冶金行业研究课题.docx

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冶金行业研究课题

中南大学：

有色冶金过程强化与节能

从事本研究方向的主要人员

主要学术带头人及学术骨干教授

人数副教授

人数博士学位获得者人数

刘业翔李洪桂李小斌868

一、工作的主要内容

1、电化学冶金与电催化

高温熔盐电解及电催化研究居国际前沿，开发出多项高新节能技术，获国家科技进步一等奖。

1997年以来，与世界著名的铝研究中心挪威科技大学合作，对铝电解电催化进行更深入的研究。

2000年“铝电解电催化及低温铝电解”列为国家“973”项目。

2、功能电极

利用冶金、材料、电化学等多学科交叉优势，开展以节能为中心的功能电极制备及理化性能研究。

率先在国内研究成功铝电解TiB2涂层阴极，并在工业铝电解槽上试用，节电、增产及延长设备寿命效果显著，1997年通过国家经贸委鉴定，评价为国际先进水平，已列为国家重点新技术推广项目。

预焙阳极综合改性研究，1998年在广西平果铝业公司160kA预焙铝电解槽上进行了工业试验，能较大幅度增产节能降耗，省部级鉴定认为达到国际领先水平。

铝电解惰性阳极研究也在进行中，处于国内领先地位。

3、机械化学冶金

以机械化学为理论基础，通过机械活化作用强化矿物分解等有色冶金过程，开辟了机械化学冶金新领域。

研发的技术和设备用于钨冶金，能高效处理各种类型的复杂钨矿物原料，显著降低钨矿碱分解碱耗，缩短浸出时间。

该技术已在国内二十家企业推广，在我国钨冶金行业的市场占有率达55%，获国家发明二等奖，属拥有自主知识产权的创新性成果，列为国家级科技成果重点推广项目。

4、氧化铝生产强化与节能

我国铝土矿资源具有高硅、难溶的特点，氧化铝生产存在能耗高、效率低等亟待解决的问题。

承担国家“九?

五”攻关、“973”及与企业合作课题，广泛开展了烧结法强化与节能技术研究。

研究开发的强化烧结法氧化铝生产工艺，1998年在中州铝厂工业试验成功，使烧结法氧化铝生产工艺能耗降低20-25%；设备产能提高30%，生产成本降低10-15%，氧化铝2级品率达100%。

部级鉴定认为“工艺属国际首创，技术指标达到国际先进水平”。

研究成功氧化铝烧结法生产粗液常压两段脱硅技术，可大幅度降低能耗，提高产能和产品质量。

二、研究工作的特色

以高效节能降耗为目标，以过程强化为手段，面向重大问题开展研究，思路新，起点高；立足国际学科发展前沿，发挥多学科交叉优势，学术思想活跃，创新成果多。

三、可能取得的突破

1、氧化铝烧结法强化与节能技术：

目前，正在中国长城铝业公司氧化铝厂、中州铝厂实施产业化应用，预计全国推广后，仅需相当新建同等产能工厂约1/10的投资，即可增加氧化铝产量50万吨，新增产值10亿元以上。

