十年磨一剑 实现“科技梦”

——访国家技术发明奖二等奖获得者北京矿冶研究总院院长蒋开喜

2016年01月12日 9:19 4899次浏览 来源:   分类: 重点新闻   作者:

导读: 经过十数年的潜心研究,一项以“最小化学反应量原理”为目标,针对复杂难处理资源的“可控加压浸出技术”取得重大应用突破,并被广泛推广应用,极大地推动了有色复杂难处理矿产资源处理的科技进步事业。

 

北京矿冶研究总院院长蒋开喜

  经过十数年的潜心研究,一项以“最小化学反应量原理”为目标,针对复杂难处理资源的“可控加压浸出技术”取得重大应用突破,并被广泛推广应用,极大地推动了有色复杂难处理矿产资源处理的科技进步事业。日前,此项技术也被授予国家技术发明奖二等奖。记者采访了这项技术的攻关带头人——北京矿冶研究总院院长、教授级高级工程师蒋开喜,近距离感受了蒋开喜和他的科研团队心系国家科技需求、潜心研究科技成果的点点滴滴。
  建设矿业强国
  业界呼唤冶炼新技术突破
  我国作为13亿人口大国,矿产资源开发利用不可逾越,必须独立自主,否则受制于人。资源短缺、难处理矿比例大,这种状况还将长期存在,越来越受到资源和环境刚性约束。开发西部矿产资源和走出去开发国外矿产资源是大势所趋,在这个大形势下,传统的冶炼技术有很多局限性,亟须清洁冶炼技术创新,以加快我国向矿业强国的转变。
  作为国家矿冶科技领域的技术带头人,蒋开喜深感责任重大,他和他的科研团队义无反顾,担负起了国家在这一领域的科技攻关重任。
  蒋开喜指出,加压浸出作为过程强化技术,1887年首次用于铝土矿溶出,目前还在铀矿、镍矿、锌矿浸出、难处理金矿预氧化等领域得到了工业应用。尽管它具有反应速度快、浸出率高、无烟气、无粉尘排放等优点,但加压浸出技术是一个高效的技术,由于效率高,导致了很多无用的反应发生,使我们资源的提取不那么高效,国家需要发明可控的加压技术来解决这个问题,通过机制上的调控、技术上的研究,达到想要什么就要什么的理想状况。
  但要实现这样的应用效果又谈何容易?几大障碍一直是横在世界冶炼技术攻关者面前的道道难关:对加压浸出过程主要机理认识不清,如主要伴生矿物黄铁矿、硫的氧化等;实际应用中并未达到真正的高效,除了目标金属高效浸出外,并未实现副反应可控、无效反应最小化,以及高温除杂等目的,导致生产成本高;加压浸出并未普遍用于传统流程的优化改造升级;并未在危险固废资源化和无害化方面发挥重要作用,实现清洁生产。
  为此,蒋开喜和他的团队经过30多年的基础理论、新技术和工程化应用3个层面的系统研究,阐明了不同矿物和元素在加压浸出过程中的迁移规律和作用机理,构建了新的反应体系和过程调控机制,实现了加压浸出安全、清洁、高效、低耗,在铜、锌、镍、钼、砷等复杂难处理资源上实现了大规模技术突破和应用,终于圆了蒋开喜和他的科研团队的一个梦想,更是圆了我国金属冶炼行业的一个梦想,解决了制约我国复杂难处理矿产资源处理提取技术的瓶颈。
  我国可控加压浸出技术独步天下
  蒋开喜和他的团队发明的“可控加压浸出技术”,以其鲜明的技术特点,让我国在有色复杂难处理矿产资源冶炼处理和提取技术领域处于领先位置。在采访中,蒋开喜阐述了这项技术的几个鲜明特点。
  解决了可控这个核心问题。蒋开喜说,可控的目的就是控制有用的反应发生,阻止或减少无用的反应发生。要实现这个技术非常难,比如我国有色金属矿产资源多数以硫化物为主,能不能光提取里面的有价金属,而不把硫化物氧化成没有用的硫酸盐,从而避免在生产过程中因需要对因氧化硫化物而产生的硫酸进行处理而导致生产成本上升许多,以及避免过多的硫酸进入生产废水从而防止对环境生态产生危害就是一个技术难点。还有一个更大的难点是所有的技术都要实现工业化,每个环节都涉及到技术的、经济的、装备的、资源的、环境的各种刚性约束,比如技术要实施的时候遇到金属市场不景气,就很可能导致技术延误几年,所以真正的一个技术要应用需要很长的一个周期。这期间他们克服了很多装备上的问题、工艺上的问题、成本上的问题,还有建设上的问题,终于在最终的技术成果中达到了可控的技术核心,在世界领域完成了一个突破。
