• 中國非金屬礦工業協會

    中國建筑材料聯合會      中國非金屬礦工業協會

     

    一.非金屬礦行業國內外技術裝備發展現狀及趨勢

       非金屬礦工業作為中國經濟和建材工業的重要組成部分,擔當著國民經濟和社會發展的重要使命。近十年來,我國非金屬礦產業得到較快發展。產量穩定增長,產品類別增多,應用領域不斷拓展;產業區域集群加快,產業集約化結構有所優化;新技術新裝備創新加快,行業技術水平不斷提升;綠色礦山建設初見成效,生態環境開始改善;安全環保措施嚴格實施,資源集約化水平有所提高;行業管理不斷加強,引導企業高質量發展;國家支持新材料產業,礦物功能材料成為發展重點。

        我國非金屬礦行業技術裝備研發取得了一系列成果。研究開發出一批非金屬礦新工藝、新技術、新設備、新儀器,主要有無尾礦深加工技術、石墨短流程浮選工藝、干法選擇性粉碎及提純技術、石墨低溫煅燒純化技術及裝備,大尺寸超導磁選技術與裝備、光電色選機、超細粉體磨分設備等200多項;農藥載體新材料、光伏玻璃高純石英材料、天然石墨烯材料、硅藻土環保涂料、電子級球狀硅微粉材料、石墨儲能材料、凹凸棒、膨潤土、海泡石工業廢水廢氣凈化材料等一批非金屬礦深加工產品和新材料500多種。新技術新裝備、新產品新材料的創新研發和推廣應用,縮小了我國非金屬礦產業與國際先進水平的差距,較好的推動了我國非金屬礦產業的升級換代和礦物功能材料新興產業發展。

        但是,我國非金屬礦產業發展總體還呈粗放型,環境污染較嚴重、資源利用率偏低、先進釆選技術有待突破;低端原輔材料產品產能過剩、礦物功能材料開發應用遲緩、礦物功能材料產業全面發展與重點突破目標不明確;行業科技創新總體實力不強、領軍人才、創新平臺少,創新要素不完善、目標碎片化、研發層次不清晰;以企業為主體的技術創新能力和條件薄弱,技術創新動能不足;產業缺乏重大原創性成果,難以引領帶動產業爆發式增長;行業檢測與標準化工作有待加強、行業團體標準體系尚未建立等一系列問題。

        國外非金屬礦行業的技術研發和應用,主要在跨國企業和集團的主導下以應用市場需求為牽引,以“先進開釆加工技術、生產過程智能化控制、產品系列化高值化”全產業鏈技術研發為目標,強化“機理基礎研究、產業技術研究和應用研究”一體化研究,高度重視標準制定、專利保護。密切關注非金屬礦及材料在未來經濟社會發展中的應用,瞄準今后10-20年非金屬礦物功能材料新的應用領域及產品和技術裝備的開發研究,形成了“生產一批、研發一批、探索一批”的技術研發格局,持續鞏固和強化其在非金屬礦領域的技術及產品的壟斷地位。

        國內外非金屬礦行業的技術裝備創新研發的總體趨勢和要求是明確的,目標是提高資源高效利用率,優化開采加工的工藝技術流程,提升生產過程智能化水平,重視礦物結構等基礎研究和新產品新材料應用及評價研究,持續開發新產品新用途,研發規?;?、數字化、智能化、專用化的成套技術與裝備,以及安全、環保、質量的標準化,促進產業綠色發展。

    二. 新一代技術裝備創新研發攻關的目的和作用

        我國經濟發展正在進入高質量發展的戰略機遇期,高技術和新材料是21世紀技術和產業革命的重大標志。“生物醫藥、環境治理、電子信息、綠色建材、新能源”等高新技術及其產業發展與非金屬礦及其功能材料發展密切相關,支撐著國家重大戰略和關健需求。實施“創新提升,超越引領”戰略,開展新一代技術裝備創新研發攻關,攻克制約礦物功能材料產業發展的技術裝備的關鍵瓶頸,是加快從原料工業向材料工業的轉型步伐,引領和推動非金屬礦產業高質量發展,實現從追趕到超越目標,使我國成為世界一流非金屬礦強國的關鍵舉措。

