沈政昌:让大型高效选矿装备跻身世界一流

沈政昌,我国着名大型高效选矿装备专家、北京矿冶研究总院副总工程师、教授级高工，我国浮选装备研究的学术带头人，长期从事矿物加工设备研究及工程转化，在浮选设备通用化、多样化、系列化和利用综合力场等应用研究方面取得了重大突破，创建和完善了我国新的浮选装备体系，在我国浮选设备大型化、带动浮选工艺变革、拓展浮选应用领域等方面起到了关键作用。
　　浮选是一种根据矿物颗粒表面物理化学性质的不同，从矿石中分离有用矿物的选矿方法。浮选设备是矿物加工领域最重要的分选设备，世界上有90%的有色金属和50%的黑色金属矿石采用浮选法处理。矿冶行业发展进入新常态，资源禀赋愈来愈差，日趋贫、细、杂，对浮选设备提出了巨大挑战。
　　多年来，沈政昌和他的研发团队攻克了一系列技术难题，取得了多项科研成果，先后获得了国家科技进步奖2项、国家发明奖3项、中国专利优秀奖4项、部级科技成果奖25项、授权专利34项，为我国大型浮选装备托起了一片蓝天，让其跻身于国际一流行列，广泛应用于国内外众多的矿山企业。沈政昌获得了“全国杰出专业技术人才”“中国有色金属工业科学技术突出贡献奖”等称号。
　　自己的路  要自己走随着工业化、城镇化进程的加快，经济的发展对矿石的需求量不断增加，矿产资源逐渐贫杂化，为处理越来越多的贫矿石和难选矿石，必须大幅提高浮选设备的处理能力，这就使得大型浮选机的出现成为必然。
　　早在20世纪70年代，国外就开始研发大型浮选机。1996年，当国外单槽容积100立方米浮选机已成为大型矿山的标准配置时，我国首台24立方米浮选机才刚刚研制成功，这严重制约了国内选矿厂大型化进程及资源的高效开发。到了2000年，国外浮选机的单槽容积已经达到160立方米，而我国浮选机单槽最大容积仅为38立方米。这种差距使得当时国内大型浮选机市场几乎全被国外企业占领。“大型浮选机必须自己搞，如果不搞，中国的矿山企业就会受制于人，中国制造也就永远没有话语权！”沈政昌这样说，更是为之付出了艰苦的努力。他所领导的“浮选机大型化关键技术研究及工业应用”科研项目于2000年正式立项，研究了浮选机大型化关键技术，进行了大规模的浮选机工业试验。回想起项目的研究历程，沈政昌不无感慨地说：“这个项目挺难的。一是技术上难，浮选是一个复杂的气液固三相物理化学反应过程，浮选机不仅仅是搅拌矿物，而是要营造适合不同矿物选别的浮选环境。二是试验时机难，大型设备做一个实验要用掉上百万、甚至上千万经费，光靠我们的科研经费肯定不行，得寻找恰当的试验机会。为了中国制造，我们时刻准备着。”
　　1999年，金川公司要扩建6000吨/天的选矿厂，计划选用50立方米浮选机。面对国外浮选机厂商对中国市场的“虎视眈眈”，面对社会上对我国自主技术和中国制造的质疑，沈政昌没有犹豫。他凭着多年来研制浮选机的心得和体会，依靠扎实的理论功底，带领科研团队在短短半年的时间内就研究完成了50立方米浮选机的成套技术。这其中包括设备的结构、对镍矿选矿的适应性以及当时在国内几乎处于空白的浮选过程自动控制系统。在北京矿冶研究总院和金川集团公司领导的大力支持下，沈政昌带领科研团队开展了试验研究，冲击50立方米浮选机。经过科研团队夜以继日的艰苦试验，2001年，第一台拥有自主知识产权的50立方米大型浮选机终于试验成功，标志着我国大型浮选设备的研究迈出了赶超世界先进水平的第一步，缩短了我国在大型浮选设备方面与国外存在的差距，填补了国内大型浮选机的空白。2003年12月，科学技术部组织专家对“十五”国家攻关课题“大型高效选矿设备研制”进行验收，经严格审查认定，KYF-50型浮选机为重大科技成果。
