一道拦路虎。怎样把实验条件下得到的成果变为先进技术,是转化的关键一环,学环境工程出身的环境与资源学院教授黄妍为此作出了重大贡献。创制装备和工程系统是最后的“临门一脚”,由机械工程和信息工程的团队成员完成。

“团队从上游到下游,全环节、全链条的人都有。我们用系统的方法解决系统问题,一环套一环,让每个人的学科优势发挥到极致,实现学科协同效应最大化。”张俊丰说,每当遇到重要问题,团队都要进行集体会商,并要求负责技术的成员必须考虑装备的问题,做装备的成员多想一步工艺和生产的事情。

曹靖通过实验对比发现:“利用我们这个技术回收的氧化铅制造的电池性能,已经达到甚至超过了市面上同类产品的性能。”这一发现给了团队合力向前应对挑战的更大信心。

同时,团队吸收湖南江冶机电科技股份有限公司的60多名企业工程技术人员,开展产学研用深度协同创新。

“我们负责再生铅技术研究、关键技术开发,以及关键设备构型设计,江冶机电负责将我们的研究思路、关键工艺、关键技术,以及关键设备构型,在工厂里进行具体设计、实施和制造。”黄妍说,生产中一旦遇到问题,双方共同寻求解决之道,一道携手闯关。

收获,不期而遇。2012年,团队研发的技术装备实现了“机械化破碎分选—废铅膏规范高温熔炼”。当年,第一条生产线在广东清远建成。不久,第一代“机械化破碎分选—废铅膏规范高温熔炼”技术陆续被引进到全国更多同类工厂。

团队并未停止脚步,持续攻关再生铅“清洁”技术设备。2018年,他们获得重大突破,通过技术革新将熔点从1300摄氏度降至900摄氏度,使铅尘无法生成,从源头上断绝了排放的风险,多个技术跃居世界领先。2021年,第三代设备推出,完全摒弃了熔炼环节,把再生铅回收由冶炼变成了化工,全过程无废水废气排放,再次刷新该领域世界领先技术水准。

3、内心驱动成大业造大才

2023年,中国再生资源产业技术创新战略联盟认定,废旧铅酸蓄电池破碎分选成套设备在国内市场平均占有率稳步保持在85%以上,排名第一;国外市场占有率30.33%,排名第一。

从第一代技术开始研制到第四代技术完成技术储备,时间的指针跨越整整15年。这是科研工作者最富有创造力的时期,张俊丰和团队成员选择了默默坚守耕耘。

十多年来,张俊丰带领大家夜以继日,或泡在实验室、图书馆里,或奋笔疾书、埋头钻研在各项数据里;调研的身影,或在田间地头、或在工厂车间,团队跑遍了大半个中国。这份内心驱动逐渐变为了内心坚守,又化为对事业的执着和热爱。“国家的生态环境指引不断升级、环境技术进步没有止境,每一代技术都有自身的不足,我们必须主动前行。”张俊丰说。

尽管第一代技术装备国内行业覆盖率高,国内行业产值高达1000多亿元,但团队依然不断推动技术迭代升级,不断自我超越。

“环境效益仍然不够好。”张俊丰说,“我们第一代技术虽然实现了机器替代人工,但是自动化程度低、环境负担仍然重,所以我们开发第二代技术。”

这份热爱也传递给了团队后备力量。

湘潭大学博士后陈彪2015年从湘潭大学硕士毕业后,进入了一家以铅蓄电池回收为运营方向的企业,和张俊丰的师生情谊因工作而得以延续。“张老师经常帮助公司解决技术难题,并且和工程师一起埋头苦干,亲力亲为。”陈彪说。

经过一段时间的工作实践,陈彪认识到了行业发展瓶颈,他选择回到母校攻读环境科学与工程博士学位,继续提升个人科研能力,主要职责是将除杂、净化后的不同物质统一转化为硫酸铅。

跟随张俊丰的步伐,陈彪对专业的热情持续高涨,研究也愈加深入,发表系列科研成果。他自己也成长为行业的佼佼者。“2015年以来,我始终怀有一腔热情,让8年的学习和工作经历都围绕着所读专业来发展。”目前,他正和团队成员一起在工程应用方面继续发力,致力于将科研兴趣转化为科研实效。

团队成员就像手指,要各有所长,才能形成合力。在这样兼收并蓄的氛围之下,团队逐渐形成了功能互补、梯队鲜明的特质。

张俊丰说:“身为环保人,有幸看到了中国废铅蓄电池行业的巨大变革,看到中国制造从无到有,从中国走向世界,我感到无比骄傲和自豪。”

(本报记者 禹爱华 龙军 本报通讯员 王成奇 向润源)

原标题:湘潭大学“再生铅科技创新团队”:紧跟国家需求做科研

 
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