    (一)實現非金屬礦產業綠色發展

        礦業開發綠色發展是實現黨中央提出的打好“污染防治”三大攻堅戰的關鍵舉措,是當前我國非金屬礦業發展的重大要求和任務。通過新一代技術裝備創新攻關,研發綠色礦山及綠色工廠建設的數字化智能化;基于大數據的礦物分類分級開采及應用;短流程選礦節能環保加工;難提純礦物高純度鍛燒純化;尾礦全組份復配高效利用;開采加工工藝技術流程優化等一系列關鍵技術,大大提升資源的開采率、高效和綜合利用率,提高產業智能化水平,實現我國非礦產業綠色發展,有效保障我國戰略與優勢非金屬礦資源的安全。

    (二)支撐國家戰略和市場的重大需求

        加快開發“牲畜飼料替抗材料”、“農田土壤改良、難墾土地治理材料”、“輻射燒傷無痕修復材料”、“快速凝血止血產品”、“黏土礦物靶向藥物載體材料”、“綠色建材功能化礦物填料”、“大規模集成電路用高純球狀硅微粉新材料”等新產品新材料,大力發展戰略性新興產業、高新技術產業配套的礦物功能材料,支撐國家戰略和市場的重大需求,徹底扭轉部分關鍵技術與材料國外公司卡脖子的局面。

    (三)引領和推進行業技術裝備創新工作

        圍繞“重點礦種、重點領域、重點技術、重點產品”,加強頂層設計,重視礦物結構等基礎理論研究和新材料應用及評價研究,發明重大原創性成果,研發規?;?、數字化、智能化、專用化的成套技術與裝備,創新“基礎研究、產業技術研究和應用技術研究”的責任和利益共享機制,以《非金屬礦產業技術發展路線圖》為指引,分步實施非礦技術裝備創新的近中遠期任務和目標,引領和推進行業技術創新工作的連續性、針對性、有效性。

    (四)支撐產業轉型升級、實現超越引領發展的關鍵舉措

        新一代技術裝備創新研發攻關以關系國計民生的重大領域和領先技術裝備為突破口,支撐石墨、螢石、石英、黏土礦等優勢重點礦種產業升級,培育壯大一批大型骨干企業集團,發揮“超越引領”示范帶頭作用,開創非金屬礦行業走出一條中國特色的“引領發展、創新發展、綠色發展、持續發展”新路子。

    三.新一代技術裝備創新攻關目標和任務

    (一)總體目標

        通過新一代非金屬礦行業技術裝備創新研發攻關行動,充分發揮“國家非金屬礦物功能材料產業聯盟”的組織和紐帶作用,在已有國家、省市及企業技術研究中心的基礎上,聯合行業內外骨干企業搭建具有“產學研用”創新特色的平臺和隊伍,針對新一代技術裝備創新攻關目標和任務,在“石墨、螢石、黏土礦物、石英、硅灰石、滑石”等我國優勢重點礦種和“農村農業、環境治理、綠色建材、新能源、生物醫藥”領域開展技術裝備材料創新,實施重點突破攻關行動,力爭用3年左右的時間,攻克一批共性關鍵工藝技術、創造一批關鍵裝備儀器、開發一批重要礦物功能材料產品,培育壯大一批企業集團,實現我國的非金屬礦產業趕超國際先進水平的目標。

    (二)主要任務

        非金屬礦行業新一代技術裝備創新攻關要堅持“市場需求牽引、重點突破導向、把握共性關鍵、重構研發平臺、完善創新機制”的原則。攻關項目選擇具有跨越性的共性關鍵技術,實現趕超國際先進水平;具有較好的前期工作基礎,實施期內達到預期的目標;具有較好的市場應用前景,支撐國家重大需求,具有顯示度和導向性,推動和引導行業技術裝備創新。通過第一批技術裝備、新材料創新研發項目(由協會組織中國科學院蘭州化學物理研究所、國家非金屬礦深加工工程技術研究中心、武漢理工大學、丹東百特儀器有限公司、中南大學、湖南湘潭海泡石科技公司、合肥學院等單位提出),重點突破“數字化開釆技術、智加化加工技術裝備、典型礦物功能材料”,解決“優勢資源高效開釆與分級利用、特殊結構礦物加工與制備、生產全過程在線監測與智能控制、典型醫藥環保材料制備及應用機理”的產業全鏈條工藝技術裝備儀器等重點卡脖子難題,實現行業關鍵技術裝備重大突破,為中國非金屬礦產業邁進世界一流提供支持。

