创新与协同并进，打造草原矿业起飞双翼

庞贝 乔占卫

内蒙古自治区是重要的能源基地和战略资源支撑基地，也是我国北方重要的生态安全屏障。白云鄂博矿是内蒙古自治区境内世界上罕见的铁、稀土、铌、钍、钪、萤石、钾盐等多元素共伴生矿，是重要的战略资源。

半个多世纪以来，以白云鄂博矿资源发展起来的钢铁和稀土两大规模产业，在自治区经济社会发展中发挥了重要作用，所生产的稀土钢、钕铁硼、抛光粉等材料虽然有力支撑了国家新兴产业的发展。然而，上述两个产业都是高耗能、高污染行业。这两个行业的发展给周边环境带来的放射性、重金属和氟污染、温室效应、富营养化等问题一直没有得到根本解决，破坏了内蒙古地区的生态环境。

自国家组织实施“2011计划”以来，内蒙古科技大学抢抓机遇，根据“国家急需、世界一流”原则，经充分调研论证，2012年8月由内蒙古科技大学牵头联合包头钢铁（集团）有限责任公司、中核北方核燃料元件有限公司和内蒙古北方重工业集团有限公司，整合人才、技术、项目、平台等资源，以白云鄂博共伴生矿资源高效综合利用为目标，共同组建“白云鄂博共伴生矿资源高效综合利用协同创新中心”（以下简称中心）。

2013年11月该中心被内蒙古自治区教育厅批复为自治区协同创新（培育）中心。2014年广州有色金属研究院作为协同单位加入该中心。因建设发展成效显著，2015年5月该中心被内蒙古自治区教育厅认定为自治区协同创新中心。2015年6月广州有色金属研究院与其他研究院所整合重组为广东省科学院，广东省科学院继续作为协同单位之一。

成立6年来，中心始终围绕白云鄂博共伴生矿资源高效综合利用问题开展基础研究和应用技术开发工作，取得一系列突出建设成果，为共伴生矿资源高效、清洁、综合利用奠定了理论基础，很为应用示范；同时，实现了人才培养、学科建设、科学研究三个方而的深度融合，全而提升了中心的知识创新和社会服务能力。有效推动了矿产资源利用科学与技术的发展，服务于国家新材料、高端制造、核电和航空航天等重大需求，促进了地区经济、社会发展，加快了钢铁、稀土新材料和装备制造等产业的转型升级。

协同创新，释放矿业巨大经济产能

6年的时问不长，一棵树苗尚不能长得高可参天。

6年的时间也不短，中心成立6年来，产出了稀土高熵矿渣玻璃陶瓷产业化等一系列创新成果，荣获省部级以上奖励10余项，其中国家科技进步二等奖1项，省部级科学技术奖一等奖4项；发表SCI/EI论文100余篇，获授权发明专利30余项，制定己颁布的国家行业标准2项。

硕果背后，是为了创新的辛勤耕耘；

是中心人对白云鄂博矿矿区不断勘探资源种类的深入认识；

是对白云鄂博矿内含元素价值及应用潜力的不断挖掘；

是各协同单位在新工艺、新技术、新材料、新产品方而的不断开拓与积累；

更是绿色、综合、高值化利用白云鄂博矿新理念的逐步升华。

正是这些集聚的科技资源产生的质变，让白云鄂博矿发挥出了前所未有的巨大经济潜能。

在“973计划”等项目的支持下，内蒙古科技大学针对稀有金属共伴生矿采选冶废弃物高值清洁利用国家重大需求，揭示了稀土、铌等微量有价元素在材料制备过程中的赋存形式、迁移规律及其影響结构演变和性能的协同作用机理；自主开发耐磨、耐酸耐碱和耐高温特性为一体的纳米晶高熵玻璃陶瓷新材料，并开发出系列产品，解决了工业中恶劣工况下急需的材料问题，使工业固废利用率可提高至大于85%；研发大规模生产稀土矿渣微晶玻璃系列产品的新工艺和新装备等，形成了具有完整自主知识产权的矿产资源利用剩余废弃物制备纳米晶玻璃陶瓷材料的关键技术。

