2023中国国际矿业大会特刊 | 奋楫笃行勇担当 踔厉奋发谱新篇

　　——中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所服务国家重大战略和经济社会发展纪略

　　◎  范攀峰 张成强 彭团儿

　　中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所成立于1978年，是自然资源部中国地质调查局直属正局级科技创新与技术支撑机构，是中央公益性地质调查队伍的重要组成部分。主要承担矿产综合利用评价、技术创新和标准化建设工作，承担综合地质调查、生态地质调查与修复示范工作，开展科技成果转化与推广应用，向社会提供相关公益性服务。

　　郑州综合利用所拥有国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心、自然资源部高纯石英资源开发利用工程技术创新中心、自然资源部多金属矿评价与综合利用重点实验室、河南省黄金资源综合利用重点实验室等7个国家级和省部级科技创新平台，形成“三位一体”生态地质调查、矿物材料评价创新、矿产资源“三率”调查评价、多金属矿评价与综合利用创新、选冶装备研发、工艺矿物学和检测方法研究等6个优势明显、专业突出的技术研究团队。

　　研究所聚焦矿产资源绿色综合利用技术研发、矿产资源利用大数据调查与战略决策支撑、战略性矿产资源“三位一体”综合调查评价、矿山矿城生态保护修复与固废资源化利用、境外深地海洋矿产调查与评价等五大业务领域，建立涵盖选矿、冶金、材料、标准、生态地质、检测分析、装备研发等专业学科的管理、业务、服务8+8+1组织结构体系，围绕“公益定位、绿色利用、行业引领、创新驱动”总体发展思路，瞄准“十四五”国内一流和2035年世界一流的“两个一流”发展目标，持续加强科技创新与成果转化，取得显著成效。

　　高纯石英资源调查评价有力支撑战略性新兴产业关键资源材料安全供给

　　郑州综合利用所聚焦国家重大战略需求，开创性建立国内唯一的伟晶岩型高纯石英全链条调查评价体系，形成系列原创技术，实现从原料端到材料端的精准调查评价，有望从根本上解决制约我国芯片等高技术产业发展的原料供给“卡脖子”问题。

　　找矿战略突破：郑州综合利用所在国内首次提出花岗伟晶岩型高纯石英找矿方向，开创性建立全链条调查评价体系，国内首次发现可制备4N级以上花岗伟晶岩型高纯石英矿点26处。

　　关键技术突破：郑州综合利用所自主研发高纯石英原料识别筛选、人工智能预选、包裹体评价、粒度调控、精细分选、深度提纯、Ca杂质定向去除等系列关键技术，实现4N8级产品重大突破。“阿勒泰伟晶岩型高纯石英实现4N8级提纯技术”荣获中国地质调查局2022年度地质科技十大进展。

　　引领行业进步：郑州综合利用所研编行业标准《高纯石英用硅质原料评价工作指南》由自然资源部发布实施。成功获批自然资源部高纯石英资源综合利用工程技术创新中心。构建集基础理论研究、技术创新、标准制定、成果转化为一体的战略科技力量和综合性科技创新平台。

　　标准规范研究制定有效支撑国家矿产资源保护监督

　　郑州综合利用所研究所牵头编制124个矿种矿产资源合理开发“三率”指标要求，建立“全国矿山三率数据库”和“全国重要矿山尾矿数据库”。制定并发布矿产综合利用、绿色矿山建设、分析检测等标准30余项，其中：国家标准5项、行业标准16项、团体标准2项、地方标准7项。“三率”调查与指标制定、绿色矿山建设是找矿突破战略行动十年成果重要内容，已成为郑州综合利用所支撑服务自然资源管理中心工作的品牌。编制《高纯石英用硅质原料评价指南》行业标准引领行业发展，编制的《绿色矿山评价通则》国家标准和《矿产资源“三率”指标要求》《选矿试验技术方法》等20项行业标准有望近期发布实施。承担国家重点研发计划、地质大调查、世界银行“中国经济改革促进与能力加强项目（TCC6）”、省科技攻关等类型项目20余项。

　　关键领域新技术研发有力支撑国家重大工程建设

　　郑州综合利用所研发的航天分子筛作为空间站环控生保系统二氧化碳去除子系统关键材料随天和核心舱成功“上天”，目前在轨工作正常，性能满足任务要求，状态良好，有力保障了载人空间站飞行试验任务的顺利开展。自主研发的稀散元素铼综合回收和高效利用新技术有效缓解了我国铼资源大量进口的局面，有力支撑了我国航空发动机产业发展。研制的小粒径新型中空玻璃专用分子筛添补了国内空白，成功在北京鸟巢体育场、中央电视台新台址、首都国际机场等国家重点建筑工程项目上使用。