    (三)新一代(2020-2023)非礦行業技術裝備創新研發的重點項目和內容

    1.新一代數字化開采工藝技術

    1-1基于地勘大數據的黏土類礦物分類精細開采技術與應用研究

        黏土類礦物開釆加工在我國非金屬礦采選業中占比最高。目前我國各類型黏土類礦種的開發利用,缺乏各類產品對原料差異的要求,缺少“分質勘探、分類開采、分級利用、高效開發”的先進技術,形成“亂釆、亂挖、亂用”的資源開發局面,造成我國黏土類優質礦產資源的極大浪費。國際上黏土類礦物擁有國則已開發出了“環境治理、生物醫藥”等2000余種產品并廣泛用途,使黏土礦物的應用領域涉及工農業生產和人類活動的各個領域。

       本項目圍繞黏土類礦物“分類開采、分級利用”的核心目標——

      (1)研究黏土類多源異構地勘數據庫的構建方法;

      (2)分析不同產品(市場)需求下的黏土類礦物露天精細化開采工藝;

      (3)評估已開采資源、備采資源價值的動態變化規律;

      (4)探究基于地勘大數據以及開采現狀條件下黏土類礦物的找礦方向;

      (5)針對不同用途及品質黏土類礦物的賦存特點、開采條件,開展黏土礦物虛擬開采、高效開發仿真實驗;

      (6)形成黏土類礦物“分質勘探、分類開采、分級利用”的標準與規范。

        項目對提升我國黏土類礦物的資源開發和綜合利用水平,保障我國資源供給安全具有重要經濟、環境和社會效益。項目成果達到國際先進水平。

    主要技術指標:

    ①回采率提升10%,貧化率降低10%;

    ②編制《黏土類礦物分類開采、分級利用指南》;

    ③建立2-3個黏土類礦物分類開采、分級利用示范點。

    2.新一代智能化加工技術裝備

    2-1高純石墨高溫連續提純爐研發

        高純石墨是指碳含量大于99.99%的石墨,需利用天然石墨深加工而成,具有電阻系數小、導電性能好、機械強度高、抗熱震性能好、耐高溫等優點和特性,不僅可以制備新能源汽車電極材料、鋰電池負極材料、高性能密封材料、耐磨潤滑材料、航空航天特種材料、核電材料等,也是制備石墨烯的重要原料。日本、美國等發達國家掌控著這一先進技術裝備。

        本項目要解決高純石墨傳統酸堿法、氫氟酸法等工藝方法污染大、質量差、純度低的難題,研究在隔氧條件將石墨原料加熱到2800-3000℃,利用石墨耐高溫(熔點3625℃),使雜質元素(硅、鋁、鎂、鐵)氣化,通入工業氣體將雜質氣體帶出,從而起到石墨純化度>99.99以上。項目將填補我國超高溫石墨連續提純技術和裝備的空白,打破了西方國家對我國禁控。項目成果具有國際先進水平。

    主要技術指標:

    ①最高設計溫度2600℃;

    ②產品固定碳含量≥99.99%;

    ③產品產量1kg/h;

    ④噸品的電耗量6500-7000kW·h。

    2-2超細粉體智能化成套生產技術與裝備研發

        我國是非金屬礦物粉體生產大國,產量居世界前列。本項目以《中國制造2025》的“智能制造工程、綠色制造工程和高端裝備創新工程”為宗旨,以國家重點支持的高新技術領域的“節能與環保用新型無機非金屬材料制造技術”和“清潔生產、綠色制造關鍵技術”為核心,開展非金屬礦物材料高值化制備及其智能控制生產線工程技術研發,解決礦物功能粉體材料產業在發展中缺乏系統性智能制造技術帶來的發展瓶頸。

        本項目實現我國非金屬礦物材料高值化制備過程與智能控制等關鍵技術的系統集成創新,建立從原料到產品的全鏈條智能生產工廠。實現非金屬礦物“從原材料-粗加工-深加工-材料加工”的整個生產過程的蛻變,突破被國際巨頭企業壟斷的多功能性復合粉體材料如人造石、透氣膜、母料行業等高端制造業應用的技術瓶頸,邁出國內非金屬礦物粉體產業進軍國際高端應用領域的步伐,為國內功能性復合粉體材料智能制造提供技術支撐。