在中心支持下，内蒙科技大学建成年产300吨纳米晶玻璃陶瓷管/板材中试生产线；建成年产10万吨级的产业化示范基地。产品应用到了冶金、电力、化工、煤炭等多个典型行业，得到高度认可；获发明专利17项，实用新型专利8项，制定了《矿渣微晶玻璃管材》（JC/T 2283-2014）中华人民共和国建材标准1项和《电力行业耐磨管道技术条件》（DL/T680-2015）中华人民共和国电力行业标准1项。该项目被国家发改委列为国家资源节约重大示范项目、内蒙占战略性新兴产业，成果处于国际先进水平，荣获2012年内蒙古自治区科技进步一等奖。

而向白云鄂博矿资源绿色、综合、高值化利用的要求，通过对稀土产品全产业链的物质流、能量流研究，中心在国际上首次完成了基于生产现场数据的稀土产品全生命周期环境影响评价（LCA），制定了《产品生命周期评价技术规范-烧结钕铁硼永磁材料》团体标准，提出了实现稀土采选冶及功能材料制备过程中经济增值、资源节约和环境友好三维协同的科学方法，为稀土产业实现生态设计和绿色制造提供了范例，也为北疆生态屏障建设做出了贡献。

针对我国对高端高性能钢材的重大需求，中心开展了白云鄂博矿钢铁冶炼高炉渣中稀土元素在钢铁生产中高值化利用研究，掌握炼钢精炼温度、渣的碱度、渣中稀土氧化物的含量以及还原剂等因素对铁渣中残留稀土还原规律的影响规律。此外还掌握了440MPa稀土微合金化高强冷轧深冲钢板的组织及织构控制理论。开发了基于白云鄂博矿低成本、高性能700MPa高强汽车用贝氏体及铁素体双相钢热轧钢板的成套关键技术，填补了产业空白。与包钢集团合作.成功推广供应于山东、河南、河北等地，在汽车行业得到认可。相关成果达国际先进水平，分获2013年和2014年自治区科技进步一等奖。

白云鄂博矿选矿工艺稀土选矿回收率仅为10%左右，铌、钪、萤石等资源未回收进入尾矿库堆存造成资源浪费和环境污染。针对这一问题，中心自主设计、开发绿色高效非常规分选新工艺、新技术及新装备，初步形成了尾矿库尾矿资源综合利用的新流程。开发了荧光拣选技术、水射流选择性磨矿技术、超导磁选技术。通过荧光拣选技术，预先分类富集铌、钪、稀土等稀贵有价矿物，使稀土品位提高1倍以上；通过水射流选择性磨矿技术，解决矿山常规磨矿效果差、高能耗、高污染的难题；通过超导磁选技术，使白云鄂博尾矿中稀土品位降至1%以下、铌品位降至0.05%以下、萤石含量达到30%以上，精矿中稀土、铌、钪回收率均达到90%左右，钪富集到400ppm以上。同时，进行非常规分选示范线建设，形成“基础研究关键工艺技术及装备开发产业化示范”一体化全新技术创新模式，为白云鄂博矿资源高效清洁利用开拓新思路。

针对铁铌稀土共生矿中有价元素利用问题，中心革新传统的高炉转炉流程，以铁、铌、稀土等多种资源协同利用为出发点，系统研究多元多相高温冶金反应体系中稀土共伴生矿产资源的一体化分离提取，探讨共生矿中铌、钛等元素在钢中的行为和熔渣中富稀土相的结晶特征和调控机制，实现了铌、钛的直接合金化，使铌在金属中收得率可达到82%，铁中铌含量6%以上，且可获得（Nb、Ti）C方形析出物，尺寸达到（10-15μm）×（10-15μm），同时稀土元素在渣中高度富集，其含量可从原矿的2.72%到渣中的16%以上，在渣中以磷灰石结构结晶相存在，其尺寸可达20μmx200μm，开拓符合循环经济理念和可持续发展战略的共生矿资源高效利用新途径。

