广东省科学院资源利用与稀土开发研究所
一、2021-2022年科研体制改革进展及取得的成绩
广东省科学院资源利用与稀土开发研究所组建于2021年4月,前身为广州有色金属研究院选矿工程研究所和稀有金属研究所,是隶属于广东省科学院的骨干研究所之一。依托研究所建有稀有金属分离与综合利用国家重点实验室、广东省矿产资源开发与综合利用重点实验室、广东省稀土开发及应用研究重点实验室等平台,是我国稀有、稀散金属研究与学术活动的领头单位,也是我国稀有金属矿产资源综合利用、稀土绿色提取及功能材料研究的重要基地。
研究所面向国家矿产资源安全的重大战略需求,围绕稀有金属矿产资源、二次资源的开发和综合利用,金属危废源头减量与高效利用、固体废物减量化与绿色资源化利用、工业废水无害处置及循环回用,稀土光功能材料/磁性材料/储氢材料等领域开展基础、应用基础及工程化研究。
2021-2022年,研究所以稀有金属主体资源、伴生资源和再生资源的开发和综合利用为目的,开展稀有金属高效富集分离技术及高纯制备、资源高质高效循环利用、稀有金属材料等领域的核心关键技术研究,突破了一批锂铍、钽铌、钨锡、金银、镓锗、稀土和铅锌等战略性矿产资源开发利用的“卡脖子”难题,相关成果在宁德时代、五矿集团、中铝集团、广晟集团、云金集团等央企或龙头企业成功实现大规模产业化应用,为我国战略性新兴产业和制造业高质量发展提供强力保障。期间,共承担国家、省部级项目共计 96 项,其中国家级项目29项 ;承担横向委托项目共计260项;总合同金额近1.5亿元。
代表性成果如下:
(一)复杂难处理锂钽铌矿多组分集约化利用关键技术
随着全球能源绿色低碳转型加速推进,新能源汽车等下游产业快速发展,锂资源战略地位日益凸显。全球锂资源丰富且高度集中,截止2022年底,已探明的锂矿资源中,智利、澳大利亚、阿根廷、中国、美国五个国家的储量超过85%,我国仅占7.7%,位居全球第四位。当前,我国是全球最大的动力(储能)电池生产市场,最大的锂盐需求市场,锂盐生产和消费均占全球约70%,超过60%的锂原料需要进口。
针对复杂难处理锂辉石资源,开发了“磨矿介质优化-精准分级调控擦洗”技术,减少泥化同时促进锂矿物单体解离,实现了锂矿物不脱泥直接浮选;研发了新型耐低温锂钽铌捕收剂,实现了锂钽铌矿物浮选同步富集与锂资源短流程选矿分离;研制了新型磁选设备,实现锂钽铌精准分离,锂辉石回收率由原75-80.50%提升至92.86%,同时从尾矿中回收了石英、长石等非金属资源,实现了无尾矿库绿色清洁生产。针对低品位锂云母资源,研发出脱泥-云母浮选-尾矿磁选的综合利用工艺,采用新型复合药剂,实现了锂云母的高效回收及尾矿的综合利用,锂云母精矿Li2O品位1.80%,回收率77%以上。
相关成果在中矿集团、华友国际、雅化集团、比亚迪、宜春时代等国内外矿山得到广泛应用,对于保障国家锂资源安全稳定供应具有重要意义。获得2021年中国有色协会科学技术一等奖。
(二)复杂金银多金属资源高效分离提取关键技术及应用
金银具有金融和战略金属双重属性。我国金、银资源紧缺,且45%、90%为共伴生难处理矿,赋存分散,回收率低。金银与目标金属同步富集、有价元素综合回收是行业难题,强化其综合回收关系到国家战略与金融安全。
针对金银在不同矿物类型中的赋存状态及选冶难易程度,利用金属硫氧矿物表面物理化学性质以及磁性差异特征,开发了预先抛除金铁氧化矿中细泥和金银载体矿物分类分选处理整体技术,实现了就地产金、铜硫铁高效回收,全流程金总回收率为 83.87%,银总回收率为71.17%;研发了铜金选择性强的双活性官能团捕收剂和高效调整剂等系列浮选药剂,开发了低碱度贵金属定向富集技术,实现了在低碱环境下的贵金属定向富集,较高碱工艺,金、银的回收率分别提高5.36和3.69个百分点;针对受低碱抑制的黄铁矿,研发的活化剂起到清洁矿物表面Ca(OH)2薄膜的作用,从而产生活化效果,同时兼有桥连捕收剂与矿物表面的作用,从而实现载金黄铁矿表面的深度调控;开发了载金黄铁矿集合体超细磨-富氧浸出工艺,实现了硫精矿中低品位金的高效提取,金浸出率突破64%。
