邱冠周院士-矿物加工现状和发展方向

世界主要大国的矿业归属
产业归属状况 第一产业 第一产业对待 第二产业
国家
美国 加拿大 澳大利亚 巴西 智利 中国（采矿业） 新西兰 南非 俄罗斯 沙特阿拉伯
国土资源部矿产资源综合利用（40个示范基地名单）
上述示范基地所提的“十三五规划”还需要很大的改进
（1）有色金属矿产资源
新型选矿技术的革新是提高 有色金属资源回收的核心
四 工程院咨询项目
“一带一路” 矿产资源开发的战略研究
工程院咨询项目确认邮件
我国新型工业化的矿产资源战略
支撑我国新型工业化的矿产资源绿色高效利用
建议国外矿产资源开发模式：
用技术换资源
人口、资源、环境是人类发展的永恒主题
人口剧增 资源短缺 环境恶化 生态危机
直接威胁人类的生存和发展
矿产资源短缺严重制约国民经济可持续发展
钒钛磁铁矿综合利用新工艺
3. 钒钛磁铁矿精矿气基竖炉直接还原-电炉熔分工艺
针对钒钛磁铁矿难还原、还原过
程中球团膨胀和粉化率高， 电炉冶炼过程中钒钛走向难 以控制等难点，采用中南大学开 发的复合粘结剂造球，通过焙烧
和冶炼技术的创新，开发出钒
钛磁铁矿精矿气基竖炉直接还原电炉熔分工艺。
图3 钒钛磁铁矿精矿气基竖炉直接还原-电炉熔分工艺流程
清华大学领衔的创新引领重大专项
航天、航空技术和核能技术
中国技术输出三大项目：
高铁；互联网大数据；核能技术
建议：
航天和核能技术
分开考虑
核能的五个方面
1. 大功率空间核动力和深空探索核推进装置
2. 空间反应堆技术；
3. 近海核反应堆技术
4. 海水提铀技术
5. 核废料处理技术
一 铀矿资源的生物冶金
1600
acidic pre-leaching microbial-ferric leaching
在推广应用可以使铀
矿的开采品位从千分
60 50 40 30 20 10 0 -10
之二降低到万分之五， 从而提高可利用铀矿 资源量。
100
生物浸出过程中铀的浸出速率及回收率变化情况
在工艺控制方面，采用浸出前期以控制pH值为主，中期以优化菌落结构 和控制电位为主，后期以提高喷淋强度为主的调控技术，实现了浸出过程 多因素的合理匹配，使铀的浸出率从90.23%提高到96.82%。
选冶联合，富氧加压-富氧常 压、生物常压氧化
“浮选技术随着新浮选药剂的发明而发展”
五 铜铅锌选冶技术单元操作的强化
铅锌资源的综合利用、做大做强储能产业 风光清洁能源、 智能电网催生 5000亿元储能 市场；
铅酸电池被寄 予厚望；
电池技术和资 源清洁获取为 制约储能产业 的瓶颈。
二 非洲矿产资源的开发
（1） 赞比亚矿产资源开发
谦比希湿法有限公司 卢安夏铜业有限公司
（2） 刚果矿产资源开发
湿法公司马本德矿山 紫金矿业 KOLWEZI和KOMOA矿 英语、法语紫金山培训班 人才推荐
三 生物技术的开发应用
用植物的还原抵消人体的氧化
—拔子茶，糖尿病的克星
(3) 抗氧化剂(antioxidants)
优质原料的短缺导致我国目前采用氯化法生产的高端钛制品的原料 几乎全部依赖进口，这极大 制约了我国氯化法钛白、海绵钛
及钛材等高端钛产业的发展。 优质原料的制备和非氯化钛冶金新方法的开发是发展我 国钛工业必须突破的技术瓶颈。
1.攀枝花钒钛资源
钒钛磁铁矿综合利用新工艺
我国钛冶金工业发展的思考
大宗金属：铜、铅、锌、金、银等 典型矿山：江西德兴、福建紫金山、 广东凡口等
Z-200硫氨酯捕收剂的发明在1979 年使全世界增加了4万吨铜金属 1925年黄药捕收剂的发 明开创了现代浮选工业 非离子型极性 离子型捕收剂时期 捕收剂时期（1960-） （1925-1960） 油类捕收剂时期 （1860-1924）
钒钛磁铁矿综合利用新工艺
4. 钒钛磁铁矿精矿气基竖炉直接还原-电炉熔分工艺
电炉渣钛品位高，可全部回收，钛总回收率大幅提高；
新流程的特点
省去烧结、焦化和高炉工序，流程短、污染小；
气基竖炉还原和电炉炼钢技术成熟。
表1 与高炉工艺综合比较
大幅降低焦炭用量（只需在电炉深还原时加少量焦炭）；
比较项目 配置 能源结构 综合利用率 综合能耗 排放 吨铁成本
