2014年國家科技獎勵項目展示

展現行業最新成果，激發科技創新潛能。本期“封面故事”對有色金屬行業獲得2014年國家科技獎勵的七項重大科研成果進行展示，旨在進一步弘揚科技創新精神，營造 “崇尚科技、尊重知識、尊重人才、尊重創造”的濃厚氛圍。

1.新型陰極結構鋁電解槽重大節能技術的開發應用

（1）獎項國家科學技術進步二等獎

（2）項目主要完成單位

中國鋁業股份有限公司 東北大學 重慶天泰鋁業有限公司 中鋁國際工程股份有限公司 焦作萬方鋁業股份有限公司浙江華東鋁業股份有限公司 廣西百色銀海鋁業有限責任公司

（3）項目主要完成人

馮乃祥 顧松青 劉風琴 彭建平 王耀武 張廷安 席燦明王紹鵬 田應甫 馮少峰

（4）項目簡介

項目屬鋁電解生產領域，建立了高效節能新型陰極結構電解槽的理論基礎，形成了鋁電解生產大幅度節電的成套產業化核心技術，引領了鋁電解行業節能技術的方向，使我國鋁電解節能技術躍居世界領先水平。該技術已在全國30多家大型鋁電解廠進行大規模應用。

（5）項目主要創新點

①建立了高效節能新型陰極結構電解槽的理論基礎，攻破了鋁電解長期以來電耗不能大幅度降低的技術難題，提出了鋁電解生產大幅度節電的技術路線，引領了當代世界鋁電解節能技術的一場重要變革。

②首創了具有減波功能、提高電解槽內鋁液面穩定性的新型陰極結構，解決了大型電解槽鋁液磁流體波動幅度大、難于穩定運行的技術難題，將鋁電解槽內的鋁液面波幅降低了1厘米以上，從而在保持電流效率的基礎上，將槽電壓降低0.3伏以上，使鋁電解的噸鋁電耗大幅度降低900千瓦時～1100千瓦時。

③首創了保溫型鋁電解槽內襯結構設計技術，打破了大型電解槽必須強制散熱的傳統設計理念，解決了新型陰極結構電解槽在低槽電壓運行狀態下保持熱電平衡的技術難題。

④創新開發了與新型電解槽陰極結構相適應的低污染、低能耗、防早期破損的溝槽絕緣焦粒焙燒和火焰——鋁液焙燒啟動技術，解決了陰極表面具有溝槽的新型陰極結構電解槽焙燒的技術難題，降低了焙燒啟動能耗，提高了鋁電解槽運行的穩定性。

⑤創新開發了一次成型生產新型結構陰極炭塊的生產技術，解決了具有復雜形狀結構的陰極炭塊難于成型和焙燒易變形的技術難題，為新型陰極結構電解槽提供了高性能陰極炭塊。

（6）應用前景和經濟效益分析

推廣應用新型陰極結構電解槽技術的各家電解鋁企業都取得了顯著的節電效果，與推廣前的2008年相比，平均噸鋁電耗降低900千瓦時～1100千瓦時，實現年節電約41億千瓦時，減排當量二氧化碳達390余萬噸，年創經濟效益20億元，經濟效益和社會效益十分顯著。

2. 復雜難處理鎢礦高效分離關鍵技術及工業化應用

(1)獎項國家科學技術進步二等獎

(2)項目主要完成單位

廣州有色金屬研究院 北京礦冶研究總院 湖南柿竹園有色金屬有限責任公司 湖南有色金屬股份有限公司黃沙坪礦業分公司 甘肅新洲礦業有限公司 寧化行洛坑鎢礦有限公司廣州粵有研礦物資源科技有限公司