包钢与内蒙古科技大学合作的“包头稀土铌资源综合利用”项目，开发了白云鄂博尾矿稀土再选和铌选矿关键技术，利用低品位铌精矿制备铌铁合金与稀土硫酸复盐技术，利用铌铁精矿生产低级铌铁关键技术和二步浸酸法提取钪等关键技术。尾矿经高效深锥浓缩以70%以上的浓度排放后，固结堆放在白云鄂博尾矿区，处理能力每年700万吨，成为国内首次采用大型深锥浓缩技术，实现尾矿干堆的项目，此项集成及应用为国内首创。目前即将完成稀土选矿项目、铌选别生产线和铁选别生产线建设，铁选别生产线每年可处理白云鄂博主、东矿中贫氧化矿原矿600万吨，年产64.5%品位的铁精矿190万吨，通过150公里矿浆管道送至包钢厂区；稀土产业也将焕然一新，年产稀土精矿42万吨，成为全国规模最大的稀土精矿生产线；同时形成年产4.2%的铌精矿5.7万吨、1.6%的次铌精矿3.6万吨，40%的硫精矿3.8万吨、钪富集物171.8万吨，继而通过99.9%高纯氧化钪提取工艺产出百万吨氧化钪的生产规模。力求全而回收氧化矿选稀土后尾矿中的铁、稀土、铌、钪、萤石、硫等资源，不仅终结了我国铌铁一直依赖从巴西进口的局而，还能打造全球最大的氧化钪生产基地，使我国在铌、钪等重要战略资源供应市场占据独特优势。包钢获批国土资源部“内蒙古白云鄂博稀土、铁及铌矿产资源综合利用示范基地”。

镍氢（Ni-MH）电池具有比能量高、循环寿命长、无记忆效应、良好的耐过充放能力和安全性等綜合性能优势，而成为HEV动力电源的首选。在Ni-MH电池中，正极容量决定电池容量。内蒙古科技大学针对国产的球形氢氧化镍作为正极活性物质，产品性能较差，批次一致性更差的主要技术缺陷，自主研发了“管道式合成”绿色新工艺和“梯度共晶包覆”技术。该技术采用先进的球形化技术，解决了批次产品粒径分布一致性问题，实现了高碱度、高盐度下，反应体系中pH值稳定在线监测。该技术通过科隆新能源股份有限公司等5家企业应用生产，通过该技术的推广应用或辐射，促进行业技术水平的提高，改变了我国高品质电池材料从无到有的格局，获2017年度内蒙古科技进步一等奖。

包头白云鄂博矿中镨、钕、镧、铈以共伴生形态与铁共存。研究发现镨、钕、镧、铈的矿相分布形貌一致。传统的稀土永磁材料消耗了大量的低丰度、资源紧缺的镨、钕、钐、镝、铽等稀土元素，高丰度镧、铈等元素未得到有效利用而大量积压，造成稀土资源的利用不平衡。在中心支持下，内蒙古科技大学磁性材料研究团队综合利用镧、铈、钆、共伴生混合稀土结合双主相工艺成功制备出性能优良的资源节约型永磁材料，研究发现了镨、钕、镧、铈、钆等多种稀土元素在磁性增强、复合成相中的联合作用，建立了适合资源节约型永磁材料的矫顽力新理论。设计建成资源节约型稀土永磁材料中试线，中试能力1吨/月，在此基础上与包头磁性材料企业建立密切合作，开发了镧、铈、钆、共伴生混合稀土永磁材料的大规模产业化工艺及装备技术，成功突破白云鄂博稀土元素在磁性材料中高值化利用的关键技术，经济、社会效益显著。获2016年度内蒙古科技进步二等奖。

共伴生稀土尾矿中含有铁矿物、氖碳铈矿和独居石矿等多相矿物，这些矿物含有天然高熵催化作用的铁、钛和锰等多种金属元素和铈、镧和镨等多种稀土元素，经改性可制备得到由多元复合多价态金属氧化物和其他化合物联合协同作用下的高熵催化燃烧脱硝材料。以研究催化燃烧脱硝性能与反应机理，以及稀土尾矿中复合多价态金属氧化物和其他化合物联合协同作用下构效关系为基础，开发以共伴生矿物为原料通过绿色改性除杂制备高熵催化燃烧脱硝材料将会成为中心未来发展的一个重要方向。该技术将用于燃煤循环流化床锅炉，在强化燃烧的同时有效降低燃料型氮氧化物的形成，与锅炉尾部NH，-SCR脱硝技术共同作用，在实现电厂氮氧化物超净排放过程中发挥主要作用。

