一流的成果源于持續不懈的創(chuàng )新，一流的成果又支撐起來(lái)一流的服務(wù)。作為一家專(zhuān)門(mén)從事礦產(chǎn)資源綜合利用技術(shù)研發(fā)的科研院所，中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所（下稱(chēng)“鄭州綜合利用所”）用自己的創(chuàng )新實(shí)踐在礦山企業(yè)樹(shù)起了一流地調隊伍的豐碑。
磁篩技術(shù)讓低品位鐵礦石與國外進(jìn)口鐵礦石相抗衡，難選滑石型鉬礦成套選礦技術(shù)喚醒了我國5.2億噸沉睡多年的富含滑石難選鉬(鐵)礦，鹽湖開(kāi)發(fā)新工藝讓我國鉀鹽資源不再受制于人……談到這一項項創(chuàng )新成果，該所黨委書(shū)記、所長(cháng)馮安生感觸頗深地說(shuō)：“這是我們緊盯國家重大戰略和市場(chǎng)需求，實(shí)施創(chuàng )新驅動(dòng)戰略，精心打造科技創(chuàng )新平臺，促進(jìn)科技成果轉化與服務(wù)的結果。”
此言非虛。該所作為國家公益性地調隊伍，多年來(lái)按照中國地調局的統一部署，緊跟國家戰略部署和市場(chǎng)需求，堅持用創(chuàng )新理念武裝頭腦、用創(chuàng )新思維驅動(dòng)發(fā)展、用創(chuàng )新供給側新技術(shù)支撐行業(yè)發(fā)展，在解決難選冶、低品位、共伴生礦產(chǎn)資源綜合利用領(lǐng)域取得了一批具有國際先進(jìn)水平的科技創(chuàng )新成果，破解了企業(yè)發(fā)展瓶頸，為眾多大中型礦山企業(yè)提供了重要技術(shù)支撐。
磁篩技術(shù)破解磁鐵礦分選難題
中國加入WTO后，隨著(zhù)鐵礦石原料市場(chǎng)國際化，特別是進(jìn)口礦中鐵精礦品位高、雜質(zhì)少、價(jià)格低，國產(chǎn)大中型礦山企業(yè)生存壓力空前增大。更重要的是，每年大量的鐵礦石進(jìn)口不僅侵吞了大量外匯，還嚴重影響了國家經(jīng)濟安全。如何通過(guò)工藝改進(jìn)和設備改造來(lái)提質(zhì)降雜、節能減耗，提升國內鐵礦石的競爭力，一直以來(lái)都是困擾鐵礦山企業(yè)發(fā)展的難題。
國家的戰略、企業(yè)的需求，就是科技工作的方向。早在上世紀80年代，鄭州綜合利用所選礦專(zhuān)家王成學(xué)研究員就創(chuàng )新性提出采用磁團聚機理分選磁鐵礦，并獲得高質(zhì)量鐵精礦產(chǎn)品。“磁團聚重選分選機”專(zhuān)利更是獲1985年國家發(fā)明專(zhuān)利創(chuàng )造金獎。這一設備后來(lái)引起了我國磁鐵礦分選領(lǐng)域一次大規模工藝變革，解決了弱磁筒式磁選機無(wú)法解決的脈石夾雜問(wèn)題，大大提高了磁鐵礦精礦品位和鐵元素回收率。
上世紀90年代，王成學(xué)研究員又帶領(lǐng)研究所磁團聚課題組在磁團聚重選機基礎上提出新的分選理論——磁場(chǎng)篩選法，并將其應用于磁性物旋流分級領(lǐng)域，通過(guò)外加磁場(chǎng)作用使磁鐵礦形成較原粒級大數倍的磁團聚體，在離心力場(chǎng)中由于團聚體的粒度組成及比重的差異最終形成旋流分級及旋流重選，通過(guò)磁團聚效應強化對磁性鐵礦物的回收。這是一種更為先進(jìn)的分選原理，全面豐富了“磁團聚分選”理論，使物理手段下（相對與浮選等處理方法）磁鐵礦的分選理論、分選工藝和分選指標達到國際領(lǐng)先水平。課題組更是利用這一理論，“十年磨一劍”，歷經(jīng)研發(fā)試制、工業(yè)試驗、改造升級和現場(chǎng)調試等環(huán)節，于2003年完成工業(yè)設備定型——CSX系列磁場(chǎng)篩選機。