(3)項目主要完成人

孫傳堯 邱顯揚 李曉東 高玉德 周曉彤 程新朝 何亞文、林日孝 李愛民 王中明

(4)項目簡介

項目屬稀有金屬難處理礦選礦技術領域。針對當今鎢礦資源選礦的難點，創造性地提出黑白鎢礦物分流分速、異步選礦分離理論及新技術，取得了強磁分流黑白鎢礦——分別浮選精選、白鎢礦浮選組合新藥劑研發、捕收劑強化再吸附—三堿選擇性解吸脫藥直接精選、鎢細泥短流程選礦工藝和類質同象富鉬變種白鎢礦浮選等多項核心關鍵技術。

(5)項目主要創新點

①黑白鎢礦分流分速異步選礦新工藝?；诤阪u礦和白鎢礦磁性、可浮性和浮選動力學特性差異，提出分流分速異步選礦法分離黑鎢礦和白鎢礦。兩種新工藝大幅度提高了黑白鎢回收率，為后續螢石和錫石回收創造了條件，是與“柿竹園法”核心技術黑白鎢同步混選——浮重分離工藝不同的又一重大創新。

②系列新型高效鎢礦物捕收劑研發及工程化應用。直接在主流程中合成鹽酸羥胺，優化肟化過程在線控制技術,大幅度提高轉化率，成本顯著降低；亞硝基苯胲胺鹽螯合劑合成新工藝：在水相中合成，取消甲苯萃取工序，消除了污染，降低了成本；新型系列白鎢礦捕收劑開發新技術：由混合脂肪酸、羥肟酸（皂）和特定乳化劑復配而成，針對不同白鎢礦石，開發出個性化的新型捕收劑，具有脂肪酸和螯合捕收劑的雙重優點。

③捕收劑強化再吸附—三堿選擇性解吸脫藥直接精選新技術。在白鎢粗精礦精選前先添加捕收劑，強化鎢礦物對捕收劑再吸附；后添加三堿調整劑，強化對非目的礦物選擇性解吸、脫藥和抑制。不稀釋不脫泥不脫藥直接浮選，簡化流程，高效回收白鎢礦。

④鎢細泥旋流器濃縮—常溫浮選—離心機精選短流程新工藝。取代原“常溫浮選-加溫精選-弱磁選-強磁選-搖床重選”復雜工藝，簡化了流程，大幅度提高了鎢細泥回收率。

⑤類質同象富鉬變種白鎢礦浮選新技術。針對鉬鎢類質同象白鎢礦難選，資源未能開發利用的難題，采用TA-3特效捕收劑，使該類資源浮選成功并建廠，將呆礦成為可利用資源。

(6)應用前景及經濟效益分析

十多年來，本項目研究成果不斷產業化。尤其近十年來隨著我國鎢選礦業的快速發展，本技術經過多年的優化和完善，已在我國湖南、福建、江西、甘肅、云南、廣東、廣西、新疆、安徽、內蒙古、吉林和黑龍江等地20多家鎢選礦廠成功應用，近三年直接經濟效益達16.66億元。項目總體技術水平達到國際先進，部分達到國際領先，為我國難選鎢礦資源綜合利用提供了強大的技術支撐，促進了鎢行業的科技進步。

3.黃磷尾氣催化凈化技術與應用

(1)獎項國家技術發明二等獎

(2)項目主要完成單位

昆明理工大學 四川省川投化學工業集團有限公司 華爍科技股份有限公司

(3)項目主要完成人

寧平 田森林 彭金輝 王學謙 侯永勝 王先厚

(4)項目簡介

黃磷尾氣是大氣污染控制領域凈化難度最大的復雜有毒有害工業廢氣，其凈化問題已困擾世界黃磷行業一百多年。嚴格的污染排放標準和行業準入條件使尾氣凈化及資源化利用已經成為關乎黃磷工業生存與可持續發展的關鍵問題。本項目歷經15年持續系統研發，取得了復雜有毒有害工業廢氣凈化關鍵技術和設備的新突破。主要技術內容涵蓋四個核心發明點、六種凈化新方法、六系列催化新材料、十類特種裝備。

