科技日報記者 吳葉凡 通訊員 楊為玥
一塊看起來平平無奇的石頭，經過加工后能夠用于煉鋼、發(fā)電、造車……“點石成金”的關鍵一步，就是礦石加工。對礦石進行加工在我國已經有上千年的發(fā)展歷史，浮選則是礦石加工的重要環(huán)節(jié)，決定著礦物的最終品質。
從亦步亦趨的“跟跑”到不斷創(chuàng)新的“領跑”，我國浮選裝備研制已走過50余年的歲月。在浮選裝備從無到有、從有到強的過程中，我國浮選裝備研究學術帶頭人、中國工程院院士、礦冶科技集團有限公司（以下簡稱“礦冶集團”）首席科學家沈政昌作出了重大貢獻。
“在新一輪科技革命的浪潮下，浮選裝備也迎來了產業(yè)轉型升級的關鍵節(jié)點。”近日，沈政昌在接受科技日報記者專訪時表示，要加快檢測儀表的研發(fā)工作，依托人工智能技術，推動浮選裝備數字化、智能化轉型。
走出自己的浮選裝備研制道路
記者：請您介紹下什么是浮選技術？
沈政昌：浮選是一種根據礦物顆粒表面物理化學性質的不同，從礦石中分離有用礦物的選礦方法。在我國古代，浮選法就已經被用于金銀淘洗加工過程。古人利用金粉的天然疏水性及親油性，用沾油的鵝毛刮取浮在水面的金粉，使其與塵土等親水性的雜質分離。
19世紀末，浮選作為一種選礦方法被明確提出。1904年，浮選設備在澳大利亞首次獲得工業(yè)應用。100多年來，浮選技術得到了很大的發(fā)展，逐步實現了浮選機多樣化、系列化、大型化和自動化。目前，世界上約有90%的有色金屬和50%的黑色金屬礦石采用浮選法處理。除了冶金，浮選還廣泛應用于造紙、農業(yè)、食品等行業(yè)。
記者：您是如何與浮選裝備領域結緣的？
沈政昌：我上學時對物理、化學兩個學科很感興趣。填報高考志愿時，我發(fā)現北京鋼鐵學院（現北京科技大學）有“物理化學”專業(yè)。作為一個農村出身的孩子，我當時對專業(yè)也不太了解，只覺得“物理化學專業(yè)”能夠既學物理，也學化學，就報了這個。
但錄取結果一出，我發(fā)現自己被調劑到了同校的礦山基建工程設計專業(yè)。雖然沒去到自己的第一志愿，但我學習后發(fā)現，礦山機械領域和物理力學關聯性很強，我對此也很感興趣，就一直在這個領域學習。畢業(yè)后，我被分配到礦冶集團，進入浮選設備研究組，從此就與浮選裝備結緣，一直到今天。
記者：上個世紀，我國浮選裝備處在怎樣的發(fā)展階段？
沈政昌：我國在浮選設備研究方面起步較晚。直到20世紀50年代中期，才開始仿制蘇聯的米哈諾布爾型浮選機。20世紀70年代，我們開始自主研發(fā)浮選設備，陸續(xù)研制了4立方米、8立方米、14立方米容積的設備。當時我們主要跟隨國外研究的腳步，處在“跟跑”階段。
那時的科研條件比較艱苦，實驗室的各種測量手段都比較匱乏。我至今還記得，40多年前，剛工作的我跟著幾位老同志在湖北大冶做20立方米浮選機試驗。大概是三月底的一天，天氣還很冷，為了測量浮選機內的流場情況，幾位老同志輪流脫下衣服，直接跳進浮選機內，用身體感受流體狀態(tài)。這是我第一次直接感受到老一輩礦冶人的精神，這件事令我至今難以忘懷。
打破“跟跑”這一局面是在21世紀初。2001年，我國第一臺擁有自主知識產權的50立方米大型浮選機試驗成功。在選礦理論和機械結構等方面，這臺浮選機都走出了一條和國外浮選機不同的道路，不再是“亦步亦趨”。因此可以說，這臺浮選機的研制成功，標志著我國大型化浮選裝備與國際同行站在了同一梯隊。
實現從“有”到“強”的跨越
記者：初步實現“并跑”后，我國浮選裝備如何一步步達到國際領先水平？
沈政昌：2010年前后，我國浮選裝備完全實現了與國外設備的“并駕齊驅”。當年，我國200立方米和320立方米浮選機先后研制成功，打破了特大型浮選設備一直被西方少數發(fā)達國家壟斷的局面。320立方米浮選機也是當時世界上容積最大的浮選機。此外，我國在粗顆粒浮選機、細顆粒浮選機細分領域的設備研究上，也取得了很多進展。
