復(fù)雜難處理資源可控加壓浸出技術(shù)（獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)）

項(xiàng)目主要完成人

蔣開(kāi)喜，王海北，劉三平，龍子平，王玉芳，張邦勝

項(xiàng)目主要完成單位

北京礦冶研究總院，江西銅業(yè)股份有限公司

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本發(fā)明聚焦有色金屬資源保障、產(chǎn)業(yè)升級(jí)和清潔生產(chǎn)的迫切需求，針對(duì)量大面廣的有色金屬?gòu)?fù)雜礦石和冶金過(guò)程中含砷劇毒危廢問(wèn)題，成功研發(fā)了系列加壓浸出新技術(shù)。從科學(xué)問(wèn)題入手，系統(tǒng)分析了加壓浸出發(fā)展應(yīng)用緩慢等主要原因，提出了以“最小化學(xué)反應(yīng)量原理”構(gòu)建新的可控加壓浸出技術(shù)的總體思路，在工藝技術(shù)創(chuàng)新上取得了重大突破。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的基礎(chǔ)理論、新技術(shù)和工程化應(yīng)用三個(gè)層面的系統(tǒng)研究，闡明了不同礦物和元素在加壓浸出過(guò)程的遷移規(guī)律和作用機(jī)理，構(gòu)建了新的反應(yīng)體系和過(guò)程調(diào)控機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了加壓浸出安全、清潔、高效、低耗，在銅、鋅、鎳、鉬、砷等復(fù)雜難處理的礦產(chǎn)資源上實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模應(yīng)用。

主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1.針對(duì)銅鋅混合精礦、鐵閃鋅礦等復(fù)雜礦，發(fā)明了低溫低壓選擇性加壓浸出技術(shù)?；诠に嚨V物學(xué)和對(duì)硫的遷移規(guī)律與氧化機(jī)理的研究，抑制了黃鐵礦和元素硫的氧化，最大限度減少了無(wú)效有害的化學(xué)反應(yīng)，避免了硫包裹，有價(jià)元素浸出率高。針對(duì)鐵礬煉鋅工藝復(fù)雜、渣量大、回收率低等問(wèn)題，發(fā)明了熱酸浸出—加壓浸出聯(lián)合新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了浸出鋅同時(shí)高效除鐵的雙重目標(biāo)，大幅度簡(jiǎn)化了工藝流程和降低了成本。

2.針對(duì)紅土鎳礦，發(fā)明了逆向常壓浸出—中溫加壓浸出技術(shù)。以降低投資和操作成本為總體目標(biāo)，以高溫加壓浸出投資巨大和常壓浸出硫酸消耗高成本高兩大問(wèn)題的倒逼，深入研究了鐵作用機(jī)理和沉淀行為規(guī)律，首次提出了紅土鎳礦常壓—加壓聯(lián)合浸出新技術(shù)，降低反應(yīng)溫度100℃、降低壓力4.5MPa，可以同時(shí)處理褐鐵礦型和蛇紋石型兩種紅土鎳礦，而且可大幅度減少?gòu)U渣廢水產(chǎn)出，成本可與硫化礦競(jìng)爭(zhēng)。針對(duì)含銅低、含鐵低的高锍鎳精礦，發(fā)明了中溫中壓一步選擇性加壓全浸技術(shù)。形成了創(chuàng)新性的“一步加壓全浸—段萃取—共同反萃”工藝，形成了鎳基新材料的硫酸鎳平臺(tái)。

江銅貴溪冶煉廠(chǎng)銅砷渣回收車(chē)間

金川集團(tuán)銅鎳礦加壓浸出精煉工程

中鋁秘魯鉬加壓浸出廠(chǎng)

3.針對(duì)無(wú)法選礦提純中低品位復(fù)雜鉬精礦， 發(fā)明了中溫中壓加壓氧化技術(shù)?；诜磻?yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)物表面活化，降低反應(yīng)溫度55℃、降低壓力2.6MPa，有效抑制了硅的溶解，開(kāi)發(fā)了“鉬精礦加壓氧化——萃取”新技術(shù)，克服了目前鉬精礦火法冶煉產(chǎn)生二氧化硫污染環(huán)境問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了鉬精礦全濕法清潔提取。

4.針對(duì)銅精礦含砷越來(lái)越高、含砷危固廢產(chǎn)出量大的難題，發(fā)明了以直接加壓浸出技術(shù)為主體的銅冶煉含砷物料聯(lián)合處理新工藝。運(yùn)用最小化學(xué)反應(yīng)量原理，實(shí)現(xiàn)硫化砷選擇性溶解和氧化轉(zhuǎn)化，突破了冶煉行業(yè)含砷物料難以獲得高附加值產(chǎn)品的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了銅、銻、鉍、錸等有價(jià)金屬綜合利用和砷的無(wú)害化處置。