        項目以通過原故高值化精細分析技術、加工過程的在線檢測與控制技術、包裝儲存過程的智能控制技術,和生產(車間)系統智能控制集成技術,實現超細粉體加工的智能制造、綠色制造和高品質制造。項目成果填補國內空白,具有國際先進水平。

    主要技術指標:

    ①原礦智能處理:除雜率達到≥95%,處理后的礦料總色差在≤0.5,固廢利用率98%以上,固廢排放(道路填埋)占石總量的0.1%以下,水分在2%以下(國際先進水平)。

    ②高值化碳酸鈣產品智能制備:產品細度:適應d97=5-23μm產品的生產,粒度分布窄;產量:d97=10μm產品,≥7.2t/h;d97=23μm產品,≥12t/h;噸產品電耗:d97=10μm產品,≤126kWh/t;d97=23μm產品,≤56kWh/t;產品細度指標d100、d97、d50值波動控制在5-10%,2μm含量值波動控制在≤5%。

    ③成品智能(在線)檢測、包裝與儲運完成產品智能化在線檢測系統,d100、d97值誤差控制在≤0.1%,智能化包裝系統3套以上,智能碼垛系統。包裝效率提高80%以上,碼垛效率提高一倍以上。

    ④完成系統智能控制集成及其產業化應用:生產效率提高25%以上;運營成本降低20以上%;產品研制周期縮短30%以上;產品不良品率降低25%以上;能源利用率提高15%。

    2-3物聯網在線激光粒度粒形,監測與控制系統項目

        我國是世界粉體材料的生產大國,但不是粉體材料生產強國。要由大變強,粉體生產過程在線粒度監測與控制技術是一項關鍵技術。同時,中國粉體材料生產也是耗能大戶,要實現持續的節能降耗,在線粒度監測與控制技術將起到關鍵作用。這項技術與儀器長期以來被西方發達國家壟斷。

        本項目包括“動態光散射納米在線粒度監測與控制系統”“干粉粒度在線激光監測與控制系統”“漿料粒度在線激光監測與控制系統”和“粗顆粒材料粒度粒形在線監測與控制系統”等四個子項目。應用范圍涵蓋納米、微米和毫米粉體(顆粒)材料領域;應用領域包括納米制備、干法粉碎、濕法研磨、造粒和機械制砂等領域;應用行業包括滑石、碳酸鈣、高嶺土等各類非金屬礦粉體加工,還可應用在高純二氧化硅、水泥、陶瓷、電池材料、塗料、鋁粉、碳素、氧化鋁、制藥、農藥、磨料、造粒、機制砂等行業。項目研制成功后,將實現上述行業粉體材料的粒度粒形監測在線化、監測與控制一體化、實時化、網絡化和無人值守化,使中國在線粒度粒形監測與控制水平達到國際先進水平,同時助力中國粉體材料產業提質增效,節能降耗,綠色環保。

    主要技術指標:

    ①主要測試項目:粒度、粒形;

    ②適應范圍:10納米-10毫米間的所有粉體材料;

    ③粒形項目:長徑比、圓形度、粗糙度、凸起度、積實度等;

    ④連續運行時間(兩次維護的時間間隔):≥180天;

    ⑤重現性誤差:≤3%;

    ⑥準確性誤差:≤3%;

    ⑦單次測試時間:<30秒;

    ⑧單次試樣量:<500克;

    ⑨相應速度:<0.1秒;采樣速度:≥10K/秒;

    ⑩系統測控響應時間:≤100ms;單機測試點:≤4個。

    2-4非金屬礦物微波解離納米化技術裝備研究

        非金屬礦物大多都有著特殊的“層狀、管狀、片狀、卡屋狀態、纖維狀”等結構。其特殊的礦物結構,必須經過特殊解離加工,保護其礦物結構,最終才能制備出石墨烯一類的新型功能性材料。新型非金屬礦物解離納米化技術裝備是在分析傳統解離方式(對輥磨、攪拌磨、碾磨)等解離納米礦物生產工藝的基礎上,深入認識礦物納米單元聚集體解離和剝片機理的基礎上,研究開發運用微波活化消解技術設備和智能控制礦物納米化技術和設備,實現礦物純度高、解離分散好,納米材料保持了礦物的特殊形貌,能夠將礦物精準高效可控地解離成一維、二維或三維納米材料,滿足不同材料制備的要求。該裝備是一套全自動、全封閉的智能化裝備。項目技術裝備將對我國礦物功能材料產業的發展提供關鍵支撐。成果達到國際領先水平。

