2014年国家科技奖励项目展示

展现行业最新成果，激发科技创新潜能。本期“封面故事”对有色金属行业获得2014年国家科技奖励的七项重大科研成果进行展示，旨在进一步弘扬科技创新精神，营造 “崇尚科技、尊重知识、尊重人才、尊重创造”的浓厚氛围。

1.新型阴极结构铝电解槽重大节能技术的开发应用

（1）奖项国家科学技术进步二等奖

（2）项目主要完成单位

中国铝业股份有限公司 东北大学 重庆天泰铝业有限公司 中铝国际工程股份有限公司 焦作万方铝业股份有限公司浙江华东铝业股份有限公司 广西百色银海铝业有限责任公司

（3）项目主要完成人

冯乃祥 顾松青 刘风琴 彭建平 王耀武 张廷安 席灿明王绍鹏 田应甫 冯少峰

（4）项目简介

项目属铝电解生产领域，建立了高效节能新型阴极结构电解槽的理论基础，形成了铝电解生产大幅度节电的成套产业化核心技术，引领了铝电解行业节能技术的方向，使我国铝电解节能技术跃居世界领先水平。该技术已在全国30多家大型铝电解厂进行大规模应用。

（5）项目主要创新点

①建立了高效节能新型阴极结构电解槽的理论基础，攻破了铝电解长期以来电耗不能大幅度降低的技术难题，提出了铝电解生产大幅度节电的技术路线，引领了当代世界铝电解节能技术的一场重要变革。

②首创了具有减波功能、提高电解槽内铝液面稳定性的新型阴极结构，解决了大型电解槽铝液磁流体波动幅度大、难于稳定运行的技术难题，将铝电解槽内的铝液面波幅降低了1厘米以上，从而在保持电流效率的基础上，将槽电压降低0.3伏以上，使铝电解的吨铝电耗大幅度降低900千瓦时～1100千瓦时。

③首创了保温型铝电解槽内衬结构设计技术，打破了大型电解槽必须强制散热的传统设计理念，解决了新型阴极结构电解槽在低槽电压运行状态下保持热电平衡的技术难题。

④创新开发了与新型电解槽阴极结构相适应的低污染、低能耗、防早期破损的沟槽绝缘焦粒焙烧和火焰——铝液焙烧启动技术，解决了阴极表面具有沟槽的新型阴极结构电解槽焙烧的技术难题，降低了焙烧启动能耗，提高了铝电解槽运行的稳定性。

⑤创新开发了一次成型生产新型结构阴极炭块的生产技术，解决了具有复杂形状结构的阴极炭块难于成型和焙烧易变形的技术难题，为新型阴极结构电解槽提供了高性能阴极炭块。

（6）应用前景和经济效益分析

推广应用新型阴极结构电解槽技术的各家电解铝企业都取得了显著的节电效果，与推广前的2008年相比，平均吨铝电耗降低900千瓦时～1100千瓦时，实现年节电约41亿千瓦时，减排当量二氧化碳达390余万吨，年创经济效益20亿元，经济效益和社会效益十分显著。

2. 复杂难处理钨矿高效分离关键技术及工业化应用

(1)奖项国家科学技术进步二等奖

(2)项目主要完成单位

广州有色金属研究院 北京矿冶研究总院 湖南柿竹园有色金属有限责任公司 湖南有色金属股份有限公司黄沙坪矿业分公司 甘肃新洲矿业有限公司 宁化行洛坑钨矿有限公司广州粤有研矿物资源科技有限公司

(3)项目主要完成人

孙传尧 邱显扬 李晓东 高玉德 周晓彤 程新朝 何亚文、林日孝 李爱民 王中明

(4)项目简介

项目属稀有金属难处理矿选矿技术领域。针对当今钨矿资源选矿的难点，创造性地提出黑白钨矿物分流分速、异步选矿分离理论及新技术，取得了强磁分流黑白钨矿——分别浮选精选、白钨矿浮选组合新药剂研发、捕收剂强化再吸附—三碱选择性解吸脱药直接精选、钨细泥短流程选矿工艺和类质同象富钼变种白钨矿浮选等多项核心关键技术。

(5)项目主要创新点

①黑白钨矿分流分速异步选矿新工艺。基于黑钨矿和白钨矿磁性、可浮性和浮选动力学特性差异，提出分流分速异步选矿法分离黑钨矿和白钨矿。两种新工艺大幅度提高了黑白钨回收率，为后续萤石和锡石回收创造了条件，是与“柿竹园法”核心技术黑白钨同步混选——浮重分离工艺不同的又一重大创新。

