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到生产一线 食人间烟火 |
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——记攀西钛精矿制备高品质富钛料技术及装备产业化之路 |
攀钢建立的万吨级中试工程。
对于技术研发来说，最大的困难往往不是解决技术难题，而是很少有企业愿意投钱做中试。但是，仅通过实验室研究，无法形成成熟的关键技术和成套技术。
■本报记者 周熙檀
今年1月，攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司中试线建设指挥部和冶金工业工程质量监督总站攀钢监督站两个“大红章”，使得“高品质富钛料氧化还原工艺设备开发与研制”工程尘埃落定。
这项开始于2009年的工程，在近3年的时间里完成了设计、设备制作、安装、调制、试运行及运行，中试运行获得了成功。虽然调试时间超过了预期，但结果令人满意，验收得到了90分。
作为工程的负责人，中科院过程工程研究所（以下简称“过程所”）所长助理、多相复杂系统国家重点实验室常务副主任朱庆山研究员在接受《中国科学报》记者采访时，一再强调非常珍惜和攀钢的合作，“一个企业花10年时间支持研发，现在开始进行中试，这是非常不容易的。对于技术研发而言，最大的困难不是解决技术难题，而是很少有企业愿意投资做中试。但是，仅依靠实验室研究，无法形成成熟的关键技术和成套技术。”
“花瓶里的花”
钒钛磁铁矿是我国的重要优势战略资源，中国的储量占全世界的40%以上，其中90%以上都在攀枝花—西昌地区（攀西地区）。这里蕴藏着全国63%的钒、91%的钛、63%的钴、27%的镍、55%的镓等。毛泽东曾说过：“攀枝花不搞起来，我就睡不着觉。”这个让毛泽东“睡不着觉”的地方，得到了几代领导人的关注。
温家宝总理说：“钒钛磁铁矿像花瓶里的花，好看但不容易拿出来。”由于矿石品位低、多元素紧密共伴生，各种金属分离提取较为困难，目前除了铁和钒得到了较好的利用外，大部分其他金属都没有很好地利用，攀枝花钒钛磁铁矿钛资源高效综合利用问题已经纠结了几十年。
过去攀枝花钒钛磁铁矿以利用铁为主，国内很多专家认为，钒钛磁铁矿应该以利用钛为主。但是要完成这个转变，还有很多关键科学和技术问题需要突破。
近年来我国钛白粉生产能力迅猛扩张，也在大力发展大型氯化钛白技术，然而氯化钛白对原料要求很高，攀西地区的钛资源虽占世界约36%，但因品位低、钙镁含量高，无法用于氯化钛白工艺。因此，从低品位钛精矿制备高品质富钛料是攀西钛资源高效利用亟待突破的关键技术之一。朱庆山说：“虽然通过直接盐酸浸出可以去除攀西钛精矿中的氧化钙、氧化镁等杂质，但是还存在着一个突出的问题，即得到的富钛料产品粉化非常严重，这样的富钛料产品无法为氯化工艺所用。”
国外已发展了几种成熟的从钛精矿制备可用于氯化钛白的高品质富钛料技术，但也都无法处理攀西钛精矿。比如，钛精矿经过电炉熔炼可生产高品位的钛渣，若采用澳大利亚高品位钛精矿，钛渣中二氧化钛（TiO2）能够达到92.0%，氧化镁+氧化钙（MgO+CaO）含量0.4%；但若采用攀西钛精矿，却只能得到TiO2含量77%左右、MgO+CaO含量超过11%的钛渣，无法满足氯化工艺的要求。
“我们的目标就是要开发一种技术，在去除钙镁杂质同时保持产品粒度基本不变，使攀西地区钒钛磁铁矿从一个品位低的、难以用于先进氯化工艺的原料，变成高品位、可用于氯化钛白的原料。”朱庆山说，“我希望通过我们的技术，使我国氯化钛白原料不再受制于人，同时将攀西钛的资源优势转变为经济优势。”而这一天，指日可待。
十载合作路
随着国内氯化钛白产业的发展，对高品质富钛料的需求大增，导致供应短缺，价格大涨，富钛料从去年初的每吨3000多元涨至1万多元，甚至一度高达1.3万元/吨。
早在2003年，攀钢就不甘原料和技术受制于人，希望通过技术研究获得生产氯化钛白原料的能力。由于过程所流化床技术在国际上处领先地位，双方就攀西钛精矿制备高品质富钛料工艺技术及装备研究达成合作。
双方合作致力于针对由攀西钛精矿除钙镁制备高品质富钛料这一重大技术瓶颈进行联合攻关。以期实现由品位47%左右的攀西钛精矿制备TiO2品位超过90%、MgO+CaO含量小于1.5%的人造金红石。
