国家发明奖推荐项目复杂氧化矿界面行为及溶液化学调控的浮选新技术

1国家技术发明奖推荐书一、项目基本情况项目名称复杂氧化矿界面行为及溶液化学调控的浮选新技术主要完成人胡岳华、孙伟、陈代雄、王毓华、高志勇、刘润清二、推荐单位意见推荐意见：金属氧化矿是国防军工、核能、航天、冶金、机械、石化等诸多领域重要的工业原料。氧化矿浮选与硫化矿相比，处理难度很大，传统选矿技术针对此类矿石的利用率很低，且环境污染严重，有的矿甚至成为呆矿。因此，急需建立复杂氧化矿高效分离的新理论与新技术，从而为有效地扩大我国可利用矿产资源量，缓解矿产资源严重短缺的局面，解决废水等环境污染问题，提供新的理论与技术支撑。该项目针对不同金属氧化矿物表面不同作用位点，发明了具有特殊反应选择性的浮选捕收剂的设计方法和捕收剂界面组装技术，强化了浮选界面行为的选择性；揭示了矿物、离子和药剂之间的溶液化学反应规律，发明了脉石矿物选择性抑制的溶液化学调控及基于矿浆离子浓度调控的三碱联用方法；发现了微细颗粒之间，颗粒与气泡之间聚集、分散、吸附和脱附的热力学和动力学机制，发明了调控颗粒与颗粒、颗粒与气泡之间相互作用的控制分散技术、梯度浮选技术、疏水絮凝技术和微泡浮选技术。并相应地发明了一系列复杂氧化矿浮选创新性技术。上述技术成功地用于几种复杂金属氧化矿浮选分离实践：在河南平顶山建立起第一个极低品位铝土矿浮选厂，在湖南建立起世界第一家镍钼矿的浮选厂，在新疆建立了第一家羟硅铍石浮选厂，在陕西建立了第一个石煤钒矿选矿试验厂，为同类复杂氧化矿的清洁提取利用提供了良好示范。同时上述技术支撑下，年增利润累计达两亿多元。本项目授权国家发明专利18项。曾获湖南省技术发明一等奖，中国有色金属工业科技进步一等奖2项。推荐该项目为国家技术发明奖二等奖。2三、项目简介氧化矿是金属资源存在的重要形式，如铝土矿、锂辉石、石煤钒矿、镍钼矿、氧化铅锌矿等，分别是铝、锂、钒、镍钼、铅锌等金属的重要来源。这些金属及其化合物是国防军工、核能、航天等领域重要战略原材料。清洁高效的利用好金属氧化矿资源是矿业可持速发展的需要，更是支撑国家经济稳定发展及战略安全的需要。浮选是分离金属氧化矿最主要的方法，但复杂金属氧化矿浮选分离非常困难，主要表现在：1）氧化矿表面极性和亲水性高，需要长烃链捕收剂在矿物表面吸附，造成选择性低，浮选分离效果差；2）矿物表面含氧或同一元素，界面性质差别很小；3）氧化矿易风化而粒度变细，浮选过程中颗粒间异相凝聚和夹带严重，颗粒与气泡碰撞效率低，浮选回收率低；4）氧化矿的亲水性导致溶解严重，在矿浆中存在很多可溶性离子，导致矿物表面的相互转化，分离选择性差。基于以上原因，尽管我国钼镍、钒、锂铍、铝、铅锌等金属氧化矿资源储量较为丰富，但利用率远低于硫化矿的水平，甚至难以经济利用。比如湖南和贵州等地的黑色岩系镍钼矿、川西和新疆等地的锂铍矿、陕西湖北湖南等地的石煤钒矿、山西河南等地的低品位铝土矿、云南等地的氧化铅锌矿等，传统技术针对此类矿石的利用率很低，且环境污染严重。因此，急需建立低品位复杂氧化矿高效分离的新理论与新技术，为有效地扩大我国可利用矿产资源量提供新技术支撑，并解决废水等环境污染问题。针对复杂金属氧化矿浮选分选难题，本项目主要发明点如下:1)针对不同金属氧化矿物表面，发明了具有特殊反应选择性的浮选捕收剂的设计方法和捕收剂界面组装技术，强化了浮选界面行为的选择性，解决了镍钼矿、铝土矿、锂铍矿、石煤钒矿等矿捕收剂浮选选择性问题；2）揭示了矿物、离子和药剂之间的溶液化学反应规律，找到了抑制和加速关键表面反应的边界条件，并据此发明了脉石矿物选择性抑制的溶液化学调控及基于矿浆离子浓度调控的三碱联用方法，成功解决了石煤钒矿、锂铍矿等选矿中钙镁及黏土脉石的抑制问题。