②系列新型高效钨矿物捕收剂研发及工程化应用。直接在主流程中合成盐酸羟胺，优化肟化过程在线控制技术,大幅度提高转化率，成本显著降低；亚硝基苯胲胺盐螯合剂合成新工艺：在水相中合成，取消甲苯萃取工序，消除了污染，降低了成本；新型系列白钨矿捕收剂开发新技术：由混合脂肪酸、羟肟酸（皂）和特定乳化剂复配而成，针对不同白钨矿石，开发出个性化的新型捕收剂，具有脂肪酸和螯合捕收剂的双重优点。

③捕收剂强化再吸附—三碱选择性解吸脱药直接精选新技术。在白钨粗精矿精选前先添加捕收剂，强化钨矿物对捕收剂再吸附；后添加三碱调整剂，强化对非目的矿物选择性解吸、脱药和抑制。不稀释不脱泥不脱药直接浮选，简化流程，高效回收白钨矿。

④钨细泥旋流器浓缩—常温浮选—离心机精选短流程新工艺。取代原“常温浮选-加温精选-弱磁选-强磁选-摇床重选”复杂工艺，简化了流程，大幅度提高了钨细泥回收率。

⑤类质同象富钼变种白钨矿浮选新技术。针对钼钨类质同象白钨矿难选，资源未能开发利用的难题，采用TA-3特效捕收剂，使该类资源浮选成功并建厂，将呆矿成为可利用资源。

(6)应用前景及经济效益分析

十多年来，本项目研究成果不断产业化。尤其近十年来随着我国钨选矿业的快速发展，本技术经过多年的优化和完善，已在我国湖南、福建、江西、甘肃、云南、广东、广西、新疆、安徽、内蒙古、吉林和黑龙江等地20多家钨选矿厂成功应用，近三年直接经济效益达16.66亿元。项目总体技术水平达到国际先进，部分达到国际领先，为我国难选钨矿资源综合利用提供了强大的技术支撑，促进了钨行业的科技进步。

3.黄磷尾气催化净化技术与应用

(1)奖项国家技术发明二等奖

(2)项目主要完成单位

昆明理工大学 四川省川投化学工业集团有限公司 华烁科技股份有限公司

(3)项目主要完成人

宁平 田森林 彭金辉 王学谦 侯永胜 王先厚

(4)项目简介

黄磷尾气是大气污染控制领域净化难度最大的复杂有毒有害工业废气，其净化问题已困扰世界黄磷行业一百多年。严格的污染排放标准和行业准入条件使尾气净化及资源化利用已经成为关乎黄磷工业生存与可持续发展的关键问题。本项目历经15年持续系统研发，取得了复杂有毒有害工业废气净化关键技术和设备的新突破。主要技术内容涵盖四个核心发明点、六种净化新方法、六系列催化新材料、十类特种装备。

(5)项目主要创新点

①本项目首创了强还原气氛下的多杂质低温微氧同步催化氧化方法，设计了具有催化氧化、储氧两种功能的催化剂，通过储氧活性组分提高黄磷尾气中微量氧气利用率，避免补氧带来安全隐患；通过高活性催化氧化组分，将催化起活温度降至100℃以下；从而实现在强还原气氛、低温条件和不氧化一氧化碳的前提下，同步催化氧化多形态磷、硫、砷、氰等杂质；催化剂载体表面的催化氧化产物，易于再生、回收利用。

②发明了有机硫、氰催化水解-氧化协同深度净化技术，研发了两种新型干法深度净化技术，成功实现了尾气中共存有机硫和HCN两类难氧化杂质的精脱除，从而获得了高品质CO原料气；发明了低温硫氰同步催化水解催化剂，可在较低温度（150℃～200℃）下将有机硫和HCN分别水解为H2S和NH3；发明了氨选择性氧化催化剂和低常温转化吸收型硫氰精脱剂，对痕量硫、氰、氨进行高精度脱除，净化后获得满足碳一化工要求的高品质原料气。

③发明了兼具传统水洗+碱洗、化学沉淀分离和液相催化氧化三种净化方法优势的多效碱吸收-液相催化氧化耦合净化技术。通过碱吸收中和、化学沉淀、液相催化氧化三种净化机制达到转化单质磷为PH3、消减高浓度磷硫氰砷、吸收分离氟化物、回收硫黄资源等多种净化效果，为干法净化创造条件。