工業(yè)應用實(shí)踐表明，磁篩技術(shù)能有效排除連生體，使鐵精礦品位提高2%~10%，針對一段磨礦（或二段磨礦）磁選粗精礦提高10%~20%，噸精粉成品節水0.5~0.8噸。與同類(lèi)磁鐵礦精選技術(shù)設備相比，其節水高達50%以上。同時(shí)，其操作簡(jiǎn)單，對礦石粒度適應性強，對鐵礦石水循環(huán)利用率提高、鋼鐵原料提質(zhì)增效意義重大，堪稱(chēng)磁鐵礦粗選分級作業(yè)的高效設備。
多年來(lái)，該所的磁篩技術(shù)在國內外多家鐵礦山企業(yè)推廣實(shí)踐，效果顯著(zhù)，先后獲得了國家科技進(jìn)步一等獎、國家發(fā)明專(zhuān)利創(chuàng )造金獎、國土資源科學(xué)技術(shù)一等獎、中國地質(zhì)調查成果二等獎、河南省科技進(jìn)步一等獎等諸多榮譽(yù)。而磁篩技術(shù)研發(fā)團隊從未滿(mǎn)足既有成就，而是精益求精，創(chuàng )新不止。自2003年CSX-I、CSX-II、CSX-III設備相繼投入新疆金寶礦業(yè)公司、武鋼礦業(yè)公司大冶鐵礦、華冶阿根廷MSG鐵礦、寶通礦業(yè)、四川德盛集團攀枝花青杠坪礦業(yè)、北京華夏建龍集團等大中型礦企后，2016年初研發(fā)團隊更是在原有設備基礎上研制出CSX-Z型磁場(chǎng)篩選機。
“該設備在處理含泥較多或粒度較細的鐵礦時(shí)具有明顯優(yōu)勢。”研發(fā)團隊負責人張穎新高工介紹說(shuō)：“Z型磁篩機還添加了篩網(wǎng)自清洗功能，相比以往型號，在提質(zhì)降雜的同時(shí)，節能降耗的優(yōu)點(diǎn)也更加突出。”
盤(pán)活呆滯鉬資源 一礦變多礦
“河南欒川被譽(yù)為‘中國鉬都’，鉬金屬總儲量206萬(wàn)噸。其中，上房溝滑石型鉬鐵礦為該成礦帶三大主要礦區之一，鉬金屬儲量70.5萬(wàn)噸，具有儲量大、品位高、伴生元素豐富、埋藏淺、易開(kāi)采的特點(diǎn)，但礦石因富含滑石，加之礦石類(lèi)型復雜、有用礦物嵌布粒度細等多種因素，導致礦山生產(chǎn)成本高、收率低、品位低、綜合利用率低，從而使得儲量巨大的鉬鐵礦床成為不能被有效利用的呆滯資源。”鄭州綜合利用所資源與環(huán)境研究室的趙平研究員告訴記者。
上世紀90年代，趙平研究員就帶領(lǐng)課題組成員研究上房溝鉬礦選礦技術(shù)?；叵肫饋?lái)，他自己都不敢相信當時(shí)哪來(lái)的勇氣，畢竟“多年來(lái)國內外多家科研院所對該礦石進(jìn)行過(guò)試驗研究，但滑石型鉬礦選礦這一國內外選礦界重大的難題當時(shí)一直未被攻克。”
雖有智慧，不如乘勢。正如習近平總書(shū)記所言，“推動(dòng)科技發(fā)展，必須準確判斷科技突破方向”，綜合利用技術(shù)創(chuàng )新，更是如此。經(jīng)過(guò)10多年的研究，課題組發(fā)現，“滑石分離選礦新工藝與高效藥劑和配套裝備相輔相成，是解決欒川上房溝難選滑石型鉬礦的技術(shù)關(guān)鍵。”2008年，在“十一五”國家科技支撐計劃課題“共伴生難選鉬礦資源選礦關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究”支持下，該所聯(lián)合洛陽(yáng)富川礦業(yè)有限公司、長(cháng)沙礦冶研究院有限責任公司、北京科技大學(xué)等單位，發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢，開(kāi)展對上房溝難選滑石型鉬礦的科技攻關(guān)。經(jīng)過(guò)4年努力，2012年他們終于成功研發(fā)出針對難選滑石型鉬礦的成套選礦技術(shù)，并采用產(chǎn)學(xué)研相結合方式實(shí)現了產(chǎn)業(yè)化應用，不僅解決了鉬回收率低、鐵精礦品位低的技術(shù)難題，同時(shí)解決了原來(lái)生產(chǎn)粗精礦運輸量大、選礦藥劑用量大、生產(chǎn)成本高、回水利用困難等問(wèn)題，既節能又環(huán)保，一舉兩得。