3)同时发现了微细颗粒之间，颗粒与气泡之间聚集、分散、吸附和脱附的热力学和动力学机制，并发明了调控颗粒与颗粒、颗粒与气泡之间相互作用的控制分散技术、梯度浮选技术、疏水絮凝技术和微泡浮选技术，成功的解决了前述几种金属矿浮选上浮速率问题和回收率低的问题；上述几项发明成功应用于实践：1）在河南平顶山建立起极低品位铝土矿浮选厂，实现铝硅比小于3的铝土矿资源的经济利用；2）在湖南建立起世界第一家镍钼矿的浮选厂，为200万吨金属量的镍钼矿资源找到了利用途径；3）在新疆建立了第一家羟硅铍石浮选厂，同时技术辐射至可可托海和川西北几家锂铍企业，大幅度提高了锂铍矿的回收效率；4）在陕西建立了第一个石煤钒矿选矿试验厂，大幅度降低了石煤中钒的提取成本。年增利润累计达两亿多元，为同类资源的高效利用提供了示范。本项目获国家发明授权专利18项，获湖南省技术发明一等奖，中国有色金属工业科技进步一等奖2项。3五、客观评价鉴定意见：1.湖南省科技厅科技成果鉴定意见:……技术指标高，生产成本低。将不可利用资源实现高效开发利用……开发出高碳镍钼矿预先脱碳分步混合浮选的新技术，……研制了镍钼矿专用捕收剂SST、DY和高效组合抑制剂SJQ，……选冶过程中产生的废水、废气、废渣都实现了达标排放和综合利用……鉴定认为：项目填补了国内外空白，其选冶整体工艺技术处于国际领先水平。2.中国有色金属工业协会科技成果鉴定意见:该项目……，在黑色岩系镍钼矿选矿技术领域有重大突破和创新，填补了国内外空白，整体技术达到国际领先水平。3.中国有色金属工业协会科技成果鉴定意见:该项目氧化铅锌……，成果的整体技术达到了国际领先水平。4.河南省科学技术厅组织专家鉴定意见为：低品位铝土矿梯度浮选产业化拜耳法生产氧化铝新技术，达到了国际领先水平。验收意见：1.经国家863项目处组织专家验收，认为该项目技术先进，建成了国内首家镍钼矿选矿厂，实现了选矿废水的循环利用，经济和社会效益好。国内外重要科技奖励：1.高炭镍钼矿高效综合利用新技术及应用，中国有色金属工业科学技术奖，一等，2013年。2.黑色岩系多金属镍钼矿强化分散与捕收-梯级浮选新技术及应用，湖南省技术发明奖，一等，2013年。3.低铝硅比铝土矿梯度及微泡浮选新技术与工业应用，中国有色金属工业科学技术奖，一等，2015年。4.高泥质氧化铅锌矿重—浮清洁选矿关键技术研究及应用，中国有色金属工业科学技术奖，二等，2014年。国内外同行主要学术评价：1.加拿大科学院和工程院徐政和院士等，评价本项目成果：“最显著的进展(themostnotableprogress…)是对矿物学特征及其与浮选药剂之间相互作用的新认识，为浮选新药剂的设计提供了指导(Thisfundamentalunderstandingledtothedesignofnewclaycollectors)”，“提出了基于不同晶面与药剂键合力不同，采用絮凝剂强化高岭石浮选的思想(…proposedtheuseofflocculantsinkaoliniteflotation)”，开创了铝土矿反浮选理论与技术（Pioneered）2.巴西和法国的选矿学者Rodrigues和Araujo发表文章，引用论文1、11、16等，4评价为“大多数高岭石浮选研究是中国学者完成”，“提出了基于不同晶面与药剂键合力不同，采用絮凝剂强化高岭石浮选的思想”，“最显著的进展是对硅酸盐矿物学特征及其与浮选药剂之间相互作用的新认识，为浮选新药剂的设计提供了指导”3.美国工程院P.Somasundaran院士等主编的《SolutionChemistry:MineralsandReagents》，一书中，指出：“胡岳华系统研究了盐类矿物的溶解平衡和对浮选选择性的影响，发现了溶解组分和药剂间的相互作用导致矿物表面转化，是盐类矿物浮选体系需考虑的主要机理”，“胡岳华通过考虑金属离子与药剂的多相化学反应平衡，发展了组分分布图来研究许多研究人员认为不容易解释的复杂的浮选现象”4.英国曼切斯特大学T.Y.Chiu发表文章的评价：胡岳华发现，矿粒间疏水界面相互作用起较重要的作用。5.东北大学魏德洲教授等的评价，“胡岳华等在一水硬铝石的选择性抑制、硅酸盐矿物的选择性捕收领域取得了卓有成效的成果”。