　　开拓创新  勇攀高峰浮选机内为气液固三相复杂的物理化学过程，设备几何尺寸急剧放大仍需要保持流体动力学特征相似。实现粗、细粒级矿物在大型浮选机内高效矿化一直是浮选过程动力学研究的重点，也是世界性难题。针对这一难题，沈政昌定义了“大型浮选机内浮选动力学分区”，提出了“提高大型浮选机运输区高度有利于粗粒矿物回收”“加强预矿化作用可增加细粒矿物回收”的新观点，建立了不同粒级矿物在浮选机内的运动特性模型，形成了提高各粒级矿物矿化概率的新方法，为拓宽浮选粒度范围和提高分选指标明确了方向。保持大型浮选机内优异的浮选流体动力学性能是浮选设备放大的关键。为此沈政昌提出了基于平均叶轮搅拌雷诺数相等、以几何及悬浮相似为核心的趋势外推浮选设备放大理论，建立了关键参数与气液固三相流场特征的关系模型，为大型浮选设备开发奠定了基础。同时他提出矿浆驻留时间动态计算模型，实现了短流程设计，保障了大型浮选机的高效应用。沈政昌还发明了弧面倒锥台后倾叶轮及悬空定子的高效搅拌系统，提升混合区搅拌强度，在实现对细粒矿物预矿化的同时，增加了粗粒矿物的运输高度；发明了定向流空气分配器，保障了大流量、低压头下的空气高效剪切和均匀弥散，实现了细粒矿物的预矿化；开发了以泡沫表面低负载率及溢流堰小载荷为基础的泡沫快速输送技术，解决了大型浮选机泡沫层变厚、承载负荷增大的问题。
　　有了技术上的突破，沈政昌和他带领的科研团队研发的步伐越来越快，不断刷新着国产大型浮选机的纪录。2005年，以金川公司扩建14000 吨/天项目为契机，成功研制了160 立方米浮选机，彻底改变了大型选矿设备被发达国家垄断的局面，标志着我国大型选矿设备的研究开发跻身国际先进行列，极大地提高我国大型浮选设备在国际市场上的竞争力。2008年，抓住了江西铜业德兴铜矿扩建90000吨/天项目的机会，成功开发了200立方米浮选机。2008年6月27日，由我国矿物工程领域知名专家王淀佐院士、陈清如院士和孙传尧院士等组成的鉴定委员会一致认为，该设备达到国际先进水平。国人终于可以自豪地向外宣告：中国已顺利跨入拥有特大型浮选装备国家之列。2008年8月，就在200立方米浮选机研发成功不到两个月之际，得知世界单系列最大的秘鲁托洛莫克14.7万吨/日铜钼矿计划采用320立方米浮选机，沈政昌当机立断，立刻组织320立方米浮选机的科研工作，在短短的3个月内就完成了图纸的设计、试验方案的确认和设备的制造。2008年11月，当时世界上最大的320立方米浮选机就屹立在了德兴铜矿大山选矿厂。随着时任现场总指挥沈政昌的一声“合闸”，这个庞然大物启动了，巨大的叶轮突然间铆足了劲，精神抖擞地运转起来，大量的泡沫不断上溢，在场的人眼中都闪烁出别样的光芒，激动、兴奋、自豪，各种感觉从他们的眼睛里投射出来，形成强大的穿透力，顷刻间感染了现场的每一个人，瞬息之间大家的血液沸腾起来。那一刻，预示着中国选矿设备的历史再一次被改写。与国外容积相当的浮选机相比，沈政昌团队完成的320立方米浮选机，粗粒矿物回收率提高2～3个百分点，单位容积装机功率低12%，实际功耗低13.79%。如此优异的成绩，最终得到了秘鲁托洛莫克项目的总包商——美国的Aker Solution公司的认可，在该项目中采用了28台中国制造的320立方米浮选机。目前，本技术系列大型浮选机在国内外162家大型矿山得到应用，年处理各种矿石超过3.5亿吨，巩固了我国大型浮选装备的国际先进地位。
　　经过10年的理论探索与试验研究，“浮选机大型化关键技术研究及工业应用”项目对大型浮选机矿化理论、设计技术及设备结构进行了创新发明，沈政昌将浮选机大型化、高效低耗及简化流程作为研究重点，根据提出的浮选动力学新观点和放大理论，发明了高比转数后倾叶轮、悬空定子及定向流空气分配器，提高了运输区高度并实现预矿化；开发了以泡沫表面低负载率及溢流堰小载荷为基础的泡沫快速输送技术，形成了我国拥有自主知识产权的浮选机大型化核心技术；研制成功了容积为40、50、70、100、130、160、200、320立方米浮选机，实现了大规模工业化应用。设备综合性能及技术经济指标均达国际领先，改变了我国长期使用20立方米以下浮选机、且型号单一的局面，推进了我国选矿厂的大型化、现代化进程，使我国跻身浮选装备技术的三大强国之一。科研成果的不断刷新，既与国家相关政策对矿业发展的长期支持、北京矿冶研究总院几十年来为科技创新提供良好的科研氛围密不可分，更与沈政昌和他带领的科研团队结构稳定，老、中、青三代科研人员齐心协力、永攀高峰的奋斗精神密切相关。