(5)項目主要創新點

①本項目首創了強還原氣氛下的多雜質低溫微氧同步催化氧化方法，設計了具有催化氧化、儲氧兩種功能的催化劑，通過儲氧活性組分提高黃磷尾氣中微量氧氣利用率，避免補氧帶來安全隱患；通過高活性催化氧化組分，將催化起活溫度降至100℃以下；從而實現在強還原氣氛、低溫條件和不氧化一氧化碳的前提下，同步催化氧化多形態磷、硫、砷、氰等雜質；催化劑載體表面的催化氧化產物，易于再生、回收利用。

②發明了有機硫、氰催化水解-氧化協同深度凈化技術，研發了兩種新型干法深度凈化技術，成功實現了尾氣中共存有機硫和HCN兩類難氧化雜質的精脫除，從而獲得了高品質CO原料氣；發明了低溫硫氰同步催化水解催化劑，可在較低溫度（150℃～200℃）下將有機硫和HCN分別水解為H2S和NH3；發明了氨選擇性氧化催化劑和低常溫轉化吸收型硫氰精脫劑，對痕量硫、氰、氨進行高精度脫除，凈化后獲得滿足碳一化工要求的高品質原料氣。

③發明了兼具傳統水洗+堿洗、化學沉淀分離和液相催化氧化三種凈化方法優勢的多效堿吸收-液相催化氧化耦合凈化技術。通過堿吸收中和、化學沉淀、液相催化氧化三種凈化機制達到轉化單質磷為PH3、消減高濃度磷硫氰砷、吸收分離氟化物、回收硫黃資源等多種凈化效果，為干法凈化創造條件。

④研發了十類黃磷尾氣催化凈化特種裝備，建立了針對多種復雜有毒有害工業廢氣深度凈化工藝設計軟件包，可提供各行業從工程設計施工、關鍵材料與設備到技術服務的完整解決方案。

(6)應用前景和經濟效益分析

成果在煤化工、有色金屬、鋼鐵等5個其他行業推廣應用，建成含一氧化碳工業廢氣凈化裝置14套，成果應用地域覆蓋云南、貴州、四川等11個省區，黃磷尾氣凈化裝置出口越南等國。項目實施累計凈化黃磷尾氣39.4億立方米，折合節約標煤168.4萬噸，減排二氧化碳113萬噸、二氧化硫27786噸、氮氧化物2627噸，粉塵16166噸；累計新增產值23.9億元，新增利潤8.1億元。在建及擬建的黃磷尾氣凈化裝置占全國黃磷產能的19.4%。本技術推廣應用范圍將覆蓋全國黃磷產能的40.6%以上，世界黃磷產能的32.5%。項目探索出了以資源化利用促成污染治理的新技術路線，解決了世界黃磷尾氣凈化難題，改變了我國對世界黃磷生產技術缺乏原創性貢獻的局面，確立了我國在世界黃磷行業的技術領先地位。

4.高性能銅鋁復合材料連鑄直接成形技術與應用

(1)獎項國家技術發明二等獎

(2)項目主要完成單位

北京科技大學 煙臺孚信達雙金屬股份有限公司

(3)項目主要完成人

謝建新 劉新華 吳春京 劉雪峰 王連忠 董曉文

(4)項目簡介

該項目針對傳統銅鋁復合材料生產流程長、界面結合強度低、成材率低，或生產效率低、成本高等問題，發明了銅鋁復合材料連鑄直接成形及產品加工成形技術與工藝，具有短流程、高效率、節能降耗、復合界面達到冶金結合等特點；開發了高性能銅鋁復合電力扁排產業化系統集成與成套裝備技術包括連鑄生產穩定性、均勻性、一致性控制關鍵技術，高效連鑄生產關鍵技術，高效成形加工關鍵技術，扁排退火關鍵技術，以及連鑄、軋制、退火等專用關鍵裝備;開發了系列化復合扁排新產品，在電力、開關柜、控制柜及新能源等領域獲得規模應用。

