1.6　分离技术在各领域的应用

1.6.1　冶金分离与材料制备

金属及其化合物是应用最为广泛的材料，包括结构材料和功能材料。不同的材料对其纯度的要求是不同的，因此，需要获取各种纯度的化合物和金属材料来研究材料纯度与其功能性质的关系，并基于这种关系和材料性质要求来确定材料的纯度要求。

冶金分离是制备材料的关键步骤，包括湿法冶金和火法冶金。这里需要用到各种分离技术，包括选矿、浸取、除杂、萃取或离子交换分离、沉淀结晶、电解与沉积、废水废气处理等等。在我国，冶金分离技术是既有水平又有特色的一个技术领域。在铜、钨钼、钛锆铪、钽铌、稀土、铀钍、钴镍、铅锌、金银和铂铑钯等的分离和高纯化方面都形成了很有优势的工业化基础，所用矿物原料来自世界各地。

以离子吸附型稀土资源的开发到材料制备为例，我们从20世纪80年代就开始了离子吸附型稀土资源的开采技术和分离提纯与新材料制备技术的研究与产业化工作。完成了多套技术并广泛应用于工业生产，取得了显著的经济和社会效益。在这一系列的科研工作内容中，分离技术占有重要的地位。图1-4为稀土资源到最终材料的一个产业链过程示意图。

图1-4　离子吸附型稀土资源开发到材料制备的产业链过程示意图

1.6.2　有机化学合成与药物分离

每年成千上万的新化合物的合成与鉴定都需要有可靠的分离技术做保障。因此，化学和医药工业的发展离不开先进分离技术的使用。以药物的合成与分离为例，无论是生物制药、化学合成药还是中药制药，均包括原料药的生产和制剂药生产两个阶段。原料药的生产一般包括两个阶段：第一阶段是将基本的原料通过化学合成、微生物发酵或酶催化反应或提取而获得含有目标药物成分的混合物；第二阶段是下游加工过程，主要是采用适当的分离技术，将反应产物和重要提取物中的药物成分进行分离纯化，使其成为高纯度的，符合药品标准的原料药。原料药的化学合成与化工生产没有差别，但就分离纯化而言则有诸多差异，一是有效药物成分的含量极低，从0.0001％到3％不等；二是药物成分的稳定性差，特别是生物活性物质对温度、溶剂、酸碱度都十分敏感；三是药物对产品的纯度要求高。因此，所用的分离技术要求相当高。就原料药的生产成本而言，分离纯化的步骤多、要求严，其费用所占产品生产总成本的比例高，一般在50％～70％之间。化学合成药的分离纯化成本一般是合成成本的1～2倍；有机酸和氨基酸则为1.5～2倍；抗生素分离成本为发酵部分的3～4倍，特别是基因工程药物，分离纯化成本占总成本的80％～90％。因此，研究和发展新的分离纯化技术，对提高药品质量和降低生产成本非常重要。

1.6.3　环境保护领域的废水废气处理

在工业发展水平达到一定程度之后，生产过程的废水废渣排放对环境的影响将十分显著。加上人们的生活水平的提高，对环境保护也提出了更加严格的要求。近几年以来，国家对环境保护的要求提高了很多。例如：对稀土工业而言，从2011年10月1日起实施了更加严格的稀土工业污染物排放标准。与一般化学工业和有色金属冶炼行业相比，重金属含量、COD、总氮和氨氮等的要求严格了不少。例如：最常见的氨氮含量控制标准就从原来的25～30μg/mL下调到15μg/mL以下；按照这一要求，用原来的水处理技术，或在其他一些行业使用的技术很难达到标准要求。企业需要采用投资更高、运行成本更高的水处理技术，花费更高的能耗和成本才能达到要求。为了满足这一要求，许多企业采用了不够先进的使用非铵原料的落后生产技术，回避了铵的使用，但增加了成本，降低了产品质量，也带来了一些更加严重的新污染。针对这些问题和挑战，我们认为更好的途径是在降低原料消耗的基础上对所有物料进行回收再利用，减小废水排放量，确保污染物排放量的减少。