“我國5.2億噸沉睡的富含滑石難選鉬(鐵)礦可以蘇醒利用了。”2012年6月28日，在聽(tīng)取項目組匯報和演示并多次到試驗現場(chǎng)考察指導的評審專(zhuān)家們這樣評價(jià)，磁選分流滑石、粗細分級入選、高效鉬浮選、鐵精選成套技術(shù)“不僅盤(pán)活了我國共伴生難選鉬礦資源，而且將為我國黑色、有色金屬選礦提供強有力的技術(shù)支撐，具有廣闊的應用前景。”
上房溝鉬(鐵)礦是洛陽(yáng)欒川鉬業(yè)集團公司重要礦山和主要后備資源。洛鉬集團富川礦業(yè)公司采用該技術(shù)，把850噸／日處理規模的工業(yè)試驗廠(chǎng)生產(chǎn)規模逐步提高到1000噸/日，并變成正常生產(chǎn)選廠(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)，實(shí)現了鉬鐵硫的綜合回收利用，得到鉬精礦品位47%，鉬回收率由55%提高到70%，鐵精礦品位提高4%，創(chuàng )造年效益3000萬(wàn)元以上。
中金集團中原礦業(yè)公司所屬河南盧氏夜長(cháng)坪鉬鎢礦同為滑石含量較高的礦石。鄭州綜合利用所根據其礦石性質(zhì)特點(diǎn)，將鉬礦技術(shù)成果進(jìn)行適應性調整后在該礦進(jìn)行了推廣應用，使鉬回收率提高15%，并對礦石中伴生的白鎢進(jìn)行了綜合回收。2016年4月至今，項目組對該礦進(jìn)行了緊鑼密鼓的工業(yè)試驗，初步結果表明，選別指標獲得大幅度提高。據悉，公司以此為依據，正在籌劃2.3萬(wàn)噸/日規模的礦山建設。
綜合利用鹽鹵資源 解國家燃眉之急
無(wú)農不穩。鉀鹽缺乏一直困擾著(zhù)我國的農業(yè)發(fā)展，直接關(guān)系著(zhù)13億人的吃飯問(wèn)題。1997年，依托國家計委“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項目“西藏扎布耶鹽湖鋰、硼、鉀綜合開(kāi)發(fā)擴大試驗”，鄭州綜合利用所開(kāi)展了扎布耶鹽湖鋰鹽化工提取技術(shù)研究。自此，該所與鹽鹵資源綜合利用技術(shù)結下了不解之緣，中國地質(zhì)科學(xué)院鹽湖與熱水資源研究發(fā)展中心綜合利用研究室也落戶(hù)于此。該所建立起一支專(zhuān)門(mén)從事鹽湖資源綜合利用技術(shù)研發(fā)的課題組——鹽湖課題組，主要進(jìn)行鹽湖中鉀、鋰、硼、鎂、銣、銫等資源的綜合利用和高值化技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)行工程化和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)服務(wù)，為開(kāi)發(fā)鹽鹵資源的企業(yè)提供技術(shù)支撐。
2000年，鹽湖課題組采用“水浸→碳化→熱解”工藝，在國內率先從鹽湖中提取純度≥99%的國標一級品碳酸鋰，鋰總回收率達98%。根據這一工藝，西藏扎布耶鹽湖鋰資源開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)化示范工程于2005年建成，并分別在日喀則和白銀建立西藏扎布耶鋰業(yè)高科技有限公司和白銀扎布耶鋰業(yè)有限公司，在日喀則形成了年產(chǎn)6000噸碳酸鋰精礦的生產(chǎn)規模，產(chǎn)出的碳酸鋰精礦運至白銀加工廠(chǎng)進(jìn)行化工提純，形成了年產(chǎn)5000噸碳酸鋰產(chǎn)品的生產(chǎn)規模。正是由于對西藏扎布耶鹽湖鋰資源開(kāi)發(fā)做出了重大貢獻，該所憑借參與“西藏扎布耶鹽湖礦床成因、地質(zhì)勘查、動(dòng)態(tài)觀(guān)察與開(kāi)發(fā)試驗”項目獲得2002年度國土資源部科技一等獎和2003年度國家科技進(jìn)步二等獎。