　　先进适用工程化技术研发有效支撑国家能源资源安全保障

　　郑州综合利用所自主研发的滑石型钼矿分选技术、盐湖中锂资源综合回收技术、速溶硫酸钾产品制备技术、榴辉岩型金红石矿综合利用技术、难选钨钼萤石矿高效综合利用技术、氧化型钼钨等复杂多金属矿利用技术、难选铝矿资源高效利用关键技术和磁场筛选机、非金属矿专用碎磨机等重大技术和装备研发成果，为我国首钢集团、宝武钢铁集团、攀钢集团、西藏矿业、国投罗钾、洛钼集团、中金集团、金钼集团等大型矿山企业提供了高效、稳定的技术支撑，为国家矿产资源节约集约利用作出了突出贡献。

　　地质调查成果支撑地方经济社会发展服务脱贫攻坚成效显著

　　郑州综合利用所编制的《黄河生态带地质工作建议》《黄河流域清洁能源和战略性矿产资源研究报告》《黄河流域矿山固体废弃物综合利用研究报告》和相关图集成果有力支撑黄河流域生态保护和高质量发展，郑州城市地质调查服务郑州市国家中心城市建设成效明显。其中，《云南省大关县石英资源产业发展规划（2020-2025年）》等多份矿产资源产业发展规划提交地方政府使用，创造经济社会效益显著。编制的赣州市钨矿、萤石矿、离子型稀土、普通建筑用砂石粘土等4项绿色矿山建设规范已发布实施。萍乡煤矿地下空间开发利用调查建立矿集区矿山生态环境评价体系，发布实施《煤矿地下空间调查技术指南》等3项地方标准，探索形成国家引导、地方支持、市场跟进、合作共享的地质调查工作新模式。

　　自建所以来，郑州综合利用所先后承担地调科研项目百余项，获得科技成果奖励71项，其中国家科技进步奖3项，部级特等奖1项、一等奖2项、二等奖8项。近五年来获得各类奖项12项，其中国土资源科技进步一等奖1项，中国地质调查局一等奖1项、二等奖3项，中国专利优秀奖2项；发表论文326篇、获得专利75项。

　　奋楫笃行勇担当，踔厉奋发谱新篇。在习近平新时代中国特色社会主义思想指引下，在自然资源部和中国地质调查局党组的坚强领导下，郑州综合利用所将立足矿产资源绿色利用新定位，为建设一流矿产资源绿色利用科技创新机构和新一轮找矿突破战略行动实施，全力推动研究所创新转型高质量可持续发展，努力为中国式现代化建设和中华民族伟大复兴作出新的更大贡献！

　　煤矸石、粉煤灰固废资源化利用技术

　　郑州综合利用所针对我国煤矸石、粉煤灰等资源综合利用效率低及众多共伴生的粘土等临界资源被丢弃等问题，以山西朔州地区煤矸石、粉煤灰等为研究对象，开展了典型煤系非金属资源耦合高值化利用技术研发。通过多年研发形成新技术5项：煤矸石、粉煤灰多组分分类选别回收利用、提质降杂关键技术；高性能建筑保温材料制备技术；新型耐火材料制备技术；高性能纤维材料制备技术；固废制备页岩气陶粒支撑剂工艺技术。开发新产品4种：建筑外墙保温材料、高性能耐火纤维、页岩气陶粒、炮泥耐火材料。相关技术进行了示范应用，建设示范线3条：年产1万吨高性能纤维、1万吨页岩气陶粒支撑剂和5万平米多孔建筑外墙保温隔热材料的工业示范生产线。

　　铝矾土尾矿固废资源化利用技术

　　郑州综合利用所科研人员以铝矾土尾矿为研究对象，系统开展了物相高温重构制备高蓄热材料技术研发，形成了一套铝矾土尾矿分类分选、高温物相重构、高温致密化与烧成变形调控，制备高蓄热蜂窝陶瓷高值化产品关键技术。依托研发的技术，建成了国内首台套万吨级高蓄热蜂窝陶瓷示范生产线，产品中副废含量比达到65%，尾矿利用率100%。形成了应用高蓄热蜂窝陶瓷材料治理VOCs废气示范工程1个。

