矿相定向重构技术相关专利清单
矿相定向重构技术是近年来红土镍矿湿法冶金领域的前沿方向，涉及通过调控浸出条件使矿石中的矿物相按预定方向转化，从而提高有价金属浸出选择性。以下是该技术领域的相关专利整理，涵盖中国、美国、日本、澳大利亚等主要矿业技术国家的授权专利和申请。
一、核心工艺类专利
1.1 两段浸出温度调控
| 专利号 | 专利名称 | 专利权人 | 申请日 | 技术要点 |
|---|---|---|---|---|
| CN110923460B | 一种红土镍矿的两段式加压浸出方法 | 中南大学 | 2019.12 | 第一阶段220-240℃浸出蛇纹石，第二阶段250-270℃浸出褐铁矿，中间闪蒸降温 |
| US10597751B2 | Two-stage pressure leaching process for laterite nickel ore | Outotec (芬兰) | 2017.06 | 第一段180-220℃选择性浸出Ni/Co，第二段250-280℃浸出残余金属 |
| JP6784321B2 | ニッケル酸化鉱の湿式製錬方法 | 住友金属矿山 (日本) | 2016.09 | 三段温度梯度：200℃→240℃→260℃，配合酸度梯度 |
| AU2018345798B2 | Method for processing nickel laterite ore | BHP Billiton (澳大利亚) | 2018.11 | 两段浸出中间设置急冷段，抑制Fe³⁺水解包裹 |
1.2 酸度梯度控制
| 专利号 | 专利名称 | 专利权人 | 申请日 | 技术要点 |
|---|---|---|---|---|
| CN111411225B | 一种控制红土镍矿浸出酸度梯度的装置和方法 | 北京矿冶科技集团 | 2020.05 | 沿釜体轴向设置3-4个注酸点，酸浓度梯度递减 |
| WO2021134567A1 | Acid distribution system for HPAL autoclave | FLSmidth (丹麦) | 2020.12 | 多点注酸配合在线pH检测，酸度梯度自动调节 |
| CA3108923C | Method for controlling acid profile in laterite leaching | Vale (巴西) | 2019.03 | 基于矿石Mg含量的酸度梯度控制模型 |
1.3 氧分压调控
| 专利号 | 专利名称 | 专利权人 | 申请日 | 技术要点 |
|---|---|---|---|---|
| CN112143912B | 一种基于氧分压调控的红土镍矿选择性浸出方法 | 中国科学院过程工程研究所 | 2020.10 | 低氧分压(0.3-0.5MPa)抑制Fe浸出，高氧分压(0.5-0.8MPa)促进Co浸出 |
| US11078557B2 | Oxygen partial pressure control in HPAL process | Sherritt International (加拿大) | 2018.08 | 根据浸出液中Fe²⁺/Fe³⁺比值自动调节氧分压 |
| JP6932341B2 | 酸素分圧制御によるニッケル酸化鉱の浸出方法 | 日揮株式会社 (日本) | 2017.11 | 两段氧分压：第一段0.4MPa，第二段0.6MPa |
二、矿物相转化机理类专利
2.1 蛇纹石相定向转化
| 专利号 | 专利名称 | 专利权人 | 申请日 | 技术要点 |
|---|---|---|---|---|
| CN109852801B | 一种促进红土镍矿中蛇纹石相选择性溶解的方法 | 东北大学 | 2019.03 | 添加NaF或KF破坏蛇纹石结构，促进Ni释放 |
| AU2020102234A4 | Method for enhancing serpentine dissolution in HPAL | CSIRO (澳大利亚) | 2020.09 | 机械活化预处理+低温预浸，蛇纹石溶解率>95% |
| US10767243B2 | Selective leaching of serpentine minerals | Freeport-McMoRan (美国) | 2018.05 | 控制pH 1.5-2.0、温度80-120℃，选择性溶解蛇纹石 |
2.2 褐铁矿相定向转化
| 专利号 | 专利名称 | 专利权人 | 申请日 | 技术要点 |
|---|---|---|---|---|
| CN110846502B | 一种褐铁矿型红土镍矿的高效浸出方法 | 昆明理工大学 | 2019.11 | 添加Fe²⁺催化剂，促进褐铁矿晶格畸变，Ni浸出率提升5% |
| WO2020102901A1 | Limonite leaching with iron catalyst | Glencore (瑞士) | 2019.11 | Fe²⁺催化+超声辅助，褐铁矿浸出温度降低20℃ |
| JP6845678B2 | リモナイトの浸出効率向上方法 | 三菱マテリアル (日本) | 2018.06 | 预氧化处理+高温高压浸出，褐铁矿Ni浸出率>98% |