多重保障，服务重大战略需求

通过6年多建设，中心目前包括白云鄂博矿多金属资源综合利用省部共建重点实验室培育基地（内蒙古科技大学）、白云鄂博稀土资源研究与综合利用国家重点实验室（包钢集团）、白云鄂博共伴生矿废弃物资源综合利用国家地方工程研究中心（内蒙古科技大学）、稀土冶金及功能材料国家工程研究中心（包钢集团）、国家稀土产品质量检测检验中心（包钢集团）等国家级科研平台，拥有科学仪器设备总值2.4亿元，其中扫描电镜、透射电镜、光电子能谱仪等百万以上大型高端设备60余套，构成特色研究平台、公共分析测试平台和中试平台。

目前，中心建成了梯次合理、分工明确、团结协作的强大人才团队，共有195名研究人员，其中具有高级职称人员111名，拥有博士学位127人。形成了由高层次人才领衔、青年学术骨干为主体的多学科交叉、学缘结构和年龄结构合理、充满创新活力和协作精神的研究队伍，其中包括院士4人，国家百千万人才工程1人，享受国务院特殊津贴专家18人，“千人计划”专家1人，教育部新世纪优秀人才3人，内蒙古“草原英才”25人，内蒙古“草原英才”创新团队、高校创新团队、科技创新团队等12个。

协同创新中心主任李保卫教授，现任内蒙古科技大学党委书记，省部共建白云鄂博矿多金属资源综合利用国家重点实验室（培育基地）主任，是首批新世纪百千万人才工程国家级人选、享受政府特殊津贴专家、全国优秀科技工作者、全国五一劳动奖章获得者、国家西部开发突出贡献奖获得者、第五届乌兰夫奖获得者、内蒙古自治区科教兴区特别贡献奖首批获得者，曾三次赴美国俄亥俄州立大学做高级访问学者，长期致力于白云鄂博共伴生矿资源清洁、综合、高值化利用与高熵材料研发与产业的推广工作。

2018年3月7口，***总书记提出了“发展是第一要务，人才是第一资源，创新是第一动力”的重要论断。中心秉承尊重知识、尊重人才的一贯工作机制，积极调整人才政策，虽然在资金、住房等方而不具优势，但唤起建设和发展北疆的使命感和事业心，尤其是领导干部的敬业、奉献、担当和情操，让优秀人才稳定下来。

同时，中心积极应对中西部在创新要素自由流动中的不利地位，改变过去“重硬不重软”的观念，重视引智、引理念、引思想等“软功夫”，同时运用“创新”和“共享”理念相互促进，不求所有，但求所用，通过与广东省科学院的有效协同，解决创新资源要素问题。

中心聚焦于白云鄂博共伴生矿资源的绿色、综合、高值化利用问题，以地区和国家对稀土、铌、钪、钍等战略金属资源利用和保护的重大需求为导向，针对共伴生矿资源开发与利用过程中的关键问题，开展资源生态环境评价与保护利用、白云鄂博矿稀土铌钪资源高效分离技术、稀土在特殊钢中的应用攻关、高性能稀土功能材料的研发、稀土矿渣玻璃陶瓷关键技术与装备研发、钍基核电燃料元件开发等六个方向的应用基础研究和关键技术研发工作。中心成立以来，承担了一批包括国家重点研发计划、国家973计划、国家863计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金和内蒙古科技重大专项等在内的重大科研任务100余项，累计科研经费逾1.2亿元。

未来，中心努力以白云鄂博共伴生矿资源利用为核心主题，充分发挥白云鄂博矿区作为资源地的优势，与白云鄂博矿区政府建立紧密合作，共同建立白云鄂博共伴生矿资源利用中试基地，并建立科技成果中试基金及中试运行模式，做好科技成果转移转化的最后一公里；拟建设协同创新信息化系统，汇聚协同创新相关信息，加快信息互通和共享，进一步激发研发潜力；进一步争取政府投入，并多方筹措资金。