　　磁铁矿精选技术磁场筛选机系列装备再革新

　　郑州综合利用所科研人员依据磁团聚分选原理将“团聚”与“分级”有机结合的磁铁矿精选技术磁场筛选机系列装备再次革新。磁团聚项目组自2014年底针对CSX系列设备出现的分选筛片易堵塞的问题再次进行科技攻关，先后采用超声波清洗技术、高频振动清洗工艺进行内部结构再设计。该清洗装置从设计、改造加工、验证试验、整体定型历时14个月的时间，并于2016年先后在河北建龙集团滦平矿业公司、河北远通集团滦平县伟源矿业公司、承德柏通矿业公司、滦平县兆丰矿业公司等大型矿山企业应用13台套。目前，该套CSX-Z型振动磁场筛选机已成功得到推广应用，经选厂统计较原磁筛型号设备的开机率大幅提高，且选别指标不受影响，清洗频率由原2次/月延至1次/半年，其清洗过程较原来大幅降低了工人劳动强度和工作量，大幅提升了设备的实用性和适应性。

　　近几年，承德柏通矿业有限公司订购CSX-Ⅲ（Z）型磁场筛选机3台（套），在给料品位TFe≥63.5%的条件下，可以获得精矿品位TFe66.5%以上的精矿品位，且精矿粒度由原-200目80%降至-200目73%左右；工艺流程中高频细筛筛孔也由原120目放粗至80目-100目。初步估算，采用CSX-Ⅲ（Z）型振动磁场筛选机技术设备后，在保证精矿品位TFe≥66.5%指标的前提下，较原工艺提高产能5%-6%左右，优化了选厂整体工艺，年新增产值近1000万元，发挥了磁筛工艺提产降耗增效的目的，同时也为选厂创造了可观的经济效益。

　　榴辉岩型金红石矿无尾化综合利用技术研发及工业化应用示范

　　辉岩型金红石矿是我国金红石矿的重要类型，在江苏、青海等地储量巨大。该类型矿床具有矿物组成复杂、可综合回收的矿物多、经济价值较高等特点，是一类具有较大开发利用优势的原生金红石矿，长期以来因综合利用技术未取得突破致使该类资源利用未进行规模化开发。

　　郑州综合利用所科研人员通过多年技术攻关，在选矿工艺流程、高效浮选药剂、高精度干式磁选设备等方面实现了创新突破。通过工艺矿物学研究，查明了影响金红石、石榴子石、绿辉石分选的工艺矿物学关键因素，明晰了矿石结构特征与分选工艺之间的内在联系；研发出了金红石高效捕收剂(AC-1815、SPA/TX10P )；研制了DPT型高精度干式磁选设备，该磁选机具有磁场梯度大、分选精度高、卸料方便等优点，相比同类设备，可分别提高石榴子石精矿和绿辉石精矿品位3-5个百分点。进行的扩大试验获得二氧化钛品位大于90%的金红石精矿、矿物含量大于85%的石榴石精矿和绿辉石精矿，实现了“一矿”变“多矿”。相关技术在山东日照马家村榴辉岩矿选矿厂进行了示范应用；依托该技术成果，江苏某企业已建成了处理原矿2000t/d规模的选厂。

　　该技术成功入选中国地质调查局“十三五”“三个一百”地质调查成果，获得省部级科学技术二等奖1项。发表论文14篇，其中SCI论文4篇；发明专利2项。

　　含锂铷固体资源高效利用

　　锂云母是重要的提锂原料，同时含有丰富的铷、铯资源，锂云母中铷占全国铷资源储量的55%，江西宜春锂云母中的铯储量占我国铯储量的42.5%。针对宜春锂云母、（原矿）进行锂、铯、铷化合物的提取工艺研究，制备的碳酸锂产品达到国家质量标准GB/T11075-2013的指标要求，制备的氯化铯产品纯度达98.73%，制备的氯化铷产品纯度98.06%。工艺技术充分综合利用了宜春云母资源，提高了锂云母总体收益。同时针对国内硫酸盐焙烧法处理锂云母后产生大量锂渣的问题，提出了新的锂渣消纳方法，经处理后可以有效降低渣中的锂、铷、铯、钾、钠的含量，不仅可回收锂渣中的有价元素，处理后的渣可以还用作混凝土掺合料，环境效益显著。