如今，我國已經在很多領域實現“領跑”。比如在國際上，我國是最早研制成功680立方米和800立方米浮選設備的國家?，F在國外還沒有800立方米浮選機。我們還成功研制了利用流態(tài)化原理進行浮選的新型設備。通過它，我們可以提前把無用的脈石礦物剔除掉，降低后續(xù)處理過程的能耗，從源頭減量，推動礦產資源的綠色低碳開發(fā)。它也可以對尾礦進行再回收，實現寶貴礦產資源的極致利用。
記者：我國已經取得這些成就，為何還要不斷技術創(chuàng)新？
沈政昌：一方面，隨著經濟社會的不斷發(fā)展，人們對礦產資源的需求量越來越大。從小汽車到手機，都離不開礦產這一重要原材料。另一方面，現在礦產資源面臨逐漸貧雜化的問題，資源稟賦較好的礦山基本枯竭。以磷礦為例，以前許多磷礦能達到30以上的品位，采出來基本上就可以直接用于生產磷肥，但如今大部分磷礦的品位連25、26都達不到。現在新能源汽車發(fā)展速度很快，磷是制作電池的重要原料。資源越來越短缺，需求卻逐漸變大，面對這一矛盾，我們必須從工藝、裝備、藥劑、智能化等方面著手，不斷升級浮選裝備，提高生產效率。
記者：把浮選機容積做大難在哪里？
沈政昌：從幾立方米到現在的幾百立方米，這不是一個簡單的放大或是把構件尺寸做大的過程。以泡沫浮選過程為例，這是礦物與雜質或一種礦物與另一種礦物分離的方法。無論多大的容積，我們都要保證浮選機內部流體動力學狀態(tài)相似，否則就不能形成有效礦化，目的礦物就沾不到礦化泡沫上。另外，當礦物附著到泡沫上之后，我們還得讓泡沫及時脫離礦漿。當浮選機容積變化，這些關鍵難點都要重新研究試驗。
需要強調的是，我們不斷把浮選機做大，是因為礦山實際生產提出了這一研制需要，并非盲目求大。評價一臺浮選機最重要的指標就是“合適”。一臺浮選機要切合所處礦山規(guī)模、礦石種類，實現經濟效益、綠色低碳、安全生產等方面的平衡。
記者：如今，我國浮選機已出口南非、澳大利亞等幾十個國家。在“走出去”的過程中，我國有沒有遇到困難？
沈政昌：在早期我們確實遇到了一些困難。在很多西方人眼里，中國人在設備研發(fā)等方面都不行。我記得有一次，澳大利亞的一個礦山本來決定引進我們礦冶集團的兩套裝備，但礦山后來更換的新經理認為兩套裝備都用中國的設備風險太大，因此最后只用了一套。但投用后，他們發(fā)現，我們的設備無論在功耗、運轉可靠性等方面，都優(yōu)于國外設備，而且價格不到國外的一半。
這次走出去的經歷給了我們一些經驗教訓。比如浮選機里的電機，對方要求有澳大利亞的認證。當時我們這臺設備的大電機是有認證的，就放心地簽合同了。沒想到用了快一年的時間后，對方突然找到我們，說機器里面的幾個小電機沒有認證，要求更換。雖然小電機的質量是沒有問題的，但是我們還是得按照合同支付違約金。吃一塹長一智，這件事告訴我們，設備“走出去”，不僅要靠過硬的性能，也要摸清當地的標準執(zhí)行情況，符合當地標準體系。
記者：萬事開頭難，今天礦冶集團的浮選機已經贏得了國際的認可。
沈政昌：是的，我覺得這得益于改革開放后，我國很多大企業(yè)在國外投資礦山，他們在當地使用國產設備，起到了示范作用?？梢哉f沒有改革開放，我們就沒有向國外展示的機會。下一步，我們要繼續(xù)擦亮中國浮選機這張名片，尤其要確保重要元器件、系統(tǒng)軟件的自主可控。
以科技創(chuàng)新促傳統(tǒng)產業(yè)升級
記者：當前，全球新一輪科技革命和產業(yè)變革突飛猛進。您認為浮選裝備轉型升級的方向是什么？
沈政昌：新一輪科技革命的突出特征是數字化、信息化、智能化。浮選領域也不例外，提升裝備的數智化水平是我們未來科研的著力點之一。此前，我們提出了高性能大型浮選機發(fā)展路徑必須實現設備狀態(tài)參數控制、工藝過程參數控制、浮選動力學過程參數檢測和控制、信息化和運維智能化等五個方面的整體發(fā)展。
同時，近年來國家加快礦業(yè)綠色低碳轉型發(fā)展，推進綠色礦山建設。作為礦山生產的重要一環(huán)，我們也要努力推動浮選裝備向高效化、綠色化、低碳化發(fā)展。高效化的目標之一，就是實現資源的高效利用，即通過科技創(chuàng)新，把原本技術條件下難以選出的有用礦物“選出來”。