煙臺孚信達雙金屬股份有限公司已應用該技術進入投產期，產品廣泛應用于電力、先進軌道交通、電子通訊、冶金、化工、航空航天等高科技領域。

(5)項目主要創新點

①發明了將銅和鋁兩種金屬熔化后，注入同一復合裝置進行連續鑄造，實現包覆材料連鑄直接復合成形、復合界面達到完全冶金結合的技術與關鍵裝備；

②發明了采用連鑄復合坯料，通過軋制、拉拔、退火不同的工藝優化組合以及變形和加工過程控制，分別用于生產高性能復合扁排、扁線和圓線產品的3種短流程高效加工工藝；

③發明了提高連鑄復合坯料和加工產品的成分、組織和性能均勻性與一致性技術，提高銅鋁復合材料產品成形加工性能和產品應用時的機加工性能，提高產品質量的均勻性與一致性；

④突破了產業化系列關鍵技術，開發了規模產業化系統集成工藝與成套裝備技術，包括高效、穩定連鑄生產關鍵技術，高效成形加工生產關鍵技術，扁排退火關鍵技術，以及連鑄、軋制、退火等專用關鍵裝備。

(6)應用前景和經濟效益分析

高性能銅鋁電力扁排可廣泛用于現代化建筑的輸配電、電力成套開關設備的電力母線排、冶金、化工等領域。根據國家電器行業協會數據表明，“十一五”期間，輸配電設備的需求量將達到1800億元，其中母線槽產品占35%，可達600億元以上。如按目前全部使用銅扁排考慮，銅需要量巨大。銅鋁復合電力扁排市場前景廣闊。

推廣應用本成果技術，可以取得顯著的節銅效果，有利于緩解我國銅資源短缺問題，創造重大的經濟和社會效益。項目產品可實現節銅65%～80%，推廣應用對于緩解我國銅資源緊缺、確保資源安全，具有重要意義。項目技術指標、產品性能和生產成本優于國內外其他技術和同類產品。

5.鋁電解槽高效節能控制技術及推廣應用

(1)獎項國家科學技術進步二等獎

(2)項目主要完成單位

中南大學 中國鋁業公司 北方工業大學 湖南中大業翔科技有限公司 西南科技大學 北京航空航天大學 鄭州發祥電力有限公司

(3)項目主要完成人

李劼 陽春華 宋威 丁鳳奇 鄒忠 呂曉軍 冀樹軍 閆太網張紅亮 賴延清

(4)項目簡介

為了探尋鋁電解節能的新途徑與新突破，本項目在多個國家科技立項的支持下，從建立先進完整的大型鋁電解槽多相-多場耦合仿真模型以及以該模型為內核的狀態分析與優化方法入手，在3.75V～3.95V的低電壓下構造可實現電解槽高效穩定運行的狀態空間，并針對該運行狀態空間被壓縮到穩定域與不穩定域分界面附近的一個很窄區域（臨界穩定域）且槽運行特性發生重大變化的特點，研發新一代鋁電解控制系統，形成了鋁電解低電壓高效節能自動化關鍵技術，在國際上率先實現了鋁電解低電壓高效節能的重大突破。

(5)項目主要創新點

①針對大型鋁電解槽多相及多場交互作用強烈的特點，研究建立起多相-多場耦合模型，為大型鋁電解槽狀態分析與優化提供了先進可靠的技術手段。

②提出了基于多相-多場耦合仿真的大型鋁電解槽結構、工藝與控制器綜合優化方法，構造出大型鋁電解槽在3.75V～3.95V低電壓下高效、低電耗、低排放、穩定運行的狀態空間，并確立了低電壓高效節能運行技術條件。