　　针对河北某铷矿采用化学选矿工艺开展了高效分离提取技术研究，依据矿物组成和赋存状态，通过矿相重构溶出铷、化学沉淀分离杂质钙、分馏萃取分离纯化铷，最终提取了纯度＞99%、回收率约71%的硫酸铷产品，同时也回收了氯化钾产品。采用物理选矿手段开展钽铌和铁锂云母的分离回收工作，通过“磨矿-弱磁选-强磁选-摇床重选”工艺选别钽铌，获得产率0.14%，含Ta2O5 1.165%、Nb2O55.04%，回收率分别为37.85%、37.64%的钽铌精矿。通过“一粗一精一扫”的浮选工艺得到产率为2.38%、Li2O含量1.84%、锂回收率50.66%的铁锂云母精矿。

　　分子筛产品加工取得新突破

　　针对新型分子筛产品研发，通过多年技术攻关，郑州综合利用所目前建立了全自动造粒机-带式干燥机-真空焙烧窑等成套生产与评价设备，可开展分子筛制备小试实验与中试产品放大生产，拥有成熟的变压吸附制氢5A分子筛、锂低硅变压吸附制氧分子筛、高性能脱除低浓度二氧化碳分子筛等无粘结剂沸石分子筛生产制备技术，研制产品具有高吸附容量、高强度、低磨耗等优异性能。

　　2011年开发的第一代航天5A分子筛作为空间站环控生保系统关键材料，在2021年4月随天和核心舱发射升空，目前在轨稳定运行，为3名航天员在空间站生活提供了安全保障。目前在研的新一代航天分子筛，已获国家重点研发计划项目与中国航天员科研训练中心人因工程国防科技重点实验室科研基金支持，未来可为6名航天员长期驻留空间站创造更加舒适的生活环境。同时研发出了氮气、甲烷、二氧化碳等气体分离用碳分子筛，为煤层气、天然气、沼气吸附分离提供了技术保障。相关技术成果已获申报专利7项，目前获授权5项。

　　废旧线路板综合回收利用关键技术

　　电子固体废弃物含有较多有价组分，具有较大回收价值。郑州综合利用所科研人员针对废弃线路板中金、铜等有价组分回收开展深入研究。通过低温预处理-拆解，实现线路板主基板与电子元器件的精准高效分离，在此基础上利用酸液溶解金、铜，结合研究所自研功能性离子液体做萃取剂，可高效选择性地将溶液中金、铜等有价金属组分萃取出来，再通过反萃、沉淀、煅烧，获得粗金属产品。同时，线路板中非金属粉末经过球磨活化，加入添加剂，可制备复合材料，全流程基本实现无废物废液产出，提高了电子固废综合利用水平，具有较好的推广应用前景。

　　基于非金属矿物材料性能的地下水污染防治新技术

　　地下水有机/无机复合污染纳米修复研究

　　郑州综合利用所运用纳米合成技术和现代科学表征手段，以二氧化钙作为内核材料，成功制备了具有 pH响应性的新型纳米修复材料并将其应用于地下水治理中，有机污染和重金属去除率分别可达 93%、99%以上，实现了重金属和有机物复合污染的高效同步修复，为地下水有机/无机复合污染修复提供了新思路（该成果发表在中科院1区Sep. Purif. Technol.上）。

　　地下水污染的类芬顿修复技术研究

　　将CaO₂作为H₂O₂的固体源，构建成了一种新型的类芬顿催化降解体系，系统地研究了该体系对地下水中PNP的修复效果、机理，以及地下环境因子对修复效果的影响，揭示了CaO₂／Fe（II）体系具有修复地下水中PNP污染的良好潜力，为地下水持久性有机污染修复提供了新的思路。（该成果发表在中科院2区J. Environ. Chem. Eng.上）

　　气化渣综合利用技术

　　郑州综合利用所针对煤化工水煤浆气化工艺气化炉渣，系统研究鄂尔多斯、榆林、宁东、准东等四大煤化工基地30余家企业气化渣样品，面对含碳高、含水高、灰渣反应活性低难利用等技术难题，研发有用组分分离提纯及材料化利用关键技术，完成试验室小试-1.5万吨/年半工业试验-30万吨/年工程示范，形成气化渣固废——碳渣分离——多孔材料制备——玻璃微珠回收——砂源替代等多元化综合利用方案。项目技术特点一是以碳渣分选为核心的规模化利用方案，分别获得回收率>80%、干基烧失量>75%的碳粉产品和符合国标的机制砂产品，可直接销售，新增经济效益显著；二是节约气化渣固废运输及处置成本；三是固废减量化45%-70%，可延长企业渣场服务年，有效解决渣场紧缺、环境污染等企业急难愁盼的问题。该技术成熟可靠、运行成本低，能复制可推广，示范引领行业进步和产业升级。