2、低能耗铝电解技术：

通过新型电催化阳极或惰性阳极、涂层阴极、电解质体系、槽型结构、低温电解技术等系统研究，将有望使铝电解能耗在现有基础上降低20%。

3、机械化学冶金技术：

在更广泛的领域推广，可望开发出新的强化冶金及功能材料制备工艺。

四、主要学术带头人简介

刘业翔教授，男，1930年生，中国工程院院士，中国有色金属学会常务理事及轻金属学术委员会主任委员。

毕业于中南矿冶学院，1979~1981年在挪威工业大学访问进修。

研究工作涉及工业电化学、复杂过程控制、新材料等领域，在冶金过程强化与节能方面贡献尤为突出，具世界知名影响。

先后获得国家科技进步一等奖1项，省部级一等奖2项，专利6项。

1996年获湖南省光召科技奖，1997年获湖南省“科技之星”称号和全国光华科技二等奖。

培养博士和硕士研究生46名，在国内外发表论文120余篇，专著3本。

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2009-09-05

有色冶金新工艺及基础理论

从事本研究方向的人员

主要学术带头人及学术骨干姓名教授

人数副教授

人数博士学位获得者人数

陈启元张启修方正867

一、工作的主要内容

1、相似元素分离新工艺

在分子设计理论指导下，发明了从钨酸盐溶液中一次性除杂的新工艺，净化彻底、流程简单、无污染，使原有工艺不能处理、占我国工业储量40%的高钼钨矿，能经济有效利用。

近三年来，已在国内14家工厂推广应用，占国内钨冶金生产能力的68%。

省级鉴定评价“属国内外首创”，2000年获湖南省科技进步1等奖，国家科技部将其列为国家科技成果重点推广指南项目。

在镍、钴分离方面，也做出了卓有成效的工作。

2、现代分离技术的应用

应用离子交换、膜技术等现代分离方法形成新的冶金单元过程，进而组合高效、节能、无污染的冶金新工艺，是有色冶金学科前沿性的领域。

研究工作涉及稀有金属、重金属及轻金属冶金等宽广领域中，杂质元素的分离、有价金属或物质的回收。

1996年以来，承担国家攻关项目4项，与企业合作课题10余项，成果广泛应用于工业生产。

首次将密实移动床与流态化床组合，研究开发成功离子交换色层新工艺与设备，工业应用于钨、钼分离，已在4家企业推广；用于金川有色金属公司硫酸镍溶液中铅、锌杂质的分离，工业试验取得成功，即将投入工业应用。

3、冶金体系的热力学与热电化学

研究内容主要为有色金属天然矿物（如金属氧化物、硫化物、铝酸盐、氢氧化铝、钼酸盐、钨酸盐、稀土盐等）单相和多相体系，以及天然矿物的分离、提纯、转化和应用过程的热力学。

对三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石、Al（OH）4—（aq）离子、Al3+（aq）离子、γ-Al2O3、α-Al2O3的热力学性质进行了系统研究，得到了国内外同行公认，准确、自洽的结果，相关论文有20篇被SCI摘录，获省部级科技进步二等奖。

系统测定了建立镍闪速炉控制数学模型所需相关物料的物相组成、密度、热容、粘度、电导等基本参数，完成了铜、镍、铅硫化矿火法冶金过程多相平衡体系数学模型的建立与计算软件编制，29篇相关论文被EI摘录，1996年获国家科委、国家计委和财政部联合颁发的国家科技攻关重大成果证书。

获3项国家自然科学基金资助，开展热电化学研究，首次建立了热电化学基本方程，获得标准氢电极反应绝对标度下的熵变值等系列国际同行公认结果，将热电化学用于硫化矿发电浸出，为新概念冶金流程开发奠定了基础。

二、研究工作的特色

针对我国优势资源及其特点开展新工艺研究，确立了在钨冶金研究领域国内领先的地位；用高科技（如膜技术）改造传统冶金工艺，研究工作活跃而富有特色，国内领先，国际上有一定影响；基础理论研究与应用结合紧密，为传统工艺改造和新工艺开发奠定了扎实基础。