　　科学求实  攻坚克难矿产资源禀赋变化，矿物粗细粒度嵌布不均，共伴生关系复杂。难选的粗粒和细粒占比显着增加，传统浮选设备技术难以适应矿石品质的新变化。针对这一问题，沈政昌在粗颗粒浮选机技术的基础上，创新开发了我国独有的宽粒级浮选技术，拓宽了浮选粒度上、下限，解决了单一粗粒矿物分选难题。粗、细颗粒要求的浮选流体动力学环境是矛盾的，如何解决这些矛盾，一直是矿物加工领域研究的难点。越粗重的颗粒，矿化以粘附为主，易脱落；越细的颗粒，矿化以碰撞为主，不易脱落。根据粗粒矿物浮选的特殊流体动力学环境，沈政昌提出了低输入功率下粗、重颗粒充分悬浮、缩短矿化气泡上升距离、分离区平稳和兼顾常规粒级的技术思想来解决这一难点。他还创新提出浮选机内建立气液固三相沸腾层，形成以低紊流为特征的粗粒矿物分选区，建立了浮选机内密度梯度，实现矿物颗粒按粒级及矿化状态的选择性循环路径，形成以高紊流为特征的细粒矿物分选区。为此，他发明了矿浆定向循环槽体、阻流栅板、大流量低压头叶轮和循环量调控假底，使矿物按粒级及矿化状态进行选择性循环，显着提高了粗、细粒级矿物的分选指标。这一技术推动了冶炼炉渣的资源化利用，填补了国内外炉渣浮选设备技术的空白；实现了含宽粒级矿物的高效回收，在中国五矿宜春钽铌矿、中国建材通辽矽砂等国内外90余家矿山企业推广应用，获得了巨大的经济和社会效益。
　　国外充气式浮选机不具备自吸矿浆功能，作业间须阶梯配置，并配套中矿返回系统，能耗高、工艺流程复杂、基建投资高、金属易流失。针对于此，沈政昌巧妙提出搅拌系统分区构想，论证了充气式浮选机自吸浆的可行性。发明了具有两个独立工作区的叶轮，下叶片循环矿浆、分散空气，上叶片卷吸中矿，攻克了充气式浮选机无法自吸矿浆的国际性难题。形成了充气式浮选机联合配置机组设计方法，实现了水平配置，既简化了工艺流程又提高了资源利用水平，推动选矿厂设计和设备配置技术的重大变革。该配置模式已在国内外300多家选矿厂应用，仅节能一项，每年可节电1亿度，创造了显着的社会经济效益。
　　此外，沈政昌教授在浮选柱、泡沫浮选的机理、复合力场在矿物加工领域的应用、矿产资源的综合利用研究方面也作出了重要贡献，在国内外发表学术论文90余篇，出版着作4部。其中《浮选机理论与技术》获得了中国有色金属出版物图书一等奖。
　　刻苦钻研  学无止境几十年来，沈政昌的足迹踏遍了国内外的数千家矿山。从中国最东面的珲春紫金矿业，到身处大西北戈壁荒漠的国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司；从国内海拔最高的矿山之一的德尔尼铜矿到大洋彼岸的秘鲁托洛莫克铜钼矿，都留下了他忙碌的身影。这些矿山一线的实践经历，为他在浮选设备的技术创新和进步打下了坚实的基础。在艰苦奋战的几千个日日夜夜里，沈政昌和他带领的科研团队用汗水和智慧夯实了浮选机快速发展的技术与理论基础，显着提高了我国矿产资源综合利用水平，实现了低品位难处理矿产资源的大规模高效开发利用，推动了行业科技进步。沈政昌及其团队采用全新的研究手段和设计理念，结合我国矿物加工实际，简化设备结构，改进矿浆循环方式，研制高效新型叶轮定子系统，建立适合矿物选别要求的矿浆运动路线，确定了最优技术参数和方案，开创了具有鲜明特点、自主知识产权的系列浮选机。现有18个型号、300余种规格，可满足不同矿物、规模选矿厂的需求，回收率提高1~3个百分点，节能15%~40%，节省药剂15%~20%。国内应用两万多台套，占总量的85%以上，推动了我国矿物加工工艺变革与进步，出口欧美等31个国家，打破了国外对我国大型浮选机市场的垄断。
　　沈政昌常说：“我们的目标只有一个——干好我们的浮选机。”浮选是一个复杂的过程，其理论研究一直落后于工程实践。要做好大型浮选机，就必须基础研究和应用研究两手抓，只有两者的有机结合，才能做出性能优异、质量可靠的大型浮选机。沈政昌以严谨的科学态度，坚持基础研究与工业实践相结合。他说：“理论研究指导工业试验的方向，而工业实践是检验大型浮选机的性能的最高标准”。为了做好大型浮选机的研究，他率领科研团队长期坚守在生产第一线，很多科研人员每年在一线的时间都长达150天，甚至200天。“要干成一两件事，并不是说我是这个团队的负责人，就能干成，其实都是靠大家的同心协力。”沈政昌总是这样谦虚地说。