推廣應(yīng)用情況

該發(fā)明以復(fù)雜難處理資源為研究對(duì)象，涵蓋銅、鋅、鎳、鉬等領(lǐng)域，綜合回收其中的有價(jià)金屬，以提高資源的有效利用率，在國(guó)內(nèi)外多家企業(yè)進(jìn)行了推廣應(yīng)用。截至2014年年底，共與國(guó)內(nèi)外12家企業(yè)簽署技術(shù)服務(wù)合同，并在江銅集團(tuán)、金川公司、秘魯Toromocho和菲律賓TVI進(jìn)行了推廣應(yīng)用。

2001年金川公司采用一段加壓全浸法處理高锍磨浮鎳精礦，年產(chǎn)鎳金屬量3500噸，截至2014年年底，共生產(chǎn)鎳金屬量3.5萬(wàn)噸，新增銷(xiāo)售額50億元，新增利潤(rùn)10億元。菲律賓TVI公司采用兩段浸出工藝處理紅土礦，設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn)7250tNi的氫氧化鎳鈷富集物，生產(chǎn)成本約為5.5～6.0萬(wàn)元/tNi，可降低20%～25%的噸鎳生產(chǎn)成本。

2005年，銅精礦加壓浸出技術(shù)在朝鮮水岸礦山銅廠(chǎng)建成投產(chǎn)，年產(chǎn)300噸電銅，年產(chǎn)值約1500萬(wàn)元。并與魯中冶金礦業(yè)集團(tuán)公司、吉林鎳業(yè)公司等企業(yè)簽訂技術(shù)開(kāi)發(fā)合同。

2008年銅冶煉含砷物料綜合利用流程在江西銅業(yè)股份有限公司建成投產(chǎn)，年處理砷濾餅2.5萬(wàn)噸，黑銅泥4500噸，年產(chǎn)三氧化二砷2800噸左右，硫酸銅3萬(wàn)～3.5萬(wàn)噸，錸酸銨1800公斤。并與銅陵有色金屬公司等簽署技術(shù)服務(wù)合同，與伊朗銅業(yè)、金川防城港銅業(yè)等多家企業(yè)進(jìn)行技術(shù)合作與交流。

中低品位復(fù)雜鉬精礦全濕法提取技術(shù)被秘魯Toromocho項(xiàng)目采用，設(shè)計(jì)規(guī)模為年處理量3.3萬(wàn)噸中低品位鉬精礦，精礦品位僅15%～20%，年產(chǎn)鉬酸銨折合鉬金屬量6200噸。并與德興銅礦、中國(guó)黃金集團(tuán)及陜西金鉬股份公司等企業(yè)簽訂技術(shù)開(kāi)發(fā)合同。

高性能鎢基復(fù)合材料及其應(yīng)用（獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)）

項(xiàng)目主要完成人

范景蓮，張忠健，劉濤，田家敏，傅崇偉，吳湘?zhèn)ァ?/p>

項(xiàng)目主要完成單位

中南大學(xué)，株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目屬于稀有金屬鎢及其合金材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

鎢材（包括鎢合金和純鎢）是一種極為重要的戰(zhàn)略物資，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)起著很重要作用。隨著航空航天、國(guó)防和原子能、新能源、微電子信息等尖端技術(shù)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，使得鎢材成為鎢的消費(fèi)主體，美國(guó)鎢材占全球總量的44%以上且還在遞增，而我國(guó)目前鎢材占全球總量的13%。與之相比，我國(guó)深度加工鎢材制品和應(yīng)用嚴(yán)重不足。目前，我國(guó)鎢材一直采用傳統(tǒng)粉末混合-成形-燒結(jié)方法制備，其品種單一，材料性能和尺寸結(jié)構(gòu)受很大制約，成為抑制其應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。為此，項(xiàng)目組提出“納米原位復(fù)合”設(shè)計(jì)思想，在國(guó)家“863”高新技術(shù)計(jì)劃、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金及五礦有色基金等支持下，聯(lián)合五礦株硬集團(tuán)開(kāi)展系列攻關(guān)，解決了高性能鎢基復(fù)合材料的系列關(guān)鍵制備技術(shù)。

主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1.提出“納米原位復(fù)合”制備細(xì)晶鎢基復(fù)合材料設(shè)計(jì)思想，建立了納米原位復(fù)合超飽和固溶以及低溫?zé)Y(jié)致密化理論，發(fā)明了超細(xì)/納米鎢基復(fù)合粉末及細(xì)晶復(fù)合材料制備技術(shù)，突破傳統(tǒng)W-Cu熔滲和W-Ni-Fe(Cu)粉末混合-高溫液相燒結(jié)理論和技術(shù)缺陷。