三、可能取得的突破

1、钨钼分离新工艺在国内进一步推广的基础上，有望作为技术向国外输出。

世界首创的密实移动床-流化床组合离子交换技术，将在有色冶金领域广泛应用。

2、可望建立铝土矿溶出与铝酸钠溶液分解界面强化理论，推动铝冶金新工艺的发展。

热电化学研究达国内领先水平，开发出复杂硫化矿处理新工艺。

四、主要学术带头人简介

陈启元教授，男，1948年生，博士，博士生导师。

国家级有突出贡献的中青年专家，中国有色金属学会理事，湖南省有色金属学会副理事长。

1989—1990年在加拿大UniversityofAlberta任客座教授和博士后研究员。

主要研究领域涉及有色冶金基础理论、有色冶金新工艺、冶金结晶过程和资源回收利用等方面。

在国内外著名或知名刊物上发表论文90余篇，获省部级科技进步二等奖2项，省部级教学成果一等奖2项，1995年被授予“全国优秀教师”称号。

已培养博士22名。

目前承担国家重点基础研究发展规划（973）项目课题1项、国家自然科学基金重点项目和面上项目各1项及其他各类科研课题多项。

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2009-09-05

有色冶金资源与环境

从事本研究方向的人员

主要学术带头人及学术骨干姓名教授

人数副教授

人数博士学位获得者人数

唐谟堂　柴立元　彭兵767

一、工作的主要内容

1、有色金属低品位、复杂矿的无污染处理与二次资源再生利用

针对有色金属资源日渐贫化、枯竭的现状，开展贫矿、尾矿、复杂矿、难选冶矿、深海多金属结核及有色金属二次资源无污染处理工艺研究，注重技术创新和资源的高价值利用。

研究内容涉及复杂钨矿的湿法处理，难处理含砷金矿的细菌浸出，复杂铅锑精矿及高锑低银类铅阳极泥全湿法处理直接制取锑品，柿竹园高硅含氟含铍铋中矿及铋精矿的高效处理，氧化锌物料或矿石碱法处理直接制取高纯锌，贵金属废料、含铜杂料、钽铌废料的再生利用，废电池、含锑渣、冶炼烟尘、镀锌渣与锌浮渣、含铋尾矿等固体废物的处理利用等方面，研究工作活跃而富有成效。

近年来，获国家发明二等奖1项，省部级奖励4项，授权发明专利3项，部分成果居国际先进水平，并在国内广泛推广应用。

2、有色冶金工业废水、废渣和废气的治理与资源化

有色冶金工业属重排污行业，“三废”治理是关系企业能否生存的重大而紧迫的问题。

以环境保护为出发点，研究发展新的工艺与技术，追求“三废”治理与资源化的结合，开辟了有色冶金学科新的研究领域。

在重金属废水、酸碱废水、SO2冶炼烟气及有害废渣的治理等方面，承担了多项国家重大攻关课题，研究工作卓有成效。

金川有色金属公司二冶炼厂废水处理与回用项目，回收镍200t/a，将治污、节水与资源回收利用有机结合，工业应用成功，获省部级奖励；氧化铝厂低浓度含碱废水膜法分离回收碱的技术，能有效治理氧化铝厂赤泥废水，工业试验成功，鉴定评价为国内领先；高效烟囱技术极大地降低了烟气治理投资，获国家发明三等奖；发明的硫化铅、锑、铋矿一步冶炼法，冶炼中可使硫固化不产出SO2烟气，属国际上首创的新工艺，已进入半工业试验，开发成功后，将使我国因污染重而面临生存危机的大量铅、锑、铋冶炼企业焕发生机；国家“九·五”攻关项目低浓度SO2冶炼烟气的治理与硫的回收技术，为国内外首创，获省部级奖励，已列为“十·五”攻关课题开展工业化试验。

目前，重金属废水、有毒废渣治理的生物技术研究也在进行中。

二、研究工作的特色

有色金属低品位、复杂、难选冶矿的无污染冶金处理及二次资源的再生高价值利用；采用新兴的膜分离技术、生物技术治理有色冶金工业废水、废渣；追求“三废”治理与资源化的结合，融有色金属资源再生与环境治理为一体。

三、可能取得的突破

1、有色金属复杂矿、低品位矿及二次资源无污染高效利用新工艺的研究开发，为有色金属资源利用开辟一条广阔的新途径

2、有色冶金工业废水、废渣、废气治理与资源化新工艺、新技术及成套新设备的研发，彻底解决行业的“三废”污染问题，并给有色冶金企业带来显著的经济效益，推动其持续协调发展。