2.3 铁酸盐相抑制
| 专利号 | 专利名称 | 专利权人 | 申请日 | 技术要点 |
|---|---|---|---|---|
| CN111321289B | 一种抑制红土镍矿浸出过程中铁酸盐生成的方法 | 江西理工大学 | 2020.04 | 添加SiO₂或Al₂O₃，与Fe³⁺生成稳定的硅酸盐/铝酸盐，减少铁酸盐包裹 |
| US10648059B2 | Method for preventing ferrite formation in HPAL | Sumitomo Metal Mining (日本) | 2017.10 | 控制浸出终点pH<1.5，Fe³⁺浓度<5g/L，抑制铁酸盐成核 |
| CA2987654C | Ferrite inhibition in nickel laterite processing | Sherritt Technologies (加拿大) | 2016.12 | 添加分散剂(木质素磺酸盐)，阻止铁酸盐颗粒团聚 |
三、添加剂与助剂类专利
3.1 硫磺/硫化矿添加剂
| 专利号 | 专利名称 | 专利权人 | 申请日 | 技术要点 |
|---|---|---|---|---|
| CN110643823B | 一种利用硫磺强化红土镍矿浸出的方法 | 北京科技大学 | 2019.10 | 添加元素硫(S⁰)，在高温下生成原位H₂SO₄，降低外购酸耗20% |
| US10954583B2 | Sulfur-assisted leaching of laterite ores | Vale (巴西) | 2018.07 | 硫磺添加量3-8%，浸出温度可降低15-20℃ |
| JP6764331B2 | 硫黄添加によるニッケル酸化鉱の浸出促進方法 | 住友金属矿山 (日本) | 2017.08 | 硫磺与矿石共同磨矿，粒度<74μm，硫磺利用率>90% |
3.2 表面活性剂/分散剂
| 专利号 | 专利名称 | 专利权人 | 申请日 | 技术要点 |
|---|---|---|---|---|
| CN111394590B | 一种红土镍矿加压浸出用复合分散剂及其应用 | 中南大学 | 2020.06 | 木质素磺酸钠+聚丙烯酰胺复合，添加量0.05-0.1% |
| AU2019253834B2 | Dispersant for HPAL process | BASF (德国) | 2019.10 | 聚羧酸醚类分散剂，抑制矿浆粘度上升，提高传质效率 |
| US11124856B2 | Use of surfactants in laterite leaching | Cytec Industries (美国) | 2018.09 | 非离子表面活性剂，降低矿浆表面张力，促进气体分散 |
3.3 晶种/诱导剂
| 专利号 | 专利名称 | 专利权人 | 申请日 | 技术要点 |
|---|---|---|---|---|
| CN112195338B | 一种利用赤铁矿晶种促进铁水解沉淀的方法 | 中国科学院过程工程研究所 | 2020.11 | 添加赤铁矿晶种(粒度<10μm)，Fe³⁺水解沉淀率>99% |
| WO2020206361A1 | Seed-induced iron precipitation in HPAL | Outotec (芬兰) | 2020.04 | 循环利用沉淀铁渣作为晶种，减少新鲜晶种添加量 |
四、在线检测与控制类专利
4.1 矿相在线识别
| 专利号 | 专利名称 | 专利权人 | 申请日 | 技术要点 |
|---|---|---|---|---|
| CN110927164B | 一种基于拉曼光谱的红土镍矿矿相在线识别方法 | 清华大学 | 2019.12 | 在线拉曼光谱+机器学习，5分钟内识别矿相组成 |
| US11209376B2 | Real-time mineral phase analysis using LIBS | Thermo Fisher Scientific (美国) | 2018.11 | LIBS在线分析+主成分分析，实时输出矿物相比例 |
| JP6893412B2 | 鉱石の鉱物相をリアルタイムで判定する方法 | 日立製作所 (日本) | 2017.09 | XRF+XRD联合分析，矿相识别准确率>95% |
4.2 浸出过程自适应控制
| 专利号 | 专利名称 | 专利权人 | 申请日 | 技术要点 |
|---|---|---|---|---|
| CN111913399B | 一种基于矿相识别的HPAL过程自适应控制方法 | 浙江大学 | 2020.08 | 根据矿相识别结果自动调整温度、酸度、氧分压设定值 |
| US11092937B2 | Adaptive control system for HPAL process | Honeywell (美国) | 2019.05 | MPC模型预测控制+矿相前馈，关键参数波动降低60% |
| AU2021203425B2 | Machine learning-based HPAL optimization | Rio Tinto (英澳) | 2021.06 | 深度学习+强化学习，自动寻优浸出条件 |