    主要技術指標:

    ①微波氧化和膨脹設備。設計頻率為2450 MHz,設計輸入功率40 -80 KVA范圍內可調控;設計溫度范圍:室溫-800℃。

    ②解離和剝離設備。超聲輔助解離設備單探頭功率為1000-2000 W可調,頻率為10-20 KHz范圍內可調,壓力輔助膨脹解離設備的設計壓力為10-100 MPa范圍內可調。

    ③產能和能耗指標。產能500公斤/小時,噸產品電耗60-100 KWh。

    ④產品的性能指標。黏土礦物(凹凸棒石、海泡石、埃洛石等)的解離效率達90%以上,產品達到納米級分散,用于工程塑料和功能塗層時,使塑料或塗層關鍵技術指標提高10%~20%。

    3.高性能典型礦物功能材料

        圍繞“農村農業、環境治理”等領域,加強礦物功能材料基礎研究和應用研究,開發系列化高值化新材料新產品。

    3-1凹凸棒替(代)抗(生素)產品研發及產業化應用

        我國作為世界第一飼料生產大國,飼料年產量在2億噸以上,按飼料抗生素替代品添加量為1.5kg/T計算,全國飼料抗生素替代品的市場容量非常廣闊。

        項目以我國特色資源凹凸棒石高值化利用為背景,以解決凹凸棒石在飼料無抗養殖中應用關鍵前瞻性技術為目標,項目實施后在凹凸棒石高端產品的研發和產業化起到引領和示范作用。項目產品不僅滿足我國動物安全養殖對替抗產品的迫切需求,解決我國動物養殖產業因抗生素過度使用引發的關乎民生的重大食品安全。

        本項目采用凹凸棒特殊的納米礦晶和孔道結構設計新型凹凸棒雜化抗菌劑。通過凹凸棒表面改性、電荷調控、抗菌因子組裝,表面交聯等工藝制備而成,制備具有高效定向抑制體內病原菌,促進動物生長等功能的新型抗生素替代品。凹凸棒替抗產品研發有望為2020年底為我國“全面禁抗”提供技術支撐。成果達到國際先進水平。

    主要技術指標:

    ①獲得具有自主知識產權的凹凸棒石替抗產品關鍵技術;

    ②凹凸棒石替抗產品對革蘭氏陰性菌(大腸埃希菌)和革蘭氏陽性菌(金黃色葡萄球菌)的最小抑菌濃度≤200μg/mL;

    ③凹凸棒石替抗產品理化性能及安全性能達到飼料行業使用標準;

    ④凹凸棒石替抗產品生產線建設,實現5000噸/年規?;a,產品合格率高于98%,實現批次穩定生產。

    3-2重金屬污染土壤修復用海泡石基穩定劑制備技術

        我國土壤污染嚴重,全國受重金屬污染的土地達2000萬公頃,其中嚴重污染的土地達70萬公頃。2016年5月,國務院發布《土壤污染防治行動計劃》。目前,我國已開始規范、有序開展全國性受污染地塊的治理與修復,開啟了一批重金屬污染綜合防治項目。

        目前市場越來越需要大量天然無毒害的非金屬礦物材料治理重金屬等污染土壤。研發應用海泡石制備土壤重金屬修復劑,對污染土壤治理和保障食品安全建設具有重要意義和作用。海泡石基土壤重金屬修復劑無毒無害,操作簡單,效果好,不易破壞生態環境,能增強土壤自凈能力,應用前景廣闊,將為我國環境保護產業發展提供技術與產品重要支撐。

        本項目研發的砷、鎘、鉛污染土壤(化工廠、冶煉廠等搬遷舊址)修復用海泡石基穩定劑,實現穩定化率在99%以上(2%投加比),浸出濃度滿足國家環保要求,解決工業污染場地(化工、冶煉)土壤重金屬污染治理難題。項目成果達到國際先進水平。