3、在复杂硫化矿的无污染冶金，低浓度SO2烟气治理技术，生物技术和膜技术的应用上取得重大突破。

四、主要学术带头人简介

唐谟堂教授，男，1942年生，博士，博士生导师。

曾评为“中国有突出贡献的博士学位获得者”。

研究领域涉及有色金属复杂矿及二次资源的无污染处理与高价值利用、精细冶金及冶金环保。

主持和完成国家重点科技攻关项目5项，其他项目60多项；出版专著及教材4部，发表论文100余篇，获授权专利4项、省部级科技进步一、二等奖各一项。

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2009-09-05

冶金自动化与信息化工程

从事本研究方向的人员

主要学术带头人及学术骨干姓名教授

人数副教授

人数博士学位获得者人数

李劼周孑民梅炽7813

一、工作的主要内容

1、冶金过程及设备的计算机仿真优化

以传递过程与高温反应过程数学模型为基础，以研究传递过程微观机理及各参数的场特性为核心，对过程的操作参数与设备的结构参数进行优化，从而实现冶金过程与设备多目标（高产、优质、长寿、低耗及低污染）整体优化；系统地研究并开发出典型冶炼设备（大型铝电解槽、矿热炉、贫化炉、电阻炉等）的多场（温度场、流场、浓度场及电、磁、力场）耦合仿真与优化软件，形成优化设备结构参数与冶炼过程操作参数的实用高新技术，并作为一种“软测量”手段，应用于过程控制系统中。

2、冶金过程的特种检测技术

针对冶金环境（高温、高压、强腐蚀性）的特点，并结合冶金信息检测的具体需要，开发基于电化学、超声、激光等方法的新型传感器；针对典型的冶炼设备（电解槽、回转窑、反射炉、鼓风炉、沸腾炉、闪速炉、转炉等）和典型的生产过程（如铝电解过程、锌电解过程、密闭鼓风炉铅锌冶炼过程等），综合应用神经网络、模式识别、计算机动态仿真以及智能集成建模等方法开发软测量技术，并运用传感器群的信息和多信息融合技术、多媒体技术、图像处理技术开发可视化的软测量技术。

3、复杂冶炼过程的集成建模与优化控制

针对复杂冶炼过程研究开发智能控制与优化控制技术；集成控制软件与过程优化软件；关键生产装置的建模技术与流程模拟技术；关键生产装置和生产设备故障检测、诊断与维护技术；支持开放式现场控制设备的软逻辑控制软件；生产过程制造执行系统（MES）以及基于新一代现场协议与标准的控制系统等。

4、冶金企业信息化

研究内容包括冶金企业的信息模型分析，冶金企业生产、经营和管理数据挖掘，冶金企业管理信息系统建设和冶金企业决策支持系统建设等。

重点是依照CIMS的哲理与构架，开发流程工业物流管理与产品质量管理技术；生产计划与优化调度系统；面向企业经营管理与电子商务的群体智能决策支持系统；面向产品生命周期的全面质量管理系统；企业管理系统集成技术，如ERP/PDM、ERP与电子商务系统的集成技术；管控一体化集成技术等。

二、本学科的国际发展前沿有以下几个方面

1、冶金过程及设备的计算机仿真优化

近20年来，计算机仿真技术已成为开发大型、高效冶炼设备（如铝冶炼中的大型铝电解槽，铜、铅、锌冶炼中的大型闪速炉等）的关键技术，并且这种技术正在从以往的静态、低维与“片段”仿真向今天的动态、高维与“全息”仿真的方向发展，从而使设备虚拟及流程虚拟技术不仅用于新型冶炼设备及高效生产流程的优化设计，而且作为一种“软测量”手段用于设备运行中及全流程中的状态信息检测。

例如，加拿大等国针对铝电解槽提出了“软件槽”的概念；我国学者梅炽教授（本学科的学术带头人之一）提出了“全息仿真”的思想。

这种发展趋势对从事这一领域的科技人员提出了愈来愈高的要求，他们所面临的问题不是靠简单的选择开发平台和套用现成的物理与数学方程所能解决，一般情况下，在选用一个先进的开发平台后，还需要针对仿真优化的目标，对特定研究对象的特性进行必要深度的研究，并且需要结合实验研究获取仿真所需的必要基础数据，进而建立相应的仿真方法与模型以及仿真精度与效果的评价方法与模型。

