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有色金属工业“十二五”科技发展规划 

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技术、能量吸收用金属纤维多孔夹芯材料、高效换热系统及产业化技术、纳米孔结构金属多孔材料及应用研究等,通过上述研究与开发,揭示金属多孔材料制备技术与孔结构及孔结构与性能之间的关系,有效控制金属多孔材料孔结构,以提高材料性能;开发金属多孔材料制备新技术、新工艺;研制一批具有创新性的、自主知识产权的新一代金属多孔材料,促进国民经济的发展。

16、高矫顽力稀土永磁和高端稀土发光材料及其应用产业化

稀土永磁材料是制造混合动力汽车和风力发电驱动电机的关键材料,不仅要求高磁能积、高矫顽力,而且要求磁性能均匀性、一致性好、工作温度高(200℃)、剩磁和矫顽力温度系数低。目前该市场由日本企业垄断,在国内仅少数企业能够稳定提供高性能NdFeB永磁材料。我国是钕铁硼磁体生产大国,占世界总产量的 80%左右,但生产的钕铁硼磁体主要应用在玩具、音响、冶金机械等中低档领域,目前还未掌握动力汽车和风力发电用高矫顽力钕铁硼磁体的关键制备技术。要重点突破满足风力发电机、动力汽车电机用高性能烧结钕铁硼磁体共性关键制备技术,实现稳定批量生产高性能稀土永磁材料,解决稀土磁性材料微观组织控制与表面改性技术和提高NdFeB材料的抗氧化性、磁性能的均匀性与一致性的关键技术,并形成成套产业化制备工艺,打破技术壁垒,提升我国稀土永磁产业的国际竞争力。

稀土发光材料是信息显示、照明光源、光电器件等领域的支撑材料之一。照明方面,全球淘汰白炽灯计划迅速推广,我国也开始推行“中国逐步淘汰白炽灯、加快推广节能灯”项目,计划三年内逐步淘汰白炽灯,推广普及节能灯,对稀土发光材料的需求将迅速增长。国家已将半导体照明列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要》,白光LED在照明领域的应用也逐年增长,对LED荧光粉的需求将迅速上升。 稀土发光材料在绿色照明、节能减排方面具有不可替代的优势。采用稀土发光材料的照明器具可节约大量的能源,显著减少温室气体的排放。十二五期间,若白炽灯全部被替代,每年可节电600多亿千瓦时,减排二氧化碳6000万吨。进一步完善节能荧光灯用稀土三基色荧光粉的技术水平,采用国产荧光粉的荧光灯的显色指数≥82,光效>100lm/W;加快发展平板显示用稀土荧光粉的产业化技术,未来五年CCFL荧光粉替代进口50%以上;重点发展半导体照明用稀土荧光粉的产业化技术,采用国产荧光粉的白光LED显色指数≥80,光效>150lm/W。

17、有色生产过程自动化信息化技术

目前,我国主要大型有色金属骨干企业在过程控制级虽然采用集散控制系统实现了工艺参数的集中监视,但远没有实现有色生产过程自动化、过程控制智能化和企业管理

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信息化。由于有色生产工艺机理复杂、环境恶劣、过程干扰与耦合严重和信息多样化等特点,无法建立过程模型,常规优化技术在实践中遇到了很大困难,因此,必须对实现有色生产过程典型流程和关键设备的建模、仿真和综合优化关键技术开展深入系统的研究,以提高产品产量与质量,降低生产成本与能耗,提高劳动生产率,减少环境污染。

“十二五”期间,结合有色金属工业生产实际,重点研究有色矿山和冶金生产过程典型流程和大型核心设备的建模、仿真技术;企业生产过程全流程综合自动控制技术;企业生产过程智能优化技术;企业管理信息化技术。开发系列化软件、软件平台及相应的仿真系统和优化控制系统,力争在锌湿法冶炼、铜火法冶炼及选矿过程进行示范应用,通过示范幅射和推广,实现降低能耗,提高有色金属工业的国际竞争力。