　　求索的路是艰苦的。只有潜心钻研，才能迸出创新的火花，“厚积”方能“薄发”。沈政昌深知这一点的重要性。浮选机是一种在三相流状态下工作的设备，结构上看起来比较简单，但理论上的研究却非常复杂。对浮选机相关理论深入理解并有所创新，需要学习国际上最新的技术资料和进行大量的试验。沈政昌有着良好学习习惯，每年都要把浮选设备相关的论文资料、专利装订成册，不仅自己认真研读，还要求专题组的其他成员认真学习。30年如一日，他始终坚持学习，收集的资料不仅把办公室的箱柜装满了，自己家的书柜也都是专业书籍。2006年160立方米浮选机工业试验期间，他带了整整一大箱技术书籍，几乎占满了汽车的后备箱，利用尽可能多的空余时间进行研读。每当同事们交流起技术问题，他总能在书柜中找出相关的文献，与大家共同讨论。浮选机试验数据的积累和分析是研究的重要一环，只要有新想法，沈政昌都会开展很多实验室试验和小型试验进行印证。
　　求索的路是苦涩的。只有不断地付出，才能结出累累的硕果，“天道酬勤”。求索的路更是漫长的。只有不停地追求，才能在科学的道路上不断前进，“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”。
　　终年忙于科研事业，沈政昌不得不舍弃很多与家庭和亲人团聚的机会，30年来离多聚少。1987年为了38立方米浮选机试验，他匆匆离开了刚生下孩子的妻子，由于试验任务重，一去就是九个多月。当他带着满身的选矿药剂味道回到孩子身边的时候，孩子一看到他就哭，持续了半个多月才允许他亲近。现在回想起来，还是满怀着对妻子和儿子的深深内疚之情。2006年，随着矿业形势的好转，浮选设备的项目增加了好几倍，研发任务也非常繁重，作为专题组长的沈政昌忙得不可开交。然而就在这个时候，传来了父亲病重的消息。由于父亲身体经不起路途的颠簸，沈政昌只能一边忙于工作，一边奔波两地照看父亲。一段时间下来，人苍老了不少。在一次出差的途中，听到了父亲病危的噩耗，由于路途遥远，沈政昌没能见到父亲最后一面，留下了终生的遗憾。
　　不忘初心  不断突破“现在国际上已经知道我们中国制造的浮选机了，接下来就是怎么让人家信任我们。在西方人的观念里中国人不是搞高档设备的，加拿大有个项目，当时要了两个系统的浮选机，合同都签订了。他们上级审查，觉得中国设备不行，协商后要了一个系统，另外一个系统不要了，买的美国设备。后来两个系统上去了，一投产，还是中国的系统技术指标高。”沈教授充满自豪，却又不无担忧地说：“我想，也许要经过好多的故事，我们才能顺利进入国际市场。”
　　近些年，沈政昌带领的科研团队主要针对大型浮选机的精细化研究下功夫，致力于在国际市场与西方国家的浮选机进行全方位的竞争，在技术和成本优势上打败他们。目前，矿业发展进入新常态，资源禀赋愈来愈差，大宗矿产品价格进入下行区间，千万吨级的大型浮选流程用于回收低品位矿产资源在世界范围内不断涌现，对超大型浮选装备的处理能力、单机性能、智能化水平提出更高的需求。沈政昌带领的科研团队已完成了世界最大680m3浮选机研究和设计。
　　科学研究没有终点。沈政昌在浮选设备技术创新和科技成果产业化方面作出了有益的尝试和较大贡献，为科技成果向实际生产力转化探索出了一条成功之路，有力地促进了矿山建设事业的发展，并获得了显着的经济效益和社会效益。虽然成绩显着，但他总是抱着一颗谦虚的心。他认为，成绩属于过去，只有踏实地走好每一步，做好前沿的研究，在科学技术的研究道路上不断地求索，才能在技术上不断占领制高点，才能决胜于未来。(全球金属网 OMETAL.COM) (您想天天免费看到如此海量的金属资讯吗？1、点击此处将全球金属网设为您的上网首页 2、点击此处将全球金属网添加到您的收藏夹内。)