该成果在云南黄金集团多家选矿厂应用,获得2021年中国专利优秀奖、2021年中国黄金协会一等奖、2022年云南省科技进步二等奖各1项。
(三)复杂铅锌多金属矿无石灰低碱清洁选矿新技术及应用
铅和锌是重要的有色金属矿产资源,广泛应用于电池、电子、汽车等领域。我国是世界上最大的铅锌生产国,但我国铅锌矿具有成分复杂、性质变化大、共伴生组分多的特点,通常伴生有银、金、锗、镓、铟等稀贵稀散金属,综合回收难度大。铅锌矿常伴生硫铁矿,生产实践中往往采用高碱工艺进行分离,以获得高品质的铅、锌精矿。然而,高碱体系不利于伴生金银矿物的回收,后续使用硫酸或硫酸铜活化硫铁矿,会增加生产成本,同时,因使用大量石灰会造成流程中管道堵塞,选矿废水碱度高、组分复杂,回用成本高,外排又危害环境。因此,开发铅锌多金属矿的清洁高效选矿新技术意义重大。
针对复杂难处理高硫的铅锌多金属矿,根据矿石工艺矿物学特点,采用系列选择性新药剂,构建了无石灰药剂新体系,开发了复杂铅锌多金属矿无石灰低碱清洁选矿新技术,实现了低碱工艺替代高碱工艺,提高了铅锌回收率,生产用水实现100%回用,减少了药剂成本50%以上;研发的新型高效选择性铅锌捕收剂,实现了铅锌与硫在低碱环境下高效分离;研制了新型高效磁黄铁矿抑制剂,实现铜铅锌硫精准分离,铅回收率由原50%-80%提升至84%-90%以上,锌回收率由原70%-80%提升至90%-97%以上,同时提高伴生金、银、锗等稀贵稀散金属综合回收率,实现了铅锌多金属矿绿色清洁生产。
科研成果已申请发明专利11件,相关技术已在中铝集团驰宏锌锗公司等多家矿山应用,目前正在西部矿业、厦钨集团等铅锌矿山进行推广。新技术的产业化应用,对于保障国家铅锌多金属资源安全稳定供应具有重要意义。
(四)稀散金属锗铟镓高效分离回收及高值化制备关键技术与应用
镓锗铟等战略稀散金属,在半导体、新能源、航空航天及国防军工等行业应用广泛。针对锌冶炼置换渣料中稀散金属锗镓铟综合回收率低、提取成本高等产业化问题,开发了“镓锗铟稀散金属置换渣料高效综合回收成套技术”,包括镓锗铟稀散金属置换渣料四段浸出的新工艺技术,硫酸体系全萃全反分离铟、铁、镓、锗、铜的靶向萃取新技术,旋流电积镓新技术及反萃液渗析分镓新技术等。
该技术成功运用于深圳市中金岭南有色金属股份有限公司丹霞冶炼厂镓锗铟稀散金属置换渣料高效回收有价金属,建成了国际上第一座处理锌冶炼副产镓锗铟稀散金属置换渣料的综合回收示范工厂,为国内外锌冶炼厂综合回收多种有价稀散金属开启了新的篇章,对促进稀散金属加工行业技术进步有重大作用,可作为国内外类似渣料综合回收多种有价金属的典范。获得2021年中国有色协会科学技术一等奖、2021年广东省科学技术进步二等奖、中国有色协会科学技术二等奖各1项。
二、改革的新政策、新做法及改革过程中遇到的新情况、新问题
党的二十大报告指出,要完善党中央对科技工作统一领导的体制,健全新型举国体制,强化国家战略科技力量,优化配置创新资源。新型举国体制下实现关键核心技术的突破,需要重视核心技术与产业发展的紧密关系,重视市场机制在其中的重要作用,推动研发要素向产业链上具有更高生产率的企业与部门流动。同时,鼓励企业以市场需求为导向,充分利用市场在核心技术突破和产业转型升级中的关键作用,强化关键研发成果的转化应用。
在此背景下,科研院所需重新考虑自身的发展定位。
三、2035年,有色金属行业重点研发方向建议
(一)低品位稀有金属资源绿色高效开发与综合利用技术,保障国家战略资源安全供给;
(二)复杂相似稀有超常富集、高纯/超高纯制备技术,解决半导体产业等领域超高纯稀有稀散金属“卡脖子”关键技术问题;
(三)新能源材料原料的高效分离提取与精深加工,镍、钴、锂、铷、钒、钛等新能源材料原料高效分离提取及高值化利用技术。