5六、推广应用情况黑色岩系镍钼矿高效清洁选矿技术：据湖南有色地质勘察局245队估算，湘西北地区钼的储量有200万吨，镍的储量有300万吨，其潜在经济价值达数千亿元。黑色岩系镍钼矿储量中含钼小于1%者占矿石总量一半左右，含钼小于2%者高达80%。这部分原料的有效利用至今仍未能解决。本项目的技术应用于张家界市中南钼镍高科有限责任公司和湖南省中杰科技发展股份有限公司，将该类型镍钼矿初步富集成3%或稍高的粗精矿，使我国的可利用黑色岩系镍钼金属储量增加2-3倍，推广应用前景广阔。氧化铅锌矿清洁选矿技术：该项目技术应用于兰坪金利达矿业有限责任公司，2011年镍钼矿处理规模500t/d，2012年扩产为1000t/d。低品位铝土矿梯度浮选产业化拜耳法生产氧化铝新技术研究成果已在河南有色汇源铝业有限公司、开曼铝业（三门峡）有限公司、山西道尔投资有限公司等获得应用，为低品位铝土矿资源的高效利用提供了有力的技术支撑。对河南地区铝硅比为A/S2.94的原矿，新工艺获得的浮选精矿A/S为6.44，精矿产率为55.37%，尾矿A/S为1.49，工艺指标优良。低品位锂辉石矿清洁选矿技术：研究成果在融达锂业公司，马尔康锂业公司等矿山获得工业应用。低品位石煤钒矿清洁选矿技术：研究成果在陕西五洲矿业公司获得工业应用。低品位羟硅铍石清洁选矿技术：研究成果在新疆可可托海矿业公司获得工业应用。6七、主要知识产权证明目录（不超过10件）知识产权类别知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态发明专利一种铝土矿粗细分级浮选脱硅方法中国CN200510032483.42007.12.12364189中南大学胡岳华，王毓华，邓海波，顾帼华，何平波，覃文庆有效专利发明专利一种镍钼矿的高效选矿技术中国CN200810030795.52011.1.5723726中南大学孙伟，胡岳华，邓美娇有效专利发明专利一种氧化镍矿的捕收剂及用其进行选矿的方法中国CN201210407977.62014.10.291652922湖南有色金属研究院陈代雄，李晓东，杨建文，董艳红，祁忠旭，薛伟，胡波，曾惠明，庞威，朱雅卓，毛竞有效专利发明专利一种选择性浮选锂辉石的捕收剂及其应用中国CN201210425896.92014.11.051510385中南大学王毓华，胡岳华，于福顺，谢贞付，陈兴华，王进明，余世磊，余胜利有效专利发明专利一种铝土矿反浮选捕收剂的应用中国CN201210046243.X2012.7.111220509中南大学胡岳华，孙伟，陈攀有效专利发明专利一种捕收剂以及胶硫钼矿的中国CN2012103162014.5.281407954湖南有色金属陈代雄，董艳红，李学文，祁忠旭，李晓有效专利7选矿方法070.9研究院东，刘锡桂，薛伟发明专利用于从花岗伟晶岩矿石中综合回收锂铍钽铌的复合捕收剂中国CN201310454898.52015.6.31682146中南大学王毓华，胡岳华，于福顺，谢贞付，张垒，王进明有效专利发明专利一种炭质页岩抑制剂以及一种硫化钼与炭质页岩浮选混合精矿的浮选分离方法中国CN201310129120.72015.4.291651727湖南有色金属研究院陈代雄，杨建文，李晓东，祁忠旭，董艳红，曾惠明有效专利发明专利一种氧化铍矿组合活化剂及其应用中国CN201010300257.02012.10.31057027中南大学孙伟，黄红军，胡岳华，耿志强有效专利发明专利一种高钼镍矿浮选前的预处理方法中国CN200910043420.72010.8.4654903中南大学孙伟，胡岳华，刘建东有效专利八、主要完成人情况表排序姓名主要贡献1胡岳华项目主持人，对技术发明点1,2,3,4皆有创造性贡献。2孙伟负责钼镍及钒矿浮选新技术研发及应用，对技术创新点1、38和4有贡献3陈代雄负责铅锌及钒矿浮选新技术研发及应用，对技术创新点1、3和4有贡献4王毓华负责铝土矿及锂铍矿浮选新技术研发及应用，对技术创新点1、3和4有贡献5高志勇参与镍钼矿、铝土矿等新技术研