2.提出“微米-納米復(fù)合”制備大尺寸鎢材設(shè)計(jì)思想，建立粗晶W/超細(xì)W顆粒最佳堆積和“增濕還原”粗晶W顆粒生長(zhǎng)理論，發(fā)明了高純粗晶W粉制備技術(shù)，建立了大尺寸鎢材高強(qiáng)度成形、高致密燒結(jié)和均勻時(shí)效-大變形熱加工技術(shù)。

3.提出“快速旋轉(zhuǎn)-均勻受熱”設(shè)計(jì)理念，發(fā)明一種粉末冶金大制品旋轉(zhuǎn)燒結(jié)爐，實(shí)現(xiàn)大制品大尺寸鎢材快速、均勻受熱，突破了傳統(tǒng)定位加熱爐因受熱不均而導(dǎo)致大尺寸鎢材組織、性能不均和大變形熱加工開(kāi)裂的難題。

4.開(kāi)發(fā)出國(guó)際首創(chuàng)系列高性能鎢基復(fù)合材料，發(fā)明高強(qiáng)韌、高均質(zhì)細(xì)晶W-Cu、W-Ni-Fe(Cu)鎢基合金，開(kāi)發(fā)系列超大規(guī)格和品種的高性能大尺寸鎢材，材料性能、使用效果達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先甚至超過(guò)國(guó)際最先進(jìn)水平。

推廣應(yīng)用情況

項(xiàng)目技術(shù)成果已在株硬集團(tuán)、江鎢華茂等轉(zhuǎn)化，形成1200噸粉末、高強(qiáng)韌細(xì)晶鎢合金、大尺寸鎢材生產(chǎn)線(xiàn)，產(chǎn)品應(yīng)用于航空航天、國(guó)防建設(shè)、原子能、核能、LED新能源、大數(shù)據(jù)超級(jí)計(jì)算機(jī)和集成電路微電子信息工程、醫(yī)療、鋼鐵、高端裝備制造等領(lǐng)域，累計(jì)新增銷(xiāo)售收入15億元以上，2012～2014年近三年時(shí)間，僅五礦株硬集團(tuán)、江鎢華茂公司兩家企業(yè)新增銷(xiāo)售收入8億元以上，新增稅收1.3億元以上。

銅管高效短流程技術(shù)裝備研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化（獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)）

項(xiàng)目主要完成人

李長(zhǎng)杰，張士宏，王世中，劉新華，李劍平，程大勇，董志強(qiáng)，劉勁松，李紅安，張習(xí)剛，郭宏林，謝建新，程明，職承濤，陳會(huì)國(guó)

項(xiàng)目主要完成單位

金龍精密銅管集團(tuán)股份有限公司，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所，北京科技大學(xué)

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

我國(guó)空調(diào)、制冷精密銅管年消費(fèi)量達(dá)100萬(wàn)噸，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝為“坯料半連鑄－穿孔－擠壓－酸洗－冷軋－拉拔－爐式退火”（擠壓工藝），存在流程長(zhǎng)、成材率低、能耗大、成本高、投資大等缺點(diǎn)。為此，1993年金龍集團(tuán)從芬蘭奧托昆普引進(jìn)繼韓國(guó)后全球第二條“水平連鑄－行星軋制－盤(pán)拉－罩式爐退火”生產(chǎn)線(xiàn)（水平連鑄－行星軋制工藝），具有流程短、生產(chǎn)效率高、投資省等優(yōu)點(diǎn)，但引進(jìn)時(shí)尚存在工藝不夠成熟、裝備自動(dòng)化及生產(chǎn)線(xiàn)集成控制水平低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、能耗大等問(wèn)題。金龍集團(tuán)在消化吸收的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了全工藝流程的自主創(chuàng)新，形成了以“新型水平連鑄－高效行星軋制－二聯(lián)拉－盤(pán)拉－在線(xiàn)退火”為特點(diǎn)的“金龍工藝”，被國(guó)際上廣泛采用。

主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1.自主研發(fā)了大容量雙線(xiàn)圈W型熔溝感應(yīng)熔化爐、等壓水平連鑄自動(dòng)控制系統(tǒng)、結(jié)晶器內(nèi)凝固區(qū)氣氛保護(hù)系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備，突破了工藝參數(shù)綜合優(yōu)化控制技術(shù)，大幅度提高了連鑄生產(chǎn)效率，單線(xiàn)產(chǎn)能提高了6倍，成品率由75%提高到99%，能耗降低34%以上。

2.突破了引進(jìn)三輥行星軋機(jī)軋制速度低、模具壽命短、軋管缺陷多等技術(shù)難題，自主研制了新型高效行星軋機(jī)，單線(xiàn)產(chǎn)能最高達(dá)3萬(wàn)噸，提高80%；研發(fā)了世界上首臺(tái)銅管四輥行星軋機(jī)及高速軋制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了直徑達(dá)130毫米大口徑高精度銅管的短流程生產(chǎn)。