綠色化、低碳化的目標則是減少資源消耗。就能耗來說，以前選一噸銅，可能需要兩三度電，現在只需要不到一度電。別看這節(jié)約的一兩度電不起眼，現在一個大型礦山平均每天要處理幾萬噸的礦石，因此在選一噸銅時能夠節(jié)約一度電，整體帶來的就是很大的收益。通過浮選裝備創(chuàng)新，我們不僅可以節(jié)約電能，還可以減少起泡劑、調整劑等藥劑的使用量，達到綜合的降碳節(jié)約。
記者：轉型升級是否帶來了新挑戰(zhàn)？
沈政昌：挑戰(zhàn)和機遇一定是并行的。在數智化轉型發(fā)展的過程中，我們面臨很多需要突破的難關。從外部看，現在地理位置較好、基礎設施相對完善的礦山，基本都面臨資源枯竭的現狀，目前主要開展礦山土地復墾或是回填；大部分具備開采條件的礦山，都位于較為偏遠的山區(qū)，甚至是海拔四五千米的地帶，生產條件艱苦，電力、通訊等基礎設施不完善，不利于數字化轉型。
從技術本身看，選礦過程離不開對礦石、礦漿相關參數的檢測。但目前，包括各種傳感器在內的檢測儀表，還遠遠不能適應礦山信息化、數字化的發(fā)展需求，離智能化就更遠了。舉例來說，現在行業(yè)檢測礦漿濃度、粒度、pH值等參數的方法還比較“粗糙”，有的工序要靠工人上手去摸、用眼去看，還處在憑經驗、憑感覺的階段。一些創(chuàng)新方法在實驗室里表現不錯，但難以應用到現實的工業(yè)生產中。在實際生產中，這些方法給出的數據不太準，可靠性比較差。因此，選礦過程還是離不開人工操作，距離實現無人化、少人化、數字化生產，還面臨層層挑戰(zhàn)。
記者：為了推動浮選裝備數字化、智能化轉型，您認為應如何破解這些難題？
沈政昌：推動數智化轉型，是一個急不得也慢不得的過程。我認為應當從以下兩個方面來扎實地逐步推進。
第一，無論是數字化還是智能化，數據都是最基礎的要素。要把數據“拿出來”，檢測設備是關鍵。所以，我們要加快研發(fā)一批能夠精準感知整個浮選過程的元器件。近年來，我們團隊在這方面做了很多基礎性的工作，比如，研制了自動充氣量測量儀，礦漿相水下相機，氣泡負載率測量儀和氣泡特征參數測試儀等自研儀表和裝置，實現了浮選過程復雜多相流環(huán)境下的測量和在線數據獲取。
第二，開發(fā)行業(yè)大模型。目前，礦冶集團針對礦產資源開發(fā)利用中的十個場景，開發(fā)了十個大模型，其中一個就是浮選裝備的大模型。它可以用于解答各類專業(yè)技術問題，還可以把它用于浮選裝備的控制，提高操控的精準度。
現在浮選裝備大模型用的算法和通用大模型基本相同。如果要讓行業(yè)大模型更了解行業(yè)，關鍵點還是數據。相比于其他領域，浮選裝備大模型數據相對完備，但很多底層數據仍是缺失的。所以，研發(fā)檢測儀器和開發(fā)行業(yè)大模型，這兩步要相輔相成，協(xié)同推進。
記者：您認為實現浮選裝備高質量發(fā)展，還需要注重哪些方面的問題？
沈政昌：除了數字化、智能化、高效化、綠色化，我認為還要注重技術創(chuàng)新與產業(yè)創(chuàng)新的深度融合。
比如黃金開采。現在很多金礦都位于地下，礦井深度能達到幾千米。按照慣例，人們通常把地下開采的所有礦石都運輸到地面上，再進行加工，這樣就造成了大量的資源消耗，因為礦石中黃金含量不高，運上來的大部分石頭都沒用。而如果我們能夠把浮選裝備直接置于地下，進行初級加工，哪怕減少一半的礦石運輸量，都能節(jié)約很多資源。
所以，浮選裝備技術的創(chuàng)新，要和礦山各個生產環(huán)節(jié)、鏈條相結合、相匹配，實現體系化的創(chuàng)新協(xié)同發(fā)展，因地制宜發(fā)展新質生產力，這樣才能實現真正的高質量發(fā)展。
【致青年科技人才】
青年人想要成才需要“盯住一件事”。每個人都是不完美的，不要因為自己的不完美而放棄，要找到自己的長處。只有找到自己的長處，才能堅持下去，做成一些事。
此外，現在的社會，靠一個人單打獨斗是很難出成績的，一個團隊、一幫人、一個平臺，可能比一個人的才華更重要，所以青年人要學會合作，重視團隊的力量。
——沈政昌
