發明家王武生:回收銅無熔煉直接電解革命技術
2020-12-05 中國網科學頻道電解銅是電子電器工業最重要有色金屬，被廣泛地應用於電氣、輕工、機械製造、建築工業、國防工業等領域。我國目前是世界上最大的銅回收利用國，年產量達到八百萬噸，居世界首位。現在我國的電解銅95%以上都來自於回收利用，但銅的回收過程又是一個重金屬汙染嚴重和大量消耗能源的過程。在環境汙染嚴重、能源資源短缺的今天，積極尋找綠色環保、高效節能的生產工藝，減少資源浪費和環境汙染已是大勢所趨。王武生教授發明的銅直接電解回收的技術，從根本上解決了回收過程中的環境汙染問題，大幅度降低了能源消耗，是銅回收冶煉領域的，特別是銅回收電解技術發明以來的一次技術革命。我們有幸採訪到了發明家王武生教授，了解到他是如何解決這一世界銅冶煉領域的技術難題的。
記者：王教授，你好!請問你發明的回收銅直接電解技術與現在的技術有什麼區別?
王武生：首先我想介紹一下現在的銅電解的工藝：現在回收銅必須先將銅進行熔化，鑄成陽極板後才能去電解。
記者：全世界都是這樣的，難道有什麼問題嗎?
王武生：當然全世界目前都是採用這種工藝。但這種成熟的工藝會產生大量的環境汙染，同時消耗大量的能源，並且經濟效益很低。
記者：能具體談談嗎?
王武生：好的。首先是環境汙染：因為在銅熔化過程中會排放大量的重金屬，如鉛等，造成周圍老百姓得「血鉛病」。其次，由於銅的熔點高達一千多度，所以熔化時會消耗大量的能源，產生大量溫室氣體，但現在我國強調發展綠色經濟，必須實行降耗減排。其三，寶貴的有色金屬資源浪費，我國是一個有色金屬資源嚴重匱乏的國家，這些寶貴的有色金屬一部分排入到空氣中汙染環境，另一部分變成廢渣。其四，經濟效益差，除了能源費用昂貴外，在熔煉過程中還將部分銅變成了氧化銅，氧化銅的價值要遠低於銅，即使可以回收，但氧化銅只能電積回收，不能電解。同樣一噸銅電解只需300度電，但電積需要2000度電，成本大幅度上升。
記者：你的技術是如何實現的?
王武生：我的發明在回收過程中沒有銅熔煉。
記者：你不熔煉如何將銅製成陽極板呢?據我們所知：不先將銅製成陽極板就無法進行電解。
王武生：我是通過機械方式將銅直接壓製成陽極板，沒有熔煉過程。
記者：這是一種非常簡單的工藝，難道別人沒有想到過嗎?
王武生：我相信以前也有人試驗過，但是失敗了。
記者：為什麼別人失敗了，你卻能成功呢?
王武生：因為如果簡單地直接壓成板塊，在電解過程中會產生斷裂，無法實現工業化生產，也無法壓成大塊的陽極板。
記者：那你又是如何實現的呢?
王武生：這就好比製造大塊水泥板一樣的道理，你如果只有水泥，你做出的水泥塊就會斷裂，但你們如果在裡面加入鋼筋骨架就不會斷裂了。
記者：你是說在銅粉壓制的過程中在裡面加入了骨架?
王武生：對!這種骨架材料機械強度高，抗腐蝕，不參與電解，可以反覆使用，一百年也不會損壞。
記者：你的發明與現在的技術相比有什麼優勢呢?
王武生：簡單地說就是：環保化、節能化、資源化、效益化。
記者：什麼是環保化?
王武生：在回收過程中無廢水、廢氣、廢渣的排放。改變了現在周圍老百姓得「血鉛病」的歷史。
記者：什麼是節能化?
王武生：在電解前的陽極板製作過程中不消耗能源，現在每熔化一噸銅需要消耗80-150公斤燃油。
記者：那八百萬噸將是一個多麼驚人的數量啊!
王武生：八百萬噸的產量但能源消耗不止八百萬噸，應該一千多萬噸。
記者：為什麼?