  解决了实用性的本质问题。这对未来复杂难处理矿产资源的开发利用,都会产生较大的影响。当前比较好处理的矿产资源都有比较成熟的技术和工艺,也有大规模的生产,但是随着竞争的加剧,对资源的需求不断增加,像中国这样的发展中大国的现代化建设,对资源的需求越来越大,必须要开发一些复杂的难处理矿产资源,遇到一些复杂的难处理矿产资源,传统的技术就有瓶颈,如何最高效的方法,最经济的方法,最环保的方法,最绿色的方法从复杂的难处理矿产资源中回收有用成份,是技术的生命力,也是技术被大家普遍认可、未来有前景的主要方面。蒋开喜的可控浸出技术真正解决了实用性的本质问题。
  极具针对性地解决了复杂冶炼技术的要害。比如,针对铜锌混合精矿、铁闪锌矿等复杂矿,发明了低温低压选择性加压浸出技术。基于工艺矿物学和对硫的迁移规律与氧化机理的研究,抑制了黄铁矿和元素硫的氧化,最大限度减少了无效有害的化学反应,避免了硫元素对矿物的包裹,有价元素浸出率高。针对铁矾炼锌工艺复杂、渣量大、回收率低等问题,发明了热酸浸出-加压浸出联合新技术,实现了浸出锌同时高效除铁的双重目标,大幅度简化了工艺流程和降低了成本。针对难选红土镍矿,发明了逆向常压浸出-中温加压浸出技术。以降低投资和操作成本为总体目标,以高温加压浸出投资巨大和常压浸出硫酸消耗成本高两大问题倒逼,深入研究了铁元素在加压浸出过程中的作用机理和沉淀行为规律,首次提出了红土镍矿常压-加压联合浸出新技术,降低反应温度100℃、降低压力4.5MPa,可以同时处理褐铁矿型和蛇纹石型两种红土镍矿,而且可大幅度减少废渣废水产出,成本可与硫化矿竞争。针对含铜低、含铁低的高硫镍精矿,发明了中温中压一步选择性加压全浸技术。形成了创新性的“一步加压全浸-一段萃取-共同反萃”工艺,形成了镍基新材料的硫酸镍平台。针对无法选矿提纯中低品位复杂钼精矿,发明了中温中压加压氧化强化技术。基于反应动力学和反应物表面活化,降低反应温度55℃、降低压力2.6MPa,有效抑制了硅的溶解,开发了“钼精矿加压氧化-萃取”新技术,克服了目前钼精矿火法冶炼产生二氧化硫环境污染问题,实现了钼精矿全湿法清洁提取。针对铜精矿含砷越来越高、含砷危固废产出量大的难题,发明了以直接加压浸出技术为主体的铜冶炼含砷物料联合处理新工艺。运用最小化学反应量原理,实现硫化砷选择性溶解和氧化转化,突破了冶炼行业含砷物料难以获得高附加值产品的技术瓶颈,实现了铜、锑、铋、铼等有价金属综合利用和砷的无害化处置。
  记者在采访中了解到,蒋开喜的这个项目主要技术发明均为国内外首创,6项核心技术均经过中国有色金属工业协会鉴定,4项技术成果达到国际领先水平,两项达到国际先进水平。其中,红土镍矿逆向浸出技术是自上世纪50年代以来,在红土镍矿高温高压浸出领域最重要的技术创新。本发明成果获发明专利8项,实用新型专利2项,制定国家和行业标准各1项,发表论文44篇。
  科技之光 照亮未来征程
  记者在采访中了解到,蒋开喜和他的团队始终将科技研发与实践应用相结合,已经产生了巨大的经济和社会效益。项目发明技术已成功应用于江铜、金川、秘鲁Toromocho、菲律宾TVI等大型矿业公司,涉及铜、锌、镍、钼等多个领域,近3年累计为国家新增销售收入28.1亿元,利润7.8亿元,经济和社会效益显著。
  本发明代表着加压浸出技术的发展方向,显著提升了加压浸出技术竞争力,扩大了加压浸出应用范围,对有色金属行业科技进步、转型升级和节能减排具有重要意义。
  为中铝秘鲁铜矿年产3万吨低品位铜钼提供技术应用的过程中,在和国外竞争的时候,一举击败了国外公司的工艺流程,项目已经建成投产。在江西铜业、贵溪冶炼厂的工业化应用中,这个处理硫化砷渣的可控加压浸出技术已经作为我国铜冶炼含砷废渣的标准流程,被广泛采用。还有红土镍矿的开发,因为我们国家用了世界50%的镍,其中2/3是从红土镍矿中提取来的,另一大部分是湿法浸出来的,用该项可控加压技术能够使常规的高压浸出降低投资成本31%左右、降低生产成本30%左右。相比传统的工艺,该项技术目前的竞争优势非常明显,已经被多家国外公司采用,并被应用到菲律宾红土镍矿冶炼的流程中。
  在谈到未来的科技攻关,蒋开喜这位国家863计划“十二五”资源和环境技术领域专家组副组长,“十三五”863计划专家委员会委员,国家自然科学基金工程与材料学部咨询委员会委员,中国大洋矿产资源研究开发协会资源加工项目首席科学家,更是信心满满。记者从他坚定而睿智的目光中,已经看到了蕴藏在蒋开喜心中的更加宏大的科技梦想。

责任编辑:彭薇

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