③針對低電壓高效節能運行狀態空間被壓縮到穩定域與不穩定域分界面附近的一個很窄區域（臨界穩定域）且槽運行特性發生重大變化的特點，提出了“臨界穩定控制”思想，研發出多目標多環協同優化控制技術，推出了新一代全分布式控制系統，解決了大型鋁電解槽在低電壓高效節能運行條件下的多優化目標、多環節強耦合、多參數臨界穩定的控制難題。

(6)應用前景和經濟效益分析

本項目成果既可用于已有鋁電解槽不停產改造，又可用于新建生產系列，具有投資少、見效快的特點。自2005年以來，本項目開發的新一代全分布式鋁電解控制系統先后應用到國內外51家鋁電解企業共65條大型鋁電解槽生產系列。以新一代控制系統為載體，本項目實現了高效節能控制技術在我國鋁電解企業的快速推廣應用，產生了巨大的節能減排效益。以提供應用證明的15家鋁廠（共計21個生產系列）為例，噸鋁平均節電703千瓦時，近三年節電54.8億千瓦時，新增利稅26.2億元。

6.有色冶煉含砷固廢治理與清潔利用技術

(1)獎項國家科學技術進步二等獎

(2)項目主要完成單位

中南大學 郴州金貴銀業股份有限公司 錫礦山閃星銻業有限責任公司 長沙有色冶金設計研究院有限公司 銅陵有色金屬集團控股有限公司 郴州豐越環?？萍脊煞萦邢薰?/p>

(3)項目主要完成人

柴立元 蔡練兵 閔小波 高長春 梁彥杰 鄭雅杰 余剛 宋修明 楊志輝 張傳福 劉維 戴永俊 楊躍新 周萍 彭兵

(4)項目簡介

砷和含砷金屬的開采冶煉，用砷或砷化合物做原料生產玻璃、顏料、原藥、紙張以及煤的燃燒過程，都會產生含砷廢水、廢氣和廢渣，污染環境。該項目使含砷固廢中砷選擇性脫除率達97%以上，近3年累計清潔利用與安全處置含砷固廢約16萬噸，為含砷固廢的清潔利用提供了技術保障。

(5)項目主要創新點

①該項目成功構建了砷在有色金屬冶煉過程中分配行為的數學模型，研發了冶煉主要工序砷污染物分布的數值仿真技術，開發出了冶煉有害元素(砷)污染動態評價系統，為有色金屬冶煉砷污染防治提供科學依據。

②針對多金屬含砷固廢利用難題，發明了砷與有價金屬高效分離新工藝，開發了高壓富氧強化脫砷裝置，使含砷固廢中砷選擇性脫除率達97%以上，為含砷固廢清潔利用提高技術保障。

③該項目還創新開發了機械力化學解毒——膠凝固砷新工藝，研發了含砷固廢熱壓熔融固化新技術，形成了滿足各種需要的高密度固砷新技術，實現了高密集中安全固砷。

(6)應用前景和經濟效益分析

該項目對含砷固廢實現治理與清潔利用的基礎上，又進一步發明了脫砷后有價物料梯級深度回收銻、鉍等多金屬新工藝，以及砷堿渣深度分離與銻堿回收新工藝，將含砷固廢中鉍的回收率由原有工藝的40%提高至96%，年回收鉍量達到全球總量的10%，銻利用率也由原有工藝的不到40%提高到95%以上。

目前，該項目成果已列入《國家先進污染防治示范技術名錄》，并在銅陵有色金屬集團、郴州市金貴銀業、錫礦山閃星銻業等我國十多家銅、鉛、銻冶煉龍頭企業中大規模推廣應用。近3年累計清潔利用與安全處置含砷固廢約16萬噸，其中固砷約1.2萬噸，回收有價金屬新增產值約40.51億元，利稅2.39億元。為我國有色金屬行業砷固廢污染控制與清潔利用起到了引領作用。