未来，中心将着重加强与稀土企业的合作，在行业内不断扩大影响；不断深化人事制度改革，建立一支高水平研究隊伍，着力加强高科技人员的作用，加强团队的建设；改革学科发展和人才培养思路，促进多学科融合发展，建立分类培养、寓教于研、产学研结合的人才培养模式，为行业培养高水平的适用型创新人才；不断优化与整合协同体内、协同体间的创新资源，建立合理的共享和利益机制，加强人才队伍和科研硬件条件建设，为中心各项科研工作的顺利实施提供有效保障。

共谋新篇，走创新、绿色、共享道路

2018年4月，自治区响应国家生态文明建设精神，颁布《内蒙古自治区国家重点生态功能区产业准入负面清单（试行）》，倒逼白云鄂博矿的开发利用必须走创新、绿色、共享的道路。包头是呼包鄂榆国家级重点开发城市群的重要增长极，在钢铁、装备制造和稀土新材料、核电燃料元件方面具有独特优势。中心可支持钢铁产业转型升级，助力稀土产业瞄准国际标准，迈向全球价值链中高端，在资源型地区经济转型发展中承担引领作用，也可进一步增进边疆地区的民族团结和安全稳定。

未来，中心将紧密围绕白云鄂博共伴生矿资源高效综合利用问题，构建高效适用的协同创新机制，有效聚集创新要素和资源，建立学科建设、人才培养、科学研究一体化平台，使基础研究与技术开发相结合，促进知识创新快速转化为创新技术，提升企业核心竞争力，实现白云鄂博矿产资源的绿色、综合、高值化利用，服务国家新材料、高端制造、核电和航空航天等重大需求，促进地区经济社会发展，加快钢铁、稀土新材料和装备制造等产业的转型升级。围绕这一中心任务，中心将在以下几个领域开展重点攻关。

一、稀土共伴生矿绿色平衡利用策略

面向清洁平衡利用稀土共伴生矿产资源，融合地质学、环境科学、经济学、管理学、统计学等方面的研究成果，分析各种采选冶工艺技术，提出开发利用策略集合，仿真分析其技术、经济、社会、环境生态效益，力求寻找到可适用于稀土共伴生矿绿色平衡利用的策略方法。

二、稀土共伴生矿绿色选冶与金属材料

研究稀土共伴生资源有价元素的赋存状态及其矿相演变规律，摸清稀土、铌、钍等有价元素的光谱快速识别与分离规律；研究火法冶金过程稀土共伴生资源冶金熔体结构演变、元素可控迁移及矿相重构机理，探索外场强化作用机制；研究稀土在金属材料中的加入技术和作用机理，实现稀土在金属材料中的高值化应用。

三、共伴生混合稀土功能材料

开发稀土磁性材料、新型贮氢材料和稀土尾矿高熵催化材料三类共伴生混合稀土功能材料，同时也探索共伴生混合稀土在其它功能材料中的应用。通过新材料的开发引导上游采选冶新工艺、新技术的研发；利用白云鄂博多金属矿分离提取的共伴生稀土和稀土单质为原料，研发稀土氧化物离子与混合导体及器件、高温热障涂层材料、铁电新能源材料及器件，实现白云鄂博稀土资源的高值和平衡利用。

四、矿冶固废高熵混合材料

围绕矿冶固体废弃物资源绿色高值化利用问题，研究矿冶固废高熵玻璃陶瓷/金属陶瓷的制备工艺、成分、结构与功能化。通过研究矿冶固废组份及物相高温重构，阐述熔体中共伴生稀土、铌等特色元素的赋存状态及其对团簇结构和宏观物性的影响机理；揭示微波非热效应改善材料结构和宏观性能的作用机理；开展以矿冶固废为原料制备低膨胀、磁性、介电等功能化高熵玻璃陶瓷/金属陶瓷的研发；基于以上科学研究和技术攻关，集成研发矿冶固废高熵玻璃陶瓷/金属陶瓷相关工艺技术和工业化成套装备。

舞台己搭建，蓝图己绘就，紧握创新能力与协同机制，白云鄂博共伴生矿资源高效综合利用协同创新中心，助推草原矿业的潜能迅速腾飞！