④研发了十类黄磷尾气催化净化特种装备，建立了针对多种复杂有毒有害工业废气深度净化工艺设计软件包，可提供各行业从工程设计施工、关键材料与设备到技术服务的完整解决方案。

(6)应用前景和经济效益分析

成果在煤化工、有色金属、钢铁等5个其他行业推广应用，建成含一氧化碳工业废气净化装置14套，成果应用地域覆盖云南、贵州、四川等11个省区，黄磷尾气净化装置出口越南等国。项目实施累计净化黄磷尾气39.4亿立方米，折合节约标煤168.4万吨，减排二氧化碳113万吨、二氧化硫27786吨、氮氧化物2627吨，粉尘16166吨；累计新增产值23.9亿元，新增利润8.1亿元。在建及拟建的黄磷尾气净化装置占全国黄磷产能的19.4%。本技术推广应用范围将覆盖全国黄磷产能的40.6%以上，世界黄磷产能的32.5%。项目探索出了以资源化利用促成污染治理的新技术路线，解决了世界黄磷尾气净化难题，改变了我国对世界黄磷生产技术缺乏原创性贡献的局面，确立了我国在世界黄磷行业的技术领先地位。

4.高性能铜铝复合材料连铸直接成形技术与应用

(1)奖项国家技术发明二等奖

(2)项目主要完成单位

北京科技大学 烟台孚信达双金属股份有限公司

(3)项目主要完成人

谢建新 刘新华 吴春京 刘雪峰 王连忠 董晓文

(4)项目简介

该项目针对传统铜铝复合材料生产流程长、界面结合强度低、成材率低，或生产效率低、成本高等问题，发明了铜铝复合材料连铸直接成形及产品加工成形技术与工艺，具有短流程、高效率、节能降耗、复合界面达到冶金结合等特点；开发了高性能铜铝复合电力扁排产业化系统集成与成套装备技术包括连铸生产稳定性、均匀性、一致性控制关键技术，高效连铸生产关键技术，高效成形加工关键技术，扁排退火关键技术，以及连铸、轧制、退火等专用关键装备;开发了系列化复合扁排新产品，在电力、开关柜、控制柜及新能源等领域获得规模应用。

烟台孚信达双金属股份有限公司已应用该技术进入投产期，产品广泛应用于电力、先进轨道交通、电子通讯、冶金、化工、航空航天等高科技领域。

(5)项目主要创新点

①发明了将铜和铝两种金属熔化后，注入同一复合装置进行连续铸造，实现包覆材料连铸直接复合成形、复合界面达到完全冶金结合的技术与关键装备；

②发明了采用连铸复合坯料，通过轧制、拉拔、退火不同的工艺优化组合以及变形和加工过程控制，分别用于生产高性能复合扁排、扁线和圆线产品的3种短流程高效加工工艺；

③发明了提高连铸复合坯料和加工产品的成分、组织和性能均匀性与一致性技术，提高铜铝复合材料产品成形加工性能和产品应用时的机加工性能，提高产品质量的均匀性与一致性；

④突破了产业化系列关键技术，开发了规模产业化系统集成工艺与成套装备技术，包括高效、稳定连铸生产关键技术，高效成形加工生产关键技术，扁排退火关键技术，以及连铸、轧制、退火等专用关键装备。

(6)应用前景和经济效益分析

高性能铜铝电力扁排可广泛用于现代化建筑的输配电、电力成套开关设备的电力母线排、冶金、化工等领域。根据国家电器行业协会数据表明，“十一五”期间，输配电设备的需求量将达到1800亿元，其中母线槽产品占35%，可达600亿元以上。如按目前全部使用铜扁排考虑，铜需要量巨大。铜铝复合电力扁排市场前景广阔。

推广应用本成果技术，可以取得显著的节铜效果，有利于缓解我国铜资源短缺问题，创造重大的经济和社会效益。项目产品可实现节铜65%～80%，推广应用对于缓解我国铜资源紧缺、确保资源安全，具有重要意义。项目技术指标、产品性能和生产成本优于国内外其他技术和同类产品。