五、废水废渣资源化类专利
5.1 浸出渣矿相重构
| 专利号 | 专利名称 | 专利权人 | 申请日 | 技术要点 |
|---|---|---|---|---|
| CN112624706B | 一种利用红土镍矿浸出渣制备建筑材料的方 | 武汉理工大学 | 2020.12 | 浸出渣+石灰+石膏，水热反应重构为托贝莫来石，抗压强度>15MPa |
| US11014848B2 | Method for converting HPAL residue into construction materials | FLSmidth (丹麦) | 2019.03 | 浸出渣+粉煤灰+碱性激发剂，矿相重构为沸石类矿物 |
5.2 废水中金属回收
| 专利号 | 专利名称 | 专利权人 | 申请日 | 技术要点 |
|---|---|---|---|---|
| CN111777163B | 一种从红土镍矿废水中回收镍钴的方法 | 广东工业大学 | 2020.07 | 螯合树脂吸附+电解沉积，Ni回收率>95%，Co回收率>90% |
| WO2021000445A1 | Recovery of nickel and cobalt from HPAL wastewater | Veolia (法国) | 2020.07 | 膜分离+选择性沉淀，出水Ni<0.1mg/L |
六、专利技术路线图
第一代（2015-2018）：经验调控
代表性专利：CN110923460B（两段温度）、US10597751B2（两段浸出）
特点：基于经验的温度/酸度分段控制
第二代（2018-2020）：添加剂辅助
代表性专利：CN110643823B（硫磺添加）、CN111394590B（分散剂）
特点：通过添加剂改变矿相转化路径
第三代（2020-2022）：智能感知+自适应控制
代表性专利：CN110927164B（拉曼光谱识别）、CN111913399B（自适应控制）
特点：在线矿相识别+AI自动优化
第四代（2022-至今）：全流程闭环优化
代表性专利：AU2021203425B2（机器学习优化）、WO2021000445A1（废水回收）
特点：从浸出到废水废渣的全流程闭环优化
七、核心专利技术对比
| 技术方向 | 代表性专利 | 技术优势 | 产业化程度 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 两段温度浸出 | CN110923460B | 成熟可靠，Ni浸出率>95% | 已大规模应用 | 低品位矿(<1.2% Ni) |
| 硫磺辅助浸出 | CN110643823B | 酸耗降低20%，温度降低15℃ | 中试阶段 | 高镁矿(Mg>8%) |
| 分散剂应用 | CN111394590B | 矿浆粘度降低30%，传质效率提升 | 已工业化应用 | 高粘度矿浆 |
| 在线矿相识别 | CN110927164B | 5分钟识别矿相，精度>95% | 示范阶段 | 矿石来源多变 |
| 自适应控制 | CN111913399B | 参数波动降低60%，回收率提升2% | 示范阶段 | 大型HPAL项目 |
| 废渣资源化 | CN112624706B | 渣利用率>80%，产品附加值高 | 中试阶段 | 环保要求高的地区 |
八、专利布局建议
对于计划在该领域进行技术布局的企业，建议重点关注以下方向：
| 方向 | 现有专利数量 | 竞争激烈程度 | 建议策略 |
|---|---|---|---|
| 两段温度浸出 | 多 | 高 | 绕道或获得授权 |
| 硫磺辅助浸出 | 中等 | 中等 | 重点突破 |
| 分散剂配方 | 中等 | 中等 | 自主研发 |
| 在线矿相识别 | 少 | 低 | 抢先布局 |
| 自适应控制 | 少 | 低 | 抢先布局 |
| 废渣资源化 | 中等 | 中等 | 差异化竞争 |
核心建议：在第四代技术（智能感知+自适应控制+全流程闭环）方向加大专利布局力度，这是未来5年的技术制高点。
九、落地成功案例
云南某难处理氧化铜矿项目
该矿铜品位仅0.8%，72%的铜以类质同象被硅铝酸盐包裹，传统工艺铜浸出率不足58%。引入矿相定向重构技术后，通过超声预处理+靶向改性，铜浸出率提升至91%，年新增回收铜金属量超1200吨，直接创造经济效益超7000万元，全流程金属平衡差从2.3%压缩至0.9%。
广西某钛铁矿选矿项目
该矿钛铁矿90%以细粒连生体嵌布在脉石中，传统工艺钛精矿回收率仅40%。采用矿相定向重构技术后，通过微波诱导在钛铁矿与脉石界面生成微裂纹，钛精矿回收率提升至72%，钛精矿品位稳定达到47%，年减少钛金属流失超3万吨。
江西某低品位钨矿项目
该矿钨品位0.18%，白钨矿被石英致密包裹，传统浮选工艺钨回收率不足65%。应用矿相定向重构技术后，通过低场解离+界面调控，钨回收率提升至83%，年新增钨精矿产量超180吨，直接经济效益超4500万元。
某黄金矿山含砷难处理金矿项目
该矿金92%被黄铁矿包裹，传统氰化浸出金浸出率仅32%。采用矿相定向重构技术后，在不添加高温高压设备的前提下，金浸出率提升至88%，年新增黄金产量超150公斤，金属平衡差稳定控制在1.2%以内。