18、有色金属工业废水中有价金属回收技术

目前,有色金属工业废水的常用处理方法有常规中和法、硫化法、生化法等。其中,常规的石灰中和法存在结垢严重、易堵塞管道及污泥密度低,输送困难、操作环境恶劣等问题。用于金属回收的物化法工艺外加药剂量较大,造成渣量大,金属品位低,回收难,又容易产生了二次污染。目前国内外研究使用膜法和电解氧化法回收技术,效果很好。电解氧化法具有耗能低、不外加药剂、设备占地面积小等特点,国内多用于有机废水、氨氮废水、电镀废水等处理。国外开发出电解氧化法回收重金属工艺,回收金属浓度高、渣量少、运行费用低,具有很好的市场潜力。膜处理技术从上世纪八十年代中期开始,由于具备适用性广、造价低、维护简单、运行成本低、建设周期短等特点,已成为水处理行业的国际发展趋势。膜分离技术在在我国医药行业、染料行业、制糖工业、汽车厂电泳漆废水处理行业等均有成功应用。由于色金属工业废水的特殊性和复杂性,膜处理技术在我国有色行业的应用相对较少。膜处理技术由于其分离效率高、无相变、节能环保,具有设备简单、操作简便等特点,特别是可回收有价金属和水资源,已经成为工业废水处理不可缺少的技术之一,并具有广阔的发展前景。

重点开展矿山酸性水、冶炼废水清洁生产节水技术研究;膜法废水有价金属回收和水资源化技术研究;电解氧化法有价金属回收和水资源化技术研究;选择型树脂吸附法回收有价金属回收和水资源化技术研究;金属矿污水不处理直接回用的系统技术及流程研究;有价金属回收技术集成及优化筛选。在重金属废水治理方面,实现回用率在90%以上。

19、冶炼烟气生产硫酸低温位热回收重大节能技术

有色冶炼烟气制酸的低温位热回收利用技术已有一定研究基础,但急需进行工程化技术开发。目前冶炼烟气制酸装置只回收占总热量42%的转化热,其余58%的热量通

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过循环冷却水系统直接排向大气,造成能源的浪费。本项目依托云南铜业股份公司制酸厂的两个生产系列,建设一套低温位热回收系统,装置规模为70万t/a(98%H2SO4)。项目总投资7200万元。项目工艺先进,节能效果显著,示范工程建成后,与原有工艺相比,年节约标煤3.3万t,减排二氧化碳7.6万t/a,为有色金属行业冶炼烟气制酸低温位热高效回收利用起到重要示范作用。

20、矿山采空塌陷区生态修复与复垦技术

矿产资源的开发利用不可避免的要破坏大量土地,并引发一系列严重的生态环境问题。矿业开采引起的地表塌陷、采空已严重影响到矿区人民生产生活安全。因此,如何有效控制矿区环境污染,修复污染土壤及生态环境,综合开发利用矿区废弃地,是关系到矿区可持续发展和保障人体健康的重大问题。我国大型露天矿地区的生态环境脆弱,加上露天开采采场、排土场和沉陷区引起的水土流失、沙化、滑坡、地下水位下降等加剧了矿区生态环境破坏。一个约100万t/a的铝土矿,采空区破坏土地一年达千亩,全国露天铝土矿开采破坏的土地可观。目前我国80%以上的历史遗留废弃地未得到恢复利用,每年有百万亩新增的废弃地得不到修复。

重点开展露天采空区回填与生态修复关键技术;地下矿采空区充填与生态修复关键技术;关闭金属矿山塌陷区综合治理与生态修复关键技术。通过关闭金属矿山塌陷区综合治理与生态修复关键技术研究,实现金属矿山塌陷区的治理、稳定与生态恢复,并使其植被长期稳定,实现无废(或减废)矿山。开展铝土矿露天采空区治理与生态修复关键技术研究,建立矿区土壤重金属污染微生物-植物联合修复技术示范,植被复垦率提高20%以上,历史遗留矿山破坏土地复垦率达到20%以上,新建矿山应做到边采矿、边复垦,破坏土地复垦率达到75%以上。