开展这种研究工作正是本学科的优势与特色。

2、冶金过程的特种检测技术

最大限度地获取冶金过程的状态信息是现代冶金企业建立综合自动化及信息化系统的基础。

对于大型冶炼设备的状态信息检测，已从过去的单回路、单参数检测向多参数综合检测发展，并从过去的集总参数检测向分布参数检测发展，而冶金过程中普遍存在的高温、高压反应器以及反应介质的强烈腐蚀性却严重制约了参数的直接检测，致使冶金过程的参数检测问题成为冶炼过程，乃至整个冶炼企业，实现综合自动化目标的瓶颈问题。

特种检测技术采用新技术（如激光、超声等）、新理论（如神经网络、模式识别、计算机动态仿真等）、新器件（如CCD），使得过去无法直接检测关键参数成为可能。

因此，特种检测技术不仅需要检测硬件上的突破，而且需要基于冶金过程知识的“软测量”技术上的突破，故成为本学科的研究热点之一。

3、复杂冶炼过程的集成建模与优化控制

由于用单一的建模方法或单一类型的模型描述难以解决复杂冶炼过程的建模问题，因此当前的发展趋势是综合应用机理分析、模糊、知识、逻辑、神经网络、专家经验等建模方法，建立集成型模型，为复杂有色冶炼过程的软测量与控制问题的综合解决提供新的方法。

在生产过程的优化控制方面，发展趋势是从过去的以系统的性能指标（如二次型性能指标）为优化目标，向着以生产过程的产品质量和工艺要求为指标的优化控制转变，以满足冶炼企业按照流程工业现代集成制造系统（CIMS）建立综合自动化体系的要求。

上述的发展特点均要求模型的智能度大幅提高，并使冶金工程知识的运用变得愈来愈重要，这便是该方向的研究成为了本学科研究热点的重要原因。

4、冶金企业信息化

依照CIMS的哲理与构架，研究冶金企业产品制造过程中的信息采集、传递与加工是冶金信息化这一研究方向的研究内容。

首先，ERP（EnterpriseResourcePlanning）系统正在成为研究热点。

由于冶金过程绝大多数是一种具有自身特点的流程工业，因此需要开发针对性很强的网络环境下流程工业ERP新技术，使ERP能满足冶金流程企业经营决策的需求；其次，ERP与MES和PCS的集成与融合也是该方向的研究重点。

由于知识存在于流程工业ERP／MES／PCS三级结构的各个层次中，且同一层次或不同层次的知识都相互关联、相互影响和相互作用，在三级结构中便可形成知识链，并在整个CIMS中发挥最为重要的作用，因此一些研究者开始采用基于数据的知识发现和数据仓库等技术，研究基于知识链的ERP／MES／PCS三级结构CIMS的集成技术，目的是使CIMS集控制、优化、调度、管理、经营、决策于一体，成为一个能适应各种生产环境和市场需求多变性的总体最优的高质量、高效益、高柔性的管理生产系统。

无论是针对冶金企业的ERP开发，还是集成技术（包括知识集成、应用集成、功能集成以及数据集成技术）的开发，均体现了很强的交叉学科特点。

三、发展方向

1、冶金过程及设备的计算机仿真优化

2、冶金过程的特种检测技术

3、复杂冶炼过程的集成建模与优化控制

4、冶金企业信息化

四、学术带头人

李劼教授，男，1963年10月生，博士，博士生导师，中南大学冶金科学与工程学院院长，国家教育部2002年度跨世纪优秀人才培养计划入选者。

主要研究方向为冶金过程建模与智能控制。

近10年来，在该研究方向取得多项具有国际领先、国际先进水平且具有重大经济效益和社会效益的科技成果。

负责并已完成国家及省部级科研项目（课题）10余项，横向科研项目10余项；目前负责国家“973”项目课题、“863”课题、霍英东青年教师基金项目各1项；发表学术论文60多篇，其中22篇被EI、ISTP和SCI检索引用；取得部级鉴定成果6项；获得国家及省部级奖励10余项，其中“智能模糊控制技术在160KA预焙铝电解槽上的开发应用”（排名第2）和“基于现场总线的全分布式铝电解智能控制系统”（排名第1）分别获得1998年度和2001年度省部级科技进步二等奖，且获得了国家科技部2002年度国家重点新产品计划项目的资助，到目前该项新产品与新技术已成功地在全国30多家铝厂推广应用。

