矿相定向重构技术

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。