六、前沿技术

前沿技术是高技术领域中具有先导性和探索性的重大技术,代表技术前沿的发展方向,对未来行业新兴产业的形成和发展具有引领作用,有利于行业技术更新换代,实现技术的跨越。为此,安排一批前沿技术,发挥未来发展的先导作用。

1、海外有色金属矿产资源潜力快速评估与勘查基地优选

以现代成矿理论为指导,深化研究物探、化探定量分离提取技术,探索并集成一套对海外有色金属矿产资源勘查行之有效的快速评价技术方法组合,致力于对国外重要成矿区带的潜在资源区优选和资源潜力评价,实现矿产资源的有效普查。

重点研究内容如下:1)航磁数据处理及解释新技术;2)遥感矿化信息的提取与智能化识别技术;3)地、物、化信息挖掘(融和)研究;4)潜在区域的成矿预测与风险

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地质勘探评价技术;5)区域成矿潜力评估与战略区遴选。

2、地下金属矿山智能化采矿关键技术与装备

进入21世纪,现代高新技术和信息科技为世界矿业带来了前所未有的发展机遇,传统矿业正迈入一个信息化、自动化、智能化的崭新而充满活力的科技发展领域。在此情况下,智能化采矿,及其最高实现形式—无人采矿成为世界采矿业的未来发展方向和追求目标。智能化采矿采用包括宽带通信、信息化、数字化、人工智能、地理信息系统等现代高新技术和矿山自动化设备,通过对生产过程的动态实时监测和智能化的决策控制,将矿山生产维持在最佳状态和最优水平,从而大幅度提高矿山的采矿效率、降低采矿成本和安全事故风险、改善经济效益,从而有效提高矿山企业的竞争能力。

研究开发我国自主的智能采矿技术与装备,通过现代高新技术提升传统产业,推动我国矿产资源开发向“高效、安全、绿色与可持续”方向发展,增强我国矿业行业的核心竞争能力。重点研究矿山井下无线多媒体数据智能化通讯、井下人员与设备的精确定位与智能导航、井下安全与环境灾害智能监控、矿山生产智能化调度、虚拟采矿与仿真、井下关键采矿装备的智能化控制、井下通风智能化监控、智能精细化采矿爆破技术和地下矿山智能化管理等有关智能化采矿的一系列关键技术与装备。初步建立我国智能采矿的技术体系和研发平台,培养一批从事矿业行业高新技术研发与应用的高素质人才,改变我国在智能采矿以及相关高新技术应用方面的落后局面,为我国真正成为矿业强国提供技术支撑。

3、惰性电极铝电解新技术研发及产业化

自上世纪80年代以来,美国、瑞士、加拿大、挪威、新西兰、俄罗斯等国都对惰性电极的铝电解新技术进行研究,但均未实现技术的整体突破。中国也正在研究可工业化的惰性电极铝电解技术即高效绿色铝电解技术。目前,惰性电极铝电解技术的研究处于白热化竞争阶段,谁先在国际上率先突破并实现产业化,谁将成为未来世界铝工业的领跑者。

惰性电极铝电解新技术的特点是:采用惰性阳极、可湿润阴极、低温电解质体系(~800℃)、惰性内衬和新型电解槽结构。目的是对传统的电解槽结构、电极材料和电解质体系进行彻底的变革,达到大幅度节能、减排和增效的目的。惰性电极技术最关键的是惰性阳极材料、惰性阴极材料、电解工艺的选择和电解槽的设计。该技术节能、减排、增效明显。节能大于14.5% (>2000 kWh/ TAl)。无阳极效应、内衬无碳,可实现PFC、PAH和直接CO2零排放,当量CO2排放减少量>5吨(按75%煤电计)。产生增值副产品O2:~0.8吨O2/TAl。能量效率将由现行槽的<50%提高至>75%,同等产量槽的体积