高炉工艺 流程长，需配备焦化、烧结 依赖焦炭 钒：42%，钛：14%，铁：70% ≥760kg标煤
气基竖炉还原-电炉冶炼工艺 流程短，无需烧结、焦化 天然气、煤制气、焦炉煤气、电力等 钒：50%，钛：55%，铁：71% 660kg标煤
钒、钛回收率高，其中钛 的回收率提高40%以上；
“浮选技术随着新浮选药剂的发明而发展”
选冶联合是矿产资源综合回收的 主要途径
难处理铜、铅、锌、锡、铟等金属综合高效回收
生物冶金是低品位难处理矿产资 源利用的必由之路
难处理铜、金、铀以及锌、钴等低品位难 处理矿产资源
金:生物冶金为中国黄金产量保持世界
第一提供技术支撑和保障
铀：大幅提高了可经济利用的铀资源量
2015年1月1日，新修订的《环境保护法》确立的按日连续处罚、查
封扣押、限产停产、信息公开等规定将“重拳”指向排污企业。
其中明确，排污者因环境违法行为受到罚款处罚，被责令改正但仍 拒不改正的，环境保护主管部门可逐次实施按日连续处罚。
我国矿业资源产业定位？
产业定位的定义：从自然界直接获得产品的是第一产 业，其中包括农业、林业和矿业等。但是，在中国现 行国家标准中，将“采矿业”和“矿产资源勘查业” 分别划归为第二产业、第三产业。
uranium oxidation rate uranium recovery percentage
110 100 90 80 70
生物提铀技术的潜
uranium recovery percentag e (%)
uranium oxidation rate (mg/(L.d))
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 -200 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 time (daHale Waihona Puke Baidu)
回收率(已回收资源量)
未回收率(废弃资源量)
细菌
尾矿
金属
实现资源、冶金、材料一体化高值化
澳大利亚Olympic Dam铜金铀矿
BHP公司全球技术经理Derric前来中南大学寻求矿物加工和生 物冶金合作时说：“我们十几代人没做这些事了！”
江西脐橙专业户全国劳模故事的启示
首届脐橙大王温国贤的果园
老百姓粮店
赞比亚铜资源生物冶金开发
非洲板块：赞比亚、刚果金铜钴资源等 美洲板块：秘鲁铜铁资源等 大洋洲板块：澳大利亚金矿、铁矿、 铜铅锌锡矿资源等 其它洲板块：中亚金矿、铜矿资源、 东南亚镍铁锡资源等
澳大利亚锡尾矿选矿技术
用技术换资源，为我国国民经济可持续发展提供保障
五 铜铅锌选冶技术单元操作的强化
国家关于深化科技科技计划的方案
体内酶类抗氧剂：如SOD(超氧化物歧化酶)，CAT(过氧化氢
酶)，谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)等。
非酶类抗氧化剂如，维生素 A 和 E ，尿酸，次氯酸，微量元 素硒(Se)、Mn(锰)等。 植物天然抗氧化剂如、黄酮、多酚类化合物等有很强的抗氧 化活性，同时因为其天然，无副作用被认为是理想的抗氧化
5486
铜
638
目前实际可利用矿产 量/万吨金属 急需新技术处理矿物 量/万吨金属
铜
锌
镍
难处理资源量/万吨金属 目前实际可利用资源储量/万吨金属
矿产资源开发污染严重威胁人类生存
我国有色金属工业主要三废达标排放率远低于全国平均水平，例
如二氧化硫排放超过标准约5倍，是环境问题的主要污染源。
2015年《中华人民共和国环境保护法》
六 黑色资源综合利用
1.攀枝花钒钛资源
钒钛磁铁矿综合利用新工艺 我国钛冶金工业发展的思考
2.河南佰利联钛业
我国钛冶金工业发展的思考
发展我国钛工业应立足于我国的钛资源特点。
金红石 钛铁矿 高炉渣
资源极少且难以分选 资源较多，但TiO2品位较低，需预富集 TiO2 品位低，难以提取，需采取新方法 从中提取钛和其他有价金属
中国高等学校“十三五”规划专题设置与牵头承担单位
信息科学——浙江大学
航天航天——清华大学
前沿交叉——北京大学 机械制造——华中科大 资源环境——天津大学 人口健康——四川大学 能源领域——西安交大 农业领域——中国农大