2013年，基于水肥一體化現代設施農業(yè)的需求，受?chē)缎陆_布泊鉀鹽有限責任公司委托，鹽湖課題組進(jìn)行了水溶性肥料速溶硫酸鉀產(chǎn)品研發(fā)?？蒲腥藛T以新疆羅布泊鹽湖農用硫酸鉀為基體原料，依托硫酸鉀晶體溶解動(dòng)力學(xué)的原理，確定了速溶硫酸鉀的制備工藝和條件，首創(chuàng )全水溶性肥料速溶硫酸鉀專(zhuān)有技術(shù)。其開(kāi)發(fā)的速溶硫酸鉀產(chǎn)品達到HG/T4365-2012《水溶性肥料》指標要求，具有較高的純度（鉀含量52.56%）和較低的水不溶物含量（0.04%），溶解速度與進(jìn)口優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品相當，被業(yè)內專(zhuān)家評價(jià)為“開(kāi)發(fā)的速溶硫酸鉀產(chǎn)品綜合指標優(yōu)于進(jìn)口優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品”。
當前，農業(yè)現代化對應用于水肥一體化的水溶性肥料需求十分迫切。“我們研發(fā)的速溶硫酸鉀能迅速溶解于水中，且易被農作物吸收。更為關(guān)鍵的是，它可以應用于噴灌、滴灌等設施農業(yè)，實(shí)現水肥一體化，實(shí)現節水50%以上，節肥30%，糧食作物增產(chǎn)20%，經(jīng)濟作物每畝節本增收高達600元，可為農業(yè)部《到2020年化肥使用量零增長(cháng)行動(dòng)方案》提供服務(wù)。”鄭州綜合利用所非金屬與鹽鹵綜合利用實(shí)驗室主任譚秀民研究員告訴記者。
創(chuàng )新綠色科技 推動(dòng)轉型升級
信陽(yáng)市上天梯非金屬礦管理區內珍珠巖儲量1.27億噸，占世界的16.4%、亞洲的62.1%、中國的79.6%，具有儲量大、品位高、易開(kāi)采、用途廣等特點(diǎn)。如何開(kāi)發(fā)區內這一豐富資源，成了擺在上天梯管理區面前的一道坎兒。
據了解，當前市場(chǎng)保溫板材多以有機保溫板材為主，因其工程造價(jià)高、施工工藝復雜、粘結性能差、易老化、易燃燒、燃燒放熱量大、加速明火蔓延并產(chǎn)生有毒煙氣等缺點(diǎn)，成為一類(lèi)新的火災隱患。珍珠巖，由于體積質(zhì)量輕，多孔，具有自保溫性能和無(wú)機防火特點(diǎn)，其制品成為替代有機保溫板材熱門(mén)產(chǎn)品，日益受到建筑商青睞，但其導熱系數大、施工破損率大、開(kāi)孔膨脹吸水率高等缺陷嚴重影響了制品的耐候性。
2013年，上天梯管理區與鄭州綜合所簽訂技術(shù)合作協(xié)議，著(zhù)手組建“國家非金屬礦工程技術(shù)研究中心信陽(yáng)上天梯實(shí)驗基地”，擬在充分發(fā)揮鄭州綜合利用所在非金屬礦產(chǎn)品開(kāi)發(fā)特別是礦物材料研發(fā)方面的技術(shù)優(yōu)勢，以科技創(chuàng )新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉型升級。研究所科研人員通過(guò)氣孔結構優(yōu)化和膠結料組成優(yōu)化，對高溫固相珍珠巖復合主體材料和低溫固化珍珠巖礦物聚合材料制備技術(shù)開(kāi)展系統研究，獲得關(guān)鍵制備技術(shù)，研制出容重和導熱系數低、抗壓強度和抗折強度高、抗凍性和抗風(fēng)蝕性能及耐候性能強的防火保溫板材，且成本低廉。
“信陽(yáng)上天梯珍珠巖礦床是亞洲最大、質(zhì)量極好的礦床。”接受記者采訪(fǎng)時(shí)，非金屬礦研究室工作人員趙毅興奮地說(shuō)。別看他年紀輕輕的，只有30歲出頭，可是提起珍珠巖制備高溫板材技術(shù)，這位畢業(yè)于中國科技大學(xué)的碩士生侃侃而談。“目前，我國珍珠巖礦砂產(chǎn)量已居世界首位，受建筑市場(chǎng)拉動(dòng)，2011年產(chǎn)量高達250萬(wàn)噸。但膨脹珍珠巖及其制品的質(zhì)量問(wèn)題日益凸顯，市場(chǎng)混亂，產(chǎn)業(yè)發(fā)展遭遇瓶頸，產(chǎn)品質(zhì)量及應用規模亟待突破，我們的技術(shù)正是‘對癥下藥’。”