3.創(chuàng)造性地在行星軋制和盤(pán)拉之間嵌入二聯(lián)拉工藝，解決了原行星軋制軟態(tài)管材直接盤(pán)拉時(shí)表面擦傷和容易斷管等工藝難題；研發(fā)了盤(pán)拉模具裝置自適應(yīng)位置控制系統(tǒng)，使盤(pán)拉產(chǎn)品的偏心率降低了60%；發(fā)明了盤(pán)拉產(chǎn)品連續(xù)在線(xiàn)退火技術(shù)，最高退火速度600米/分鐘，解決了原罩式退火生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品退火均勻性和質(zhì)量一致性差等瓶頸問(wèn)題。

4.突破了超細(xì)徑高效內(nèi)螺紋管（最細(xì)直徑4毫米）、大口徑管、超大盤(pán)重管短流程生產(chǎn)技術(shù)難題，開(kāi)發(fā)了內(nèi)螺紋銅管、外翅片銅管、毛細(xì)管等5大系列，覆蓋空調(diào)和制冷用全系列近1萬(wàn)種規(guī)格的產(chǎn)品，全面替代進(jìn)口。

高效短流程銅管生產(chǎn)線(xiàn)

5.將自主創(chuàng)新的系列關(guān)鍵裝備和工藝技術(shù)進(jìn)行集成創(chuàng)新，突破了全生產(chǎn)流程工藝集成控制、裝備集成管理、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤等關(guān)鍵技術(shù)，生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到全球領(lǐng)先水平，使“金龍工藝”成為國(guó)際上廣泛采用的典型工藝，引領(lǐng)國(guó)際精密銅管技術(shù)的發(fā)展方向，迫使發(fā)明了水平連鑄－行星軋制工藝的奧托昆普以及非“金龍工藝”的日本神戶(hù)制鋼等國(guó)際著名企業(yè)退出精密銅管制造領(lǐng)域?！敖瘕埞に嚒痹趪?guó)內(nèi)外建設(shè)了24條生產(chǎn)線(xiàn)（包括美國(guó)2條、墨西哥2條），與引進(jìn)初期相比，單線(xiàn)產(chǎn)能由5千噸提高到3萬(wàn)噸，綜合成材率由40%提高到92%以上，噸能耗從3000千瓦時(shí)降低到1200千瓦時(shí)，綜合生產(chǎn)成本降低70%。產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外高端市場(chǎng)的占有率超過(guò)60%。近3年銷(xiāo)售收入583.76億元，新增利稅18.49億元。獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利29項(xiàng)、實(shí)用新型專(zhuān)利15項(xiàng)，公開(kāi)發(fā)明專(zhuān)利5項(xiàng)；主持和參與制定國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)7項(xiàng)。

推廣應(yīng)用情況

本項(xiàng)目已在國(guó)內(nèi)外建設(shè)了24條銅管生產(chǎn)線(xiàn)，其中金龍集團(tuán)22條（包括在美國(guó)的全資公司2條、在墨西哥的全資公司2條），形成年產(chǎn)超過(guò)60萬(wàn)噸的生產(chǎn)能力。其余2條生產(chǎn)線(xiàn)轉(zhuǎn)讓江西龍昌公司。金龍水平連鑄－行星軋制工藝成為精密銅管生產(chǎn)被廣泛采用的典型工藝，處于國(guó)際領(lǐng)先水平，引領(lǐng)和推動(dòng)了國(guó)內(nèi)外精密銅管行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步。金龍水平連鑄－行星軋制工藝生產(chǎn)的銅管廣泛應(yīng)用于空調(diào)、制冷行業(yè)。自1995年正式投產(chǎn)以來(lái)，金龍集團(tuán)已累計(jì)生產(chǎn)、銷(xiāo)售銅管235萬(wàn)噸。自2010年以來(lái)產(chǎn)量和銷(xiāo)售量迅速增長(zhǎng)，產(chǎn)品在中國(guó)的格力、美的、海爾、海信科龍、奧克斯、志高，在美國(guó)的Goodman、開(kāi)利、特靈、約克、通用電氣，在日本的大金、日立、夏普、松下、三菱，在韓國(guó)的三星、LG，在馬來(lái)西亞的麥克維爾等著名高端企業(yè)的占有率超過(guò)60%。

打破了二十世紀(jì)90年代日本對(duì)中國(guó)空調(diào)與制冷用銅管市場(chǎng)的壟斷，完成了對(duì)日本銅管的全面替代，并從2001年開(kāi)始批量出口美國(guó)、日本、歐盟、東南亞等。