5.铝电解槽高效节能控制技术及推广应用

(1)奖项国家科学技术进步二等奖

(2)项目主要完成单位

中南大学 中国铝业公司 北方工业大学 湖南中大业翔科技有限公司 西南科技大学 北京航空航天大学 郑州发祥电力有限公司

(3)项目主要完成人

李劼 阳春华 宋威 丁凤奇 邹忠 吕晓军 冀树军 闫太网张红亮 赖延清

(4)项目简介

为了探寻铝电解节能的新途径与新突破，本项目在多个国家科技立项的支持下，从建立先进完整的大型铝电解槽多相-多场耦合仿真模型以及以该模型为内核的状态分析与优化方法入手，在3.75V～3.95V的低电压下构造可实现电解槽高效稳定运行的状态空间，并针对该运行状态空间被压缩到稳定域与不稳定域分界面附近的一个很窄区域（临界稳定域）且槽运行特性发生重大变化的特点，研发新一代铝电解控制系统，形成了铝电解低电压高效节能自动化关键技术，在国际上率先实现了铝电解低电压高效节能的重大突破。

(5)项目主要创新点

①针对大型铝电解槽多相及多场交互作用强烈的特点，研究建立起多相-多场耦合模型，为大型铝电解槽状态分析与优化提供了先进可靠的技术手段。

②提出了基于多相-多场耦合仿真的大型铝电解槽结构、工艺与控制器综合优化方法，构造出大型铝电解槽在3.75V～3.95V低电压下高效、低电耗、低排放、稳定运行的状态空间，并确立了低电压高效节能运行技术条件。

③针对低电压高效节能运行状态空间被压缩到稳定域与不稳定域分界面附近的一个很窄区域（临界稳定域）且槽运行特性发生重大变化的特点，提出了“临界稳定控制”思想，研发出多目标多环协同优化控制技术，推出了新一代全分布式控制系统，解决了大型铝电解槽在低电压高效节能运行条件下的多优化目标、多环节强耦合、多参数临界稳定的控制难题。

(6)应用前景和经济效益分析

本项目成果既可用于已有铝电解槽不停产改造，又可用于新建生产系列，具有投资少、见效快的特点。自2005年以来，本项目开发的新一代全分布式铝电解控制系统先后应用到国内外51家铝电解企业共65条大型铝电解槽生产系列。以新一代控制系统为载体，本项目实现了高效节能控制技术在我国铝电解企业的快速推广应用，产生了巨大的节能减排效益。以提供应用证明的15家铝厂（共计21个生产系列）为例，吨铝平均节电703千瓦时，近三年节电54.8亿千瓦时，新增利税26.2亿元。

6.有色冶炼含砷固废治理与清洁利用技术

(1)奖项国家科学技术进步二等奖

(2)项目主要完成单位

中南大学 郴州金贵银业股份有限公司 锡矿山闪星锑业有限责任公司 长沙有色冶金设计研究院有限公司 铜陵有色金属集团控股有限公司 郴州丰越环保科技股份有限公司

(3)项目主要完成人

柴立元 蔡练兵 闵小波 高长春 梁彦杰 郑雅杰 余刚 宋修明 杨志辉 张传福 刘维 戴永俊 杨跃新 周萍 彭兵

(4)项目简介

砷和含砷金属的开采冶炼，用砷或砷化合物做原料生产玻璃、颜料、原药、纸张以及煤的燃烧过程，都会产生含砷废水、废气和废渣，污染环境。该项目使含砷固废中砷选择性脱除率达97%以上，近3年累计清洁利用与安全处置含砷固废约16万吨，为含砷固废的清洁利用提供了技术保障。

(5)项目主要创新点

①该项目成功构建了砷在有色金属冶炼过程中分配行为的数学模型，研发了冶炼主要工序砷污染物分布的数值仿真技术，开发出了冶炼有害元素(砷)污染动态评价系统，为有色金属冶炼砷污染防治提供科学依据。

②针对多金属含砷固废利用难题，发明了砷与有价金属高效分离新工艺，开发了高压富氧强化脱砷装置，使含砷固废中砷选择性脱除率达97%以上，为含砷固废清洁利用提高技术保障。

③该项目还创新开发了机械力化学解毒——胶凝固砷新工艺，研发了含砷固废热压熔融固化新技术，形成了满足各种需要的高密度固砷新技术，实现了高密集中安全固砷。

(6)应用前景和经济效益分析

该项目对含砷固废实现治理与清洁利用的基础上，又进一步发明了脱砷后有价物料梯级深度回收锑、铋等多金属新工艺，以及砷碱渣深度分离与锑碱回收新工艺，将含砷固废中铋的回收率由原有工艺的40%提高至96%，年回收铋量达到全球总量的10%，锑利用率也由原有工艺的不到40%提高到95%以上。