2001年获得第三届湖南省青年科技奖、第二届湖南杰出青年科技创新（“十佳”）奖，2002年获得第五届中国优秀青年科技创新奖。

目前，作为项目负责人主持国家技术创新项目“基于现场总线的复杂有色冶炼过程智能集成控制系统”的研究开发。

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2009-09-05

材料冶金

从事本研究方向的人员

主要学术带头人及学术骨干姓名教授

人数副教授

人数博士学位获得者人数

张传福　　赵中伟9314

一、工作的主要内容

1、冶金—材料一体化

　　近年来，冶金工业的发展从简单规模扩大转向科学技术进步和系统发展的模式。

短流程和紧凑型被认为是今后冶金工业发展的重要模式。

过去提取冶金大多以生产纯金属锭为目的，而材料的生产再从纯金属出发进行生产，工艺过程上的条块分割造成人力物力和环境的巨大代价。

实际许多合金或化合物材料就是冶金的中间产品，或可以以冶金中间产品为原料进行生产。

提取冶金领域一直在酝酿新的技术革命，以期紧缩和简化工艺流程，在一个车间内完成冶炼与成材的全部工艺。

这种近终型加工是近年来出现的一类集冶炼过程和材料加工于一体的新技术。

如高温自蔓延陶瓷材料合成、冶炼过程直接得到各种功能材料（如热镀锌合金、锌粉、特种氧化锌粉、超细二氧化钛）及高纯金属等。

2、特种材料的冶金方法制备

人们普遍加强了小品种特种材料的制备工程的研究，“特殊冶金”、“精细冶金”或“增值冶金”等高科技发展迅速，通过化学方法而非物理方法制备材料成为当今冶金学科中最为活跃的一个发展方向。

　　在这方面，冶金物理化学加强了在材料合成与加工中的指导作用，逐渐形成了材料物理化学领域，对材料进行成分和组成设计；冶金电化学在电合成材料中得到应用，湿法冶金理论和工艺在粉体材料制备方面发挥了重要的指导作用，成为大量工程化制备粉末材料的一种基本手段。

熔盐或水溶液电解直接合成薄膜材料，氧化、还原、沉淀直接制备各种粉体功能材料等。

3、废旧金属的材料化及环境材料

随着社会的发展、资源的不断消耗以及环保意识的不断增强，再生利用问题也逐渐引起人们的重视。

废旧汽车、废旧电子材料等被称为“城市矿山”。

这种二次资源的冶金方法再生从而成为二次材料在很大程度上依赖于冶金的工艺和理论。

如废旧钢铁材、铝材等的再生利用、废旧硬质合金通过湿法冶金处理成为碳化钨和钴粉等材料。

另一方面，在材料的研究、设计、制备、及使用、废弃的生命周期中，充分考虑到与环境的协调性。

二、研究工作的特色

　　冶金和材料是国民经济建设的支柱产业，与国家经济发展息息相关。

随着冶金资源的不断贫化和复杂化、科技的不断发展、以及环境意识的增强，世界冶金工业趋于更加重视开发新技术，合理利用资源，特别注意一步成材的短流程工艺。

我国近年冶金工业迅猛发展，但产品结构相对单一，缺乏竞争力。

材料冶金人才具备有关矿物原材料性质、提取冶金及材料制备等方面的综合知识，可以在材料制备尤其是各种功能材料制备方面教学科研工程设计和高层次管理工作。

近年来，冶金学院毕业的研究生实际有半数以上从事新材料领域的工作。

三、可能取得的突破

　冶金材料基础理论方向：

着重研究材料化学制备过程中结构的演变