“钛精矿结构比较致密，直接盐酸浸出不仅速度慢，而且产品粉化率高。我们的技术核心是，通过高温、高效的流态化焙烧在钛精矿中形成三维网络结构的金红石相，浸出过程该三维网络结构得以保持，在避免了粉化的同时，还可大幅提高浸出速度。”朱庆山说。
就是这样一个过程，过程所与攀钢从2003年便开始合作，迄今为止，9年的时间过去了，合作走到了万吨级中试阶段。“系统运行和经济性都没问题，下一步攀钢将建立20万吨产业化示范工程，建完并调顺估计至少还需要5年的时间。”朱庆山说。
比起攀西地区钒钛磁铁矿综合利用的大文章，这一成绩只占其中很小的一部分。然而，甘苦自知。
为了这个项目，攀钢投入了超过1000万元的研发经费，加之在中试工艺、设备方面，以及后期调试等环节的投入，总投入将超过1亿元。然而，这距离项目实现产业化、看见收益，还有很长的路要走。但攀钢硬是十几年持续投入，不折不扣地坚持下来。
“在现行科研评价体系下，如我们这样进行此类项目研发的人员，首先要耐得住寂寞。像我们干了近10年，没有多少成果。”说这番话时，朱庆山面带淡然的微笑。从2002年回国后，他就在工程化研究和实践领域中进行探索。
朱庆山认为，现在化学工程包括冶金，本身反应原理比较清晰简单，关键在于如何工程实现。“仅仅设计一个流程、画一张图纸相对是容易的，但真正做出来能够满足生产的工艺及设备却是很不容易的。”他说。
过程所是以总包的方式为攀钢做中试，包括设备的设计、制作、安装、调制、改进等。在这一实现过程中，过程所学到了很多知识。“实际上，做工程要求科研技术人员具备综合能力。我认为，做工程和写论文的难度不在一个数量级上。”朱庆山说。
为了中试，朱庆山在攀钢一待就是两三个月，团队中的几名主要人员在调试期间每年至少在攀枝花待9个月的时间，大家轮流倒班，坚守在生产第一线。住旅馆太贵，大家就在当地租房子，后来还在攀钢建立了“院士专家工作站”。
在合作过程中，研究思路和企业思路难免有分歧，双方也须解决没在设计考虑范围内的新问题，原本设想半年可完成的中试，一做就是两年多。但是，在这一磨合过程中，合作双方彼此信赖，“只要朱老师说能干，我们就干”。攀钢方面的话语里满是十年合作路的信任积淀。
多年合作，攀钢一直在投入，过程所也没赚到钱，“当你画一个图，没有将它变为现实时，很多东西会漏掉，因此我们基本亏本在做这个项目”。
但是，这不只是一个项目，对于朱庆山和他的团队而言，工程能力得到了整体提升。由此，过程所聚集资源、树立口碑，不断有新的合作者找上门来。
一辈子做成一项技术
“一种钛铁精矿流态化氧化焙烧—流态化还原焙烧系统”，这项专利申请日期是2011年9月，这已经是过程所和攀钢合作的8年之后。
“专利只是一个流程。工程原理很简单，高中化学就学过，二价铁变成三价铁，三价铁变成二价铁。但是要把流程变成现实，并不是那么容易的。”朱庆山认为，比起为了评职称而申请专利，在实际应用中产生的专利更具有价值。
小试完成后就可以进行鉴定，设计流程也可做鉴定，比起那些有很多鉴定成果的团队，朱庆山的团队至今尚没有一项鉴定成果，他的研发思路似乎与主流价值观背道而驰。
“中国科技成果每年那么多，真正能够实施并产生效果的却并不多。”朱庆山表示，“一个人一辈子能把一个技术做成，就很不容易。”和攀钢的合作，将在几年之后成为朱庆山做成的一件事。
在记者联系过程所要求采访典型产业化案例之时，相关人员毫不犹豫地推荐了朱庆山与攀钢集团合作的案例，理由是“虽然目前还没有产生收益，但是极具代表性”。在采访完朱庆山之后，记者明白了这句言简意赅的推荐语。
尽管我国浮躁的科研氛围备受诟病，但是，朱庆山认为还是有一些科研人员愿意踏踏实实地做成一项技术。而他们的要求其实不高，只是希望有远见卓识的企业能够为研发提供更多的机会和时间。
“一项技术的产业化不仅需要突破关键的科学问题，更需要突破关键技术问题，而我认为我们最缺的还是工程实践。”朱庆山说。在过去的六七年时间里，朱庆山和他的团队在和攀钢，以及更早之前和云南曲靖越钢集团公司就难选铁矿合作（此项目受金融危机影响暂时搁置）的同时，一直在做矿物焙烧技术的工程化通用平台。通过这个平台技术，可以处理钒钛磁铁矿、难选铁矿、锰矿、一水硬铝石矿等不同类型的矿石。
针对平台技术的产业化，目前过程所已经与一家民营企业——九台集团签订了合作协议，由九台集团投资进行产业化实施。不久后，一个新的企业将成立，促进矿物处理技术工程化通用平台的推广和应用落地。
《中国科学报》 (2012-06-16 B3 转化)