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只有现行槽的1/3大小,即单位占地面积产能成倍增长,投资成本低。技术目标:原铝直流电耗11000kWh/t-Al;原铝杂质含量低于0.3%;PAH和PFC零排放,无阳极效应。

4、生物提取金属

采用生物技术处理传统选冶工艺不能经济回收的大量低品位、难处理的矿产资源,可以大幅度提高我国复杂低品位铜镍钴、铜锌硫化矿资源的开发利用率,增强国民经济可持续发展的能力,提高矿产资源的保障程度。重点研究复杂低品位硫化矿资源(铜、镍、钴、锌、金等金属矿资源)生物冶金浸矿体系微生物种群组合技术,构建高效种群配伍与高效浸矿工程菌;解决生物冶金工程条件、物理化学因素调控和微生物群落结构与功能分析相结合的难题,提出适用于我国复杂低品位铜镍钴和铜锌硫化矿产资源的生物冶金新体系设计的基本原则,形成生物浸出新技术。该技术工艺流程短、设备简单、投资低、环境友好、金属回收率高,建厂规模可大可小。主要技术指标:金属浸出率:Cu≥80%、Ni≥85%、Co≥80%、Zn≥95%,Au≥95%;金属综合回收率: Cu≥75%、Ni≥80%、Co≥75%、Zn≥90%,Au≥90%。

5、有色金属矿物中有害元素的无害化处理及资源化利用

铜精矿常伴生有毒有害元素,比如As、Pb、F、Hg、Cd等,有些还伴生放射性元素。这些元素对生产过程影响大,污染控制要求高,如果不能很好的开路,循环和富集后不但影响产品质量,还对人身安全造成威胁。长期以来,许多企业对伴生复杂元素的铜精矿望而生畏,而我国铜精矿资源的短缺又限制了企业对铜精矿来源的选择性,无论自产矿还是进口矿都不可避免的存在有害元素增高的情况。

因此开展对铜精矿中有害元素的无害化处理和资源化利用的基础工艺研究,对控制有色金属环境污染、拓宽原料适应范围、缓解资源短缺矛盾和实现废弃资源的循环利用有重大意义。除了有害元素污染的高效控制技术,更重要的是研究有害元素在生产过程中的行为特征和有效收集方法,包括分布在废水、废气、废渣中的有害元素的处理及收集,同时寻求有害元素的新用途和加工方法,取得最大的经济效益和环境效益。

6、金属复合材料及难加工金属电塑性加工技术

电塑性加工技术作为一种金属线材的新制备技术受到重视。但是,目前电塑性加工技术研发应用主要集中在纯金属和Fe,Al基合金方面,而在难加工多元合金线材、金属/金属复合线材等方面的相关工作开展很少。如航空继电器用密封件用钢铜复合线(钢包铜结构), 采用常规拉拔进行加工,钢表面硬化迅速,需要多次高温中间退火,导致Fe/Cu界面易生成脆性中间相,使其与玻璃封连接后,气密性下降,因此其成材率很低,很难在民用空调等领域获得应用。航空航天发动机用铜基低银(CuNiMnAg5.5Si)及铜

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有色金属工业“十二五”科技发展规划 

技术、能量吸收用金属纤维多孔夹芯材料、高效换热系统及产业化技术、纳米孔结构金属多孔材料及应用研究等,通过上述研究与开发,揭示金属多孔材料制备技术与孔结构及孔结构与性能之间的关系,有效控制金属多孔材料孔结构,以提高材料性能;开发金属多孔材料制备新技术、新工艺;研制一批具有创新性的、自主知识产权的新一代金属多孔材料,促进国民经济的发展。16、高矫顽力稀土永磁和高端稀土发光材料及其
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