圖為礦冶集團680立方米浮選機在高海拔成功應用場景。受訪者供圖

一塊看起來平平無奇的石頭，經過加工后能夠用於煉鋼、發電、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展歷史，浮選則是礦石加工的重要環節，決定著礦物的最終品質。

從亦步亦趨的“跟跑”到不斷創新的“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轉型升級的關鍵節點。”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：請您介紹下什麼是浮選技術？

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，浮選法就已經被用於金銀淘洗加工過程。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應用。100多年來，浮選技術得到了很大的發展，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%的黑色金屬礦石採用浮選法處理。除了冶金，浮選還廣泛應用於造紙、農業、食品等行業。

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。填報高考志願時，我發現北京鋼鐵學院（現北京科技大學）有“物理化學”專業。作為一個農村出身的孩子，我當時對專業也不太了解，隻覺得“物理化學專業”能夠既學物理，也學化學，就報了這個。

但錄取結果一出，我發現自己被調劑到了同校的礦山基建工程設計專業。雖然沒去到自己的第一志願，但我學習后發現，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，我們開始自主研發浮選設備，陸續研制了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。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，我國第一台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，這台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，這台浮選機的研制成功，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“並跑”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“並駕齊驅”。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。現在國外還沒有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。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新？

沈政昌：一方面，隨著經濟社會的不斷發展，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，採出來基本上就可以直接用於生產磷肥，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裡？

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，我們都要保証浮選機內部流體動力學狀態相似，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，並非盲目求大。評價一台浮選機最重要的指標就是“合適”。一台浮選機要切合所處礦山規模、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。在很多西方人眼裡，中國人在設備研發等方面都不行。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，因此最后隻用了一套。但投用后，他們發現，我們的設備無論在功耗、運轉可靠性等方面，都優於國外設備，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。比如浮選機裡的電機，對方要求有澳大利亞的認証。當時我們這台設備的大電機是有認証的，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，說機器裡面的幾個小電機沒有認証，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，也要摸清當地的標准執行情況，符合當地標准體系。

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，我覺得這得益於改革開放后，我國很多大企業在國外投資礦山，他們在當地使用國產設備，起到了示范作用。可以說沒有改革開放，我們就沒有向國外展示的機會。下一步，我們要繼續擦亮中國浮選機這張名片，尤其要確保重要元器件、系統軟件的自主可控。

以科技創新促傳統產業升級

記者：當前，全球新一輪科技革命和產業變革突飛猛進。您認為浮選裝備轉型升級的方向是什麼？

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展路徑必須實現設備狀態參數控制、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展。

同時，近年來國家加快礦業綠色低碳轉型發展，推進綠色礦山建設。作為礦山生產的重要一環，我們也要努力推動浮選裝備向高效化、綠色化、低碳化發展。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，現在隻需要不到一度電。別看這節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約一度電，整體帶來的就是很大的收益。通過浮選裝備創新，我們不僅可以節約電能，還可以減少起泡劑、調整劑等藥劑的使用量，達到綜合的降碳節約。

記者：轉型升級是否帶來了新挑戰？

沈政昌：挑戰和機遇一定是並行的。在數智化轉型發展的過程中，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﹔大部分具備開採條件的礦山，都位於較為偏遠的山區，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，不利於數字化轉型。

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、數字化的發展需求，離智能化就更遠了。舉例來說，現在行業檢測礦漿濃度、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。一些創新方法在實驗室裡表現不錯，但難以應用到現實的工業生產中。在實際生產中，這些方法給出的數據不太准，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。

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，我們要加快研發一批能夠精准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境下的測量和在線數據獲取。

第二，開發行業大模型。目前，礦冶集團針對礦產資源開發利用中的十個場景，開發了十個大模型，其中一個就是浮選裝備的大模型。它可以用於解答各類專業技術問題，還可以把它用於浮選裝備的控制，提高操控的精准度。

現在浮選裝備大模型用的算法和通用大模型基本相同。如果要讓行業大模型更了解行業，關鍵點還是數據。相比於其他領域，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，研發檢測儀器和開發行業大模型，這兩步要相輔相成，協同推進。

記者：您認為實現浮選裝備高質量發展，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新與產業創新的深度融合。

比如黃金開採。現在很多金礦都位於地下，礦井深度能達到幾千米。按照慣例，人們通常把地下開採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於地下，進行初級加工，哪怕減少一半的礦石運輸量，都能節約很多資源。

所以，浮選裝備技術的創新，要和礦山各個生產環節、鏈條相結合、相匹配，實現體系化的創新協同發展，因地制宜發展新質生產力，這樣才能實現真正的高質量發展。

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。隻有找到自己的長處，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、一個平台，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。

（記者 吳葉凡 通訊員 楊為玥）

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