他給記者算了一筆賬，若按每噸珍珠巖保溫板材的推廣和使用可節約標準煤3噸/年計算，目前，我國有400多億平方米的既有建筑，按照國家發(fā)改委和住房城鄉建設部提出的綠色建筑行動(dòng)方案，若按25%的數量進(jìn)行改造，就有約100億平方米的既有建筑需要進(jìn)行節能改造，以每平方米改造費用200元計，既有建筑節能改造就有高達2萬(wàn)億元人民幣的巨大市場(chǎng)。“況且，每年我國新增建筑面積約20億平方米，珍珠巖保溫板材在建筑節能市場(chǎng)具有非常大的潛力和空間。” 小伙子堅定的目光中，滿(mǎn)滿(mǎn)的都是信心。
據他介紹，現在研究所與上天梯管理區示范生產(chǎn)線(xiàn)企業(yè)信陽(yáng)怡和礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)有限公司合作進(jìn)行的第一階段4000平方米建筑樣板工程板材生產(chǎn)工作已結束，下一階段技術(shù)推廣即將展開(kāi)。管理區產(chǎn)業(yè)基礎雄厚，規模以上企業(yè)高達80余家，具有極強的行業(yè)示范作用。該成果的推廣必將加快珍珠巖產(chǎn)業(yè)升級轉型。
分子篩有望“上天”支撐航天科技
自承擔科技部“九五”科技攻關(guān)項目“富氧分子篩生產(chǎn)工藝研究”，研制開(kāi)發(fā)出新一代LS-HA富氧分子篩以來(lái)，鄭州綜合利用所從事分子篩吸附材料研究已有20余年。
1999年，該所開(kāi)展中空玻璃專(zhuān)用分子篩制備技術(shù)研究，研制生產(chǎn)的中空玻璃專(zhuān)用分子篩（IG-3A）達到世界領(lǐng)先水平。2012年，該所與俄羅斯共同完成國際合作項目“航空用高效制氧分子篩關(guān)鍵技術(shù)研究”。2011年至今，該所與中國航天員科研訓練中心建立合作關(guān)系，受總裝備部航天醫學(xué)工程研究所委托，研發(fā)空間站專(zhuān)用分子篩產(chǎn)品?？蒲腥藛T采用研究所“一種降低分子篩落粉度的方法”專(zhuān)利，使分子篩產(chǎn)品的粉塵降低到40ppm以下。2013年，“航天用5A分子篩”入選國家重點(diǎn)新產(chǎn)品計劃，成為繼“小粒徑自動(dòng)罐裝中空玻璃分子篩”和“CSX型磁場(chǎng)篩選機”之后，研究所獲得的第3個(gè)國家級重點(diǎn)新產(chǎn)品。
目前，產(chǎn)品已提交中國航天員科研訓練中心，經(jīng)過(guò)120天的運轉，產(chǎn)品的二氧化碳吸附分離性能、分子篩循環(huán)再生性、熱穩定性及可靠性得到證明，滿(mǎn)足了原理樣機每天3千克二氧化碳的脫除能力。目前，產(chǎn)品正在中國航天員科研訓練中心的工程樣機上使用，未來(lái)將成為“上天”正式產(chǎn)品。
艱難困苦，玉汝于成。2016年是“十三五”開(kāi)局之年，中國地質(zhì)調查局更是把加快推進(jìn)地質(zhì)科技創(chuàng )新作為頭等大事來(lái)抓，對加強礦產(chǎn)資源節約與綜合利用工作提出了更高要求。馮安生說(shuō)：“我們將繼續緊密?chē)@部黨組、局黨組中心工作部署，主動(dòng)適應地質(zhì)科技、經(jīng)濟發(fā)展新常態(tài)，實(shí)施創(chuàng )新驅動(dòng)發(fā)展，大力發(fā)揚‘釘釘子’精神，提升綜合利用水平，依托礦產(chǎn)資源節約與綜合利用調查工程，多出成果、出大成果，為服務(wù)國家戰略需求、服務(wù)大中型礦山企業(yè)做出更大貢獻。”
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