程芳琴：废弃资源循环利用的探索者

  [中国石化新闻网2024-01-30]在工业固废处理与处置关键技术的研发与应用的这条道路上，37年来，程芳琴初心如磐、使命必达。现任山西大学党委常委、副校长的她，先后获国家科技进步二等奖2项、省级特等奖1项、省部级一等奖4项；获授权发明专利94件，制定标准5项，发表论文162篇，主编专著5部。她还享有国务院特殊津贴，入选国家百千万人才工程，获得全国五一巾帼奖章。1月19日，在“国家工程师奖”首次评选表彰中，程芳琴获得了“国家卓越工程师”荣誉称号。
  开发芒硝法制钾新工艺
  1986年，程芳琴从太原理工大学毕业，被分配到运城盐化局工作，从事工艺研究。她在盐湖领域的研究成果得到了广泛应用。
  我国是一个钾资源十分匮乏的国家。20世纪90年代，我国硫酸钾严重短缺，对外依存度高，供需矛盾突出。而盐湖工业年产近亿吨低品位钾钠废盐，其中高值转化制备硫酸钾是重要方向。在“九五”期间，国家提出依托盐湖资源开展科技攻关，程芳琴果断迎战，立下了“没有退路，只能成功”的军令状。
  程芳琴带领团队成立自控小组，从实验到施工、安装、试生产，与课题组成员开始了连续攻坚，总结实验规律并编制运行程序、设计调节回路、增设自动阀门等生产工艺控制方案，向着确保产品质量稳定，大幅降低生产成本的目标勇毅前行。
  针对复分解法钾盐分离困难，副产盐难提取以及系统水不平衡的关键技术难题，经过8年的探索实践，程芳琴通过水盐体系相图理论研究，发现钾芒硝具有热力学稳定、晶格能大的特性，在此基础上发明了“两段转化—一次蒸发”的芒硝法生产硫酸钾联产氯化钠新工艺。他们自主研制了内置导流推进式全返混溶解搅拌釜、氯化钠“溶解—蒸发—介稳出盐”分区调控结晶器，实现了连续生产和自动化控制，成功破解了复分解法系统水不平衡的难题，取得了硫酸钾转化率大于95%，能耗降低47%，成本仅为国际复分解法的60%、曼海姆法的70%的可喜成果，突破了芒硝法生产硫酸钾过程系统水平衡，为世界低品位资源制取硫酸钾开辟了一条新路。该研究成果也斩获了2003年度国家科技进步二等奖。
  工程化实践中，该技术在南风化工集团建成10万吨/年生产线，使进口钾肥价格降低33%，年节约外汇6500万美元。
  科研攻关路没有止境。她克服高原反应，带领团队在青海察尔汗盐湖、马海盐湖的废弃资源中，开展氯化钾和氯化锂的提取研究与工程建设，建成235万吨/年高泥矿制备氯化钾和千吨级的氯化锂生产线，脱泥率大于90%，氯化钾回收率提高17%以上。
  实现煤基固废资源化利用
  我国煤矸石年产量约8亿吨，堆存近百亿吨。燃烧发电和地面回填是煤矸石规模化利用的主要方式，但这种方式燃烧利用率低，回填堆场自燃、渗滤频发，严重危害生态环境和生命健康，因而迫切需要提高资源利用率，实现无害化处置。
  程芳琴带领研究团队，咬定固体废弃物不放松，啃“最硬的骨头”，从根本上探索出一条资源清洁煤矸石利用新路。从山西到内蒙古、陕西、甘肃等地，程芳琴深入了解煤炭产业发展现状，扑下身子，集中力量，收集了很多一手资料，为解决难题提供了有力支持，把变废为宝的论文写在转型发展的企业里，把减碳增绿的科技成果写在高质量发展的祖国大地上。
  功夫不负有心人。经过10余年联合攻关，她和科研团队开发出分质资源化利用——分类无害化填充技术，形成了煤矸石清洁燃烧发电、煤泥清洁型煤及配套炉具、灰渣高值化利用及协同矸石无害化处置等系列成果，在50兆瓦和300兆瓦机组应用后，煤矸石利用率提高至85%以上，炉内固硫率提高10%。煤泥和生物质制备环保型煤和配套炉具，使煤泥燃尽率大幅提高，减少了硫高温释放和一氧化碳中毒。一个又一个科技创新，填补了我国在煤矸石、煤泥污染控制和无害化处置领域的系列空白，技术应用推广于电力、建材、环保等行业，辐射北方十余省区，为相关资源型地区可持续发展提供典型案例。
  其中，煤矸石煤泥清洁高效利用关键技术，为国家资源型地区可持续发展提供有力支撑，荣获2020年度国家科技进步二等奖。
  铝锂是我国重要且紧缺的资源。高铝粉煤灰、煤矸石等固废中富含锂铝资源，但存在矿相稳定浸出条件苛刻、复杂体系选择性分离难及尾渣全利用受限等瓶颈问题。行业急需突破煤基固废中铝锂战略资源高值利用关键技术，实现固废的高值利用和规模消纳。
  针对上述问题，程芳琴带领团队开发出稳定矿相解构—铝锂温和高效浸出、复杂酸性体系深度除杂与铝锂高效分离新技术、多固废协同胶凝的尾渣全量化利用技术，提高了铝锂资源利用率，破解了反应条件苛刻设备腐蚀严重的工程难题，实现了固废的全量化利用和规模化消纳，为煤基固废资源利用提供重大原创性技术支撑。目前，该技术已累计消纳工业固废百万吨，每年节约铝土矿2万吨，显著降低了碳排放。
  完善废弃物循环利用体系
  作为山西省政协委员，程芳琴表示，近年来，受资源禀赋、能源结构、发展阶段等因素影响，山西省高质量发展面临挑战。数据显示，2021年，山西产生固废4.26亿吨，填沟造地等处置占比大，综合利用量仅1.7亿吨；氧化铝每年产能2520万吨，排名全国第二；新能源装机容量到2025年达8300万千瓦以上。
  “山西省煤电铝新能源产业集聚发展，循环经济产业链却尚未聚势成型，延链、补链、强链工作亟须加强。”程芳琴说。
  为此，程芳琴建议，要建立新的省部科技会商机制，聚焦大型煤铝资源型地区废弃物循环利用，推进科技专项计划落地山西，助推一批关键技术在山西省成熟示范、落地生根、开花结果。她进一步表示，要统筹谋划废弃物循环利用体系，努力打造全链条循环利用。“通过全面系统布局，打通山西省循环经济发展的全链条，实现循环经济产业发展水平提升，充分释放资源利用潜力，为资源型地区高质量发展提供保障。”程芳琴如是说。