王武生：因為現在一噸陽極板不能全部電解，還有殘極產生。殘極的量約三分之一，如厚度35毫米的陽極板，當電解到厚度十多毫米時你就要停止電解，如果繼續電解會產生斷板，造成生產事故。並且如果是二次熔鑄能耗會成倍增加，所謂二次熔鑄就是先熔煉成元寶銅，再熔鑄成陽極板。一年需要上百萬噸的燃油或天然氣，現在如果全部採用我的發明會每年為國家節省上百萬噸的燃料，同時減少數百萬噸的溫室氣體的排放，具有非常重要的社會意義和經濟意義!這就是所謂的「節能化」。
記者：這麼重要的能源消耗，國家有什麼相關的政策導向嗎?
王武生：有!其中的政策規定只有規模達到十萬噸的才能批准投產，因為規模大可以相對降低每噸的能源消耗。但規模大也只能相對減少而已，無法從根本上杜絕能源的消耗和汙染的產生。
記者：那資源化是什麼意思?
王武生：將原來排入大氣和廢渣裡的重金屬如鉛、錫、金、銀等回收利用。
記者：效益化呢?
王武生：由於減少了能源消耗，提高了銅的回收率，降低了生產成本，從而可以大幅度地增加經濟效益。採用本發明原有的電解生產設備不作任何改造，仍然採用現有的生產設備和工藝。並且無汙染排放、節省能源，具有重要的社會意義!
▲上圖為電解銅陽極板熔鑄生產現場
記者：王教授，您的回收銅無熔煉直接電解技術發明產品有通過相關機構化驗嗎?
王武生：化驗是必須的，我們通過合作單位荊州市友大金屬製品有限公司委託北京礦冶研究總院測試研究所對直接電解的電解銅做了化驗報告。
▲上圖為直接電解的電解銅的化驗報告
王武生教授發明的「回收銅無熔鑄直接電解技術」，既沒有熔煉過程，節省了大量能源費用，又沒有銅在熔煉過程中的損耗;且原有的電解生產設備不作任何改造，仍然採用現有的生產設備和工藝，與現有技術相比節省不少生產成本，這對回收銅行業的發展，無疑是具有裡程碑意義的。
連線人物：
王武生，華東理工大學機械與動力工程學院教授;2005年《汽車製造與修理》教授級高級工程師;國家汽車標準委員會車身分標委員會委員;上海奇謀能源技術有限公司總經理;上海市第四屆創造發明獎;松江區第二屆拔尖人才;上海市領軍後備人才;上海市松江區市民最喜愛的「我們松江人」獲獎人。
王武生在長期的創造過程中取得了豐富的科技創新成果，共取得了幾百項發明，獲得了國家知識產權局頒發的四十多項發明專利證書和四項美國專利。其中，發明的《WFY-1汽車碰撞模擬臺車》，改變了利用線性變量疊加合成非線性曲線的傳統方式，採用直接利用金屬管的變形吸能的原理，實現了波形再現，真正實現了自主開發，打破了德國、美國在此技術領域的壟斷，被中國汽車認證中心、國家汽車監督檢驗中心(上海)等採用，列為上海市高新技術成果轉化項目，獲上海市第四屆創造發明專利三等獎。《限荷預緊式安全帶》的發明，打破了美國專利技術壟斷，填補國內空白，它採用限力式安全帶大幅度提高了乘員的安全性，被中國奇瑞汽車公司、江淮汽車公司等採用，被列為上海專利二次開發項目。作為全國汽車標準化技術委員會會員，參與了多項國家標準的制定，如《汽車安全帶標準》、《汽車安全氣囊標準》並且主持起草《車輛前下部防護裝置》的國家標準，是上海市第一次自主負責起草和制定的汽車行業的國家標準。針對高原戰士缺氧及部分邊遠地區的小型醫院缺少醫用氧氣的狀況，開發了《家庭實用、車用小型電解制氧機》，獲得第十屆全國發明銀獎，據此發明製造的產品獲第十屆全國發明新技術產品金獎。《安全帶緊急鎖止試驗臺》試驗裝置原來一直依賴進口，每臺進口需19萬馬克，經過對比試驗，該產品完全達到國外同類產品的性能，操作更為簡單，填補了國內空白，價格僅需人民幣20萬元，已被中國汽車產品認證、解放軍總裝備部定遠試驗場、602直升機研究所採用。除了在發明中取得了豐富的成果外還發表論文十多篇，其中在國家一級期刊共發表了具有創新理念和獨特見解的論文6篇。(顏輝)
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