国家创新引领重大专项：
国家水安全 免疫与基因治疗 航天、航空技术
“十三五”规划专题设置与牵头承担单位
矿物加工现状与发展方向
2015年5月21日
参加十三五
重大专项研究
总体重大专项研究思路和方法
通过重大科技项目的论证引出具体的研究
划分专题领域与跨领域交叉综合
集中重点领域，在大方向上提出重点专项 以重大项目为牵引，综合高校的相关优势
区别于主战场的任务规划，寻求高校自身优势，着眼
长远发展
五 铜铅锌选冶技术单元操作的强化
（一）整合形成国家重点研发计划 （二）分类整合技术创新引导专项（基金） （三）调整优化基地和人才专项 （四）国家科技重大专项 （五）国家自然科学基金 （六）支持某一产业或领域发展的专项资金
五 铜铅锌选冶技术单元操作的强化
讨论pH和药剂的作用原理
重新讨论pH值、药剂浓度、浮选时 间的匹配关系
一 铀矿资源的生物冶金
针对目前我国高品位铀矿日益减少，低品位资源难以经济有效处 理的现状，且目前国外大多数高品位、易加工铀矿已经被西方发
达国家垄断的情况下，拟建立低品位铀资源生物提取联合实验室。
中南大学
低品位 铀资源 生物提 取联合 实验室
南华大学 东华理工大学 昆明理工大学 中国广核集团有限公司
丰收的田野
爷爷：孙儿，这是水稻。 爷爷：你每天三顿吃的大米 就是水稻变来的！ 孙儿：爷爷，这是什么东西？ 孙儿：水稻是什么？ 孙儿：爷爷，您说的不对，
二十年不种水稻就不
知道米是怎么得来的
大米是粮店变来的！
矿冶资源利用行业现状
选矿 冶金 采矿
环境
材料
地质
（4）海外矿产资源开发
组建中国海外矿业联盟 中国矿业联合会、国际矿物加工 协会、国际生物湿法冶金协会、 各矿业集团等 开发海外矿产资源
剂。
用植物的还原抵抗人体的氧化
仙人草等植物中具有黄酮、多酚类化合物等天然抗氧化剂，目 前已开发出成熟产品。
利用宏基因组学等先进生物学手段已阐明抗氧化关键功能基因，
从基因角度揭示了植物的抗氧化机理。
仙 人 草
番 石 榴 叶
怕上火，喝王老吉
抗氧化相关功能基因
“在梅州打造一个无污染、绿色的生态产业”
用常规选冶方法无法有效脱除，通
过添加剂强化钛渣焙烧过程矿 相解构，开发了电炉钛渣矿相解构
法制备高品质富钛料新工艺。 以攀钢电炉钛渣（ TiO2 品位 72% ） 为原料，在实验室获得了 TiO2 品
（2）黑色金属矿产资源
复杂共生铁矿综合利用
攀西钒钛磁铁矿等基于直接还原法综合利用新流程

非传统资源的分选与造块
微细粒赤铁矿、菱铁矿、镜铁矿等分选与造块关键技术
选冶联合基础研究和技术攻关
铁锰、铁铬、铁镍等资源的高效利用与合金化
优化炉料结构，提升品质，实现绿色开发
（3）二次资源的综合利用
二次资源回收技术 高品位尾矿资源、表外矿、炉渣、 燃烧灰、工业垃圾、城市矿产资源等 矿物材料制备应用新技术 矿区污染治理、城市污水污泥等 环境修复技术 低品位尾矿、采矿剥离、废石等
中国矿产资源较丰富，但贫矿、难选矿及伴生矿多， 尤其是铁、铜、铝土、铅、锌、金等多为贫矿，开发 成本普遍比较高，实际可供利用的资源比例较低
目前实际可利用矿产量/万吨金属 急需新技术处理矿物量/万吨金属
1431 8073
1689
镍
锌 目前实际可利用矿产 量/万吨金属 急需新技术处理矿物 量/万吨金属
190
SO2排放: 0.431kg/t半钢； 粉尘排放:0.622kg/t半钢； CO2排放：减少40%
2420元/吨铁 2132.52元/吨铁
无需烧结、高炉、焦化等 工序，流程短、可实现全 钒钛磁铁矿冶炼。
钒钛磁铁矿综合利用新工艺
电炉钛渣制备高品质富钛料的新工艺
针对电炉钛渣中杂质Fe, Mg, Mn等 赋存于稳定的黑钛石固溶体中，采
混合用药
降低浮选pH，提高金属综合回 收流程
Z-200硫氨酯捕收剂的发明在1979 年使全世界增加了4万吨铜金属 1925年黄药捕收剂的发 明开创了现代浮选工业 非离子型极性 离子型捕收剂时期 捕收剂时期（1960-） （1925-1960） 油类捕收剂时期 （1860-1924）
多金属复杂矿分选的pH作用， 调整剂的作用