    主要技術指標:

    ①對砷、鎘、鉛等重金屬穩定化率為99%左右(2%投加比);

    ②建設年產1萬噸的海泡石重金屬穩定劑中試生產線。

    3-3硬石膏高溫活化復配生產降鎘土壤調理劑工藝與應用

        本項目研究以改良土壤理化特性,降低農作物中鎘等重金屬含量為目的,提升土壤PH值,鈍化土壤重金屬離子活性,阻隔其生物有效性,改善土壤營養結構為突破口,實現既治理污染,又改善土壤品質。項目成果填補國內空白,達到國際先進水平。

    主要技術指標:

    ①土壤有效態鎘含量降低20%以上;

    ②有效鈣(CaO)含量≥32%;

    ③有效硅(SiO2) 含量≥5%;

    ④pH 值10.5~12.5。

    3-4、黏土礦物靶向藥物載體制備關鍵技術及應用

        目前我國醫用材料市場銷售額復合增速接近30%,已進入醫用材料研發應用的重要機遇期,未來15年我國將成長為世界生物醫用材料市場最大的國家。

        加快生物醫用礦物材料研發及推廣,以高端需求為驅動,深入研究納米尺寸黏土礦物材料理化性質與生物學效應的關系、突破黏土礦物靶向藥物載體的納米化加工及性能調控技術,重點開展礦物基靶向藥物精準治療載體材料,研制具有生物相容性好、載藥量高、靶向性準、緩控釋性能好的礦物藥物載體,構建新型生物醫用礦物材料產業體系,是我國非金屬礦產業高質量發展的重要特征,也填補了我國生物醫藥產業技術及產品的空白。

       利用黏土礦物(蒙脫石、高嶺石、埃洛石等)的天然納米結構,通過納米組裝、表面設計、結構改型等方法制備功能性黏土礦物靶向藥物載體,具有生物相容性好、載藥量高、靶向性準、緩控釋性能好等綜合性能,有望為提高惡性腫瘤的藥物治療效果提供技術支撐。項目總體達到國際先進水平,其中黏土礦物納米結構調控方面達到國際領先水平。

    主要技術指標:

    ①用作靶向藥物載體的黏土礦物的理化性能及安全性能達到《中國藥典》標準;

    ②獲得具有完全自主知識產權的黏土礦物靶向藥物載體制備核心技術;

    ③蒙脫石、高嶺石靶向藥物載體的納米片厚1~50 nm、礦物層間距1~5 nm可調,埃洛石靶向藥物載體的納米管長度100~300 nm、管內徑15~40 nm可調;

    ④黏土礦物靶向藥物載體對廣譜抗腫瘤藥(鹽酸阿霉素)的藥物裝載率≥50%,藥物在中性環境下不釋放,在腫瘤組織微酸環境下可緩控釋放;

    ⑤建立黏土礦物靶向藥物載體的動物模型評價體系;

    ⑥建立一套具有臨床應用前景的惡性腫瘤藥物治療的黏土礦物靶向載藥體系,靶向效率比傳統載藥體系提高30%,動物試驗抑瘤率比傳統載藥體系提高30%。

    四、新一代技術裝備創新研發攻關主要措施

        1.成立由協會、相關企業、科研院所主要技術負責人組成的非金屬礦新一代創新領導小組。負責項目的組織實施和管理。

        2.研發攻關項目要充分體現高校、科研院所、骨干企業的互補優勢和共擔共享的責任機制??朔椖慷囝^管理、責任不清的弊病,創新研發攻關的責任、利益、獎懲制度。

        3.建立以中國建材等大集團和相關非礦產業園為實施主體的“產學研用”協同創新平臺,有利于提升成果的轉化率和示范性,有利于形成引領、帶動作用,有利于打造非金屬礦工業強基工程,促進我國由非金屬大國向非金屬礦強國邁進。

        4.全力以赴爭取將新一代非金屬礦行業技術裝備創新研發項目列入國家科技部、工信部、發改委、自然資源部有關項目給予支持。

     

     

     

    創建時間:2021-01-06 14:31

    中國非金屬礦行業新一代技術裝備創新研發攻關行動方案

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