目前，该项目成果已列入《国家先进污染防治示范技术名录》，并在铜陵有色金属集团、郴州市金贵银业、锡矿山闪星锑业等我国十多家铜、铅、锑冶炼龙头企业中大规模推广应用。近3年累计清洁利用与安全处置含砷固废约16万吨，其中固砷约1.2万吨，回收有价金属新增产值约40.51亿元，利税2.39亿元。为我国有色金属行业砷固废污染控制与清洁利用起到了引领作用。

7.弱磁性矿石高效强磁选关键技术及装备

(1)奖项国家科学技术进步二等奖

(2)项目主要完成单位

赣州有色冶金研究所 江西理工大学 赣州金环磁选设备有限公司

(3)项目主要完成人

熊大和 黄万抚 曾文清 贺政权 刘向民 叶和江 王键敏李建设 曾晓燕 王兆元

(4)项目简介

长期以来，我国弱磁性矿石选矿效率非常低，且95%以上的非金属矿资源因弱磁性杂质不能有效去除而无法高效开发利用，强磁选设备主要依赖进口或仿制，且磁场强度低、磁介质易堵塞、回收率低、维修难度大，成为世界性的重大技术难题。项目组通过产学研联合攻关，历时13年，创新了强磁选机设计理论，突破了强磁选机制造的制约瓶颈，攻克了弱磁性矿石强磁选关键技术难题，自主开发了SLon系列强磁选机，已在国内大规模工业化应用，并大量出口美国、印度、澳大利亚、巴西等二十多个国家，设备整机性能及技术经济指标均达到国际领先水平，使我国成为世界上掌握大型强磁选机关键技术的最主要国家之一。

(5)项目主要创新点

①突破了传统的强磁选理论。将脉动流体力与磁力结合，首创了高梯度磁场、脉动流体力、重力综合力场中弱磁性矿粒的动力学方程和影响弱磁性矿物分选指标的关系方程，奠定了高性能强磁选机设计制造理论基础，实现了原始创新。确定了弱磁性矿物强磁选有效回收粒度下限，显著提高了资源利用率。

②创新了强磁选机关键结构。开发了独特的铠装、水内冷磁系，减少了漏磁，获得1.0T以上磁场强度，实现了强磁选机节能；研发了棒状磁介质及其优化排列结构，解决了强磁选机易堵塞难题；发明了自带夹紧式安装结构的大型齿轮和大型立环磁选机磁系结构，开发了世界上最大的SLon-4000型强磁选机；发明了分选大颗粒物料（2毫米～5毫米）的强磁选机，解决了湿式强磁选机仅能处理小于1毫米物料的难题；发明了干式振动高梯度磁选机，使强磁选从湿式分选扩大到干式分选。SLon系列强磁选机已有30多种型号，单台设备日处理量从0.72吨跨越到1万吨，实现了大规模工业化应用。

③创新了强磁选选矿工艺。解决了弱磁性铁矿技术指标差、生产不稳定的技术难题，推动了铁矿选矿工艺全面革新和技术进步；开发了高品质长石、石英砂、钛铁矿、海滨砂矿等高效强磁选设备，解决了非金属矿难除弱磁性杂质的技术难题，从铁和稀土尾矿、赤泥中回收了有价元素，实现了资源高效利用。

本成果经有关部门组织的专家鉴定，整体技术达到国际领先水平。已获授权发明专利6项、实用新型专利9项，制定国家行业标准1项，发表的100余篇论文中被SCI、EI收录20余篇。

(6)应用前景及主要效益分析

SLon系列磁选机已有3000多台广泛应用在弱磁性铁矿、钛矿、细粒锰矿、黑钨细泥、稀土尾矿、赤泥、非金属矿等回收中，铁精矿品位提高了3.8%以上，尾矿品位降低3.2%以上，作业回收率提高了19.3%，节电达60%，节水达25%，显著提高了资源综合利用率。成果产品国内市场占有率达90%，2008年～2010年，国际市场占有率达70%，彻底改变了我国强磁选机依赖进口的落后状况，实现了技术的跨越式发展，显著促进了行业科技进步。近三年直接经济效益11.13亿元（其中出口创汇2000多万美元）；据18家应用单位统计（315台SLon机，占应用总量10%），近三年间接经济效益372.49亿元，取得了重大经济和社会效益。