7.弱磁性礦石高效強磁選關鍵技術及裝備

(1)獎項國家科學技術進步二等獎

(2)項目主要完成單位

贛州有色冶金研究所 江西理工大學 贛州金環磁選設備有限公司

(3)項目主要完成人

熊大和 黃萬撫 曾文清 賀政權 劉向民 葉和江 王鍵敏李建設 曾曉燕 王兆元

(4)項目簡介

長期以來，我國弱磁性礦石選礦效率非常低，且95%以上的非金屬礦資源因弱磁性雜質不能有效去除而無法高效開發利用，強磁選設備主要依賴進口或仿制，且磁場強度低、磁介質易堵塞、回收率低、維修難度大，成為世界性的重大技術難題。項目組通過產學研聯合攻關，歷時13年，創新了強磁選機設計理論，突破了強磁選機制造的制約瓶頸，攻克了弱磁性礦石強磁選關鍵技術難題，自主開發了SLon系列強磁選機，已在國內大規模工業化應用，并大量出口美國、印度、澳大利亞、巴西等二十多個國家，設備整機性能及技術經濟指標均達到國際領先水平，使我國成為世界上掌握大型強磁選機關鍵技術的最主要國家之一。

(5)項目主要創新點

①突破了傳統的強磁選理論。將脈動流體力與磁力結合，首創了高梯度磁場、脈動流體力、重力綜合力場中弱磁性礦粒的動力學方程和影響弱磁性礦物分選指標的關系方程，奠定了高性能強磁選機設計制造理論基礎，實現了原始創新。確定了弱磁性礦物強磁選有效回收粒度下限，顯著提高了資源利用率。

②創新了強磁選機關鍵結構。開發了獨特的鎧裝、水內冷磁系，減少了漏磁，獲得1.0T以上磁場強度，實現了強磁選機節能；研發了棒狀磁介質及其優化排列結構，解決了強磁選機易堵塞難題；發明了自帶夾緊式安裝結構的大型齒輪和大型立環磁選機磁系結構，開發了世界上最大的SLon-4000型強磁選機；發明了分選大顆粒物料（2毫米～5毫米）的強磁選機，解決了濕式強磁選機僅能處理小于1毫米物料的難題；發明了干式振動高梯度磁選機，使強磁選從濕式分選擴大到干式分選。SLon系列強磁選機已有30多種型號，單臺設備日處理量從0.72噸跨越到1萬噸，實現了大規模工業化應用。

③創新了強磁選選礦工藝。解決了弱磁性鐵礦技術指標差、生產不穩定的技術難題，推動了鐵礦選礦工藝全面革新和技術進步；開發了高品質長石、石英砂、鈦鐵礦、海濱砂礦等高效強磁選設備，解決了非金屬礦難除弱磁性雜質的技術難題，從鐵和稀土尾礦、赤泥中回收了有價元素，實現了資源高效利用。

本成果經有關部門組織的專家鑒定，整體技術達到國際領先水平。已獲授權發明專利6項、實用新型專利9項，制定國家行業標準1項，發表的100余篇論文中被SCI、EI收錄20余篇。

(6)應用前景及主要效益分析

SLon系列磁選機已有3000多臺廣泛應用在弱磁性鐵礦、鈦礦、細粒錳礦、黑鎢細泥、稀土尾礦、赤泥、非金屬礦等回收中，鐵精礦品位提高了3.8%以上，尾礦品位降低3.2%以上，作業回收率提高了19.3%，節電達60%，節水達25%，顯著提高了資源綜合利用率。成果產品國內市場占有率達90%，2008年～2010年，國際市場占有率達70%，徹底改變了我國強磁選機依賴進口的落后狀況，實現了技術的跨越式發展，顯著促進了行業科技進步。近三年直接經濟效益11.13億元（其中出口創匯2000多萬美元）；據18家應用單位統計（315臺SLon機，占應用總量10%），近三年間接經濟效益372.49億元，取得了重大經濟和社會效益。