科技日报记者 吴叶凡 通讯员 杨为玥
一块看起来平平无奇的石头，经过加工后能够用于炼钢、发电、造车……“点石成金”的关键一步，就是矿石加工。对矿石进行加工在我国已经有上千年的发展历史，浮选则是矿石加工的重要环节，决定着矿物的最终品质。
从亦步亦趋的“跟跑”到不断创新的“领跑”，我国浮选装备研制已走过50余年的岁月。在浮选装备从无到有、从有到强的过程中，我国浮选装备研究学术带头人、中国工程院院士、矿冶科技集团有限公司（以下简称“矿冶集团”）首席科学家沈政昌作出了重大贡献。
“在新一轮科技革命的浪潮下，浮选装备也迎来了产业转型升级的关键节点。”近日，沈政昌在接受科技日报记者专访时表示，要加快检测仪表的研发工作，依托人工智能技术，推动浮选装备数字化、智能化转型。
走出自己的浮选装备研制道路
记者：请您介绍下什么是浮选技术？
沈政昌：浮选是一种根据矿物颗粒表面物理化学性质的不同，从矿石中分离有用矿物的选矿方法。在我国古代，浮选法就已经被用于金银淘洗加工过程。古人利用金粉的天然疏水性及亲油性，用沾油的鹅毛刮取浮在水面的金粉，使其与尘土等亲水性的杂质分离。
19世纪末，浮选作为一种选矿方法被明确提出。1904年，浮选设备在澳大利亚首次获得工业应用。100多年来，浮选技术得到了很大的发展，逐步实现了浮选机多样化、系列化、大型化和自动化。目前，世界上约有90%的有色金属和50%的黑色金属矿石采用浮选法处理。除了冶金，浮选还广泛应用于造纸、农业、食品等行业。
记者：您是如何与浮选装备领域结缘的？
沈政昌：我上学时对物理、化学两个学科很感兴趣。填报高考志愿时，我发现北京钢铁学院（现北京科技大学）有“物理化学”专业。作为一个农村出身的孩子，我当时对专业也不太了解，只觉得“物理化学专业”能够既学物理，也学化学，就报了这个。
但录取结果一出，我发现自己被调剂到了同校的矿山基建工程设计专业。虽然没去到自己的第一志愿，但我学习后发现，矿山机械领域和物理力学关联性很强，我对此也很感兴趣，就一直在这个领域学习。毕业后，我被分配到矿冶集团，进入浮选设备研究组，从此就与浮选装备结缘，一直到今天。
记者：上个世纪，我国浮选装备处在怎样的发展阶段？
沈政昌：我国在浮选设备研究方面起步较晚。直到20世纪50年代中期，才开始仿制苏联的米哈诺布尔型浮选机。20世纪70年代，我们开始自主研发浮选设备，陆续研制了4立方米、8立方米、14立方米容积的设备。当时我们主要跟随国外研究的脚步，处在“跟跑”阶段。
那时的科研条件比较艰苦，实验室的各种测量手段都比较匮乏。我至今还记得，40多年前，刚工作的我跟着几位老同志在湖北大冶做20立方米浮选机试验。大概是三月底的一天，天气还很冷，为了测量浮选机内的流场情况，几位老同志轮流脱下衣服，直接跳进浮选机内，用身体感受流体状态。这是我第一次直接感受到老一辈矿冶人的精神，这件事令我至今难以忘怀。
打破“跟跑”这一局面是在21世纪初。2001年，我国第一台拥有自主知识产权的50立方米大型浮选机试验成功。在选矿理论和机械结构等方面，这台浮选机都走出了一条和国外浮选机不同的道路，不再是“亦步亦趋”。因此可以说，这台浮选机的研制成功，标志着我国大型化浮选装备与国际同行站在了同一梯队。
实现从“有”到“强”的跨越
记者：初步实现“并跑”后，我国浮选装备如何一步步达到国际领先水平？
沈政昌：2010年前后，我国浮选装备完全实现了与国外设备的“并驾齐驱”。当年，我国200立方米和320立方米浮选机先后研制成功，打破了特大型浮选设备一直被西方少数发达国家垄断的局面。320立方米浮选机也是当时世界上容积最大的浮选机。此外，我国在粗颗粒浮选机、细颗粒浮选机细分领域的设备研究上，也取得了很多进展。
如今，我国已经在很多领域实现“领跑”。比如在国际上，我国是最早研制成功680立方米和800立方米浮选设备的国家。现在国外还没有800立方米浮选机。我们还成功研制了利用流态化原理进行浮选的新型设备。通过它，我们可以提前把无用的脉石矿物剔除掉，降低后续处理过程的能耗，从源头减量，推动矿产资源的绿色低碳开发。它也可以对尾矿进行再回收，实现宝贵矿产资源的极致利用。
记者：我国已经取得这些成就，为何还要不断技术创新？
沈政昌：一方面，随着经济社会的不断发展，人们对矿产资源的需求量越来越大。从小汽车到手机，都离不开矿产这一重要原材料。另一方面，现在矿产资源面临逐渐贫杂化的问题，资源禀赋较好的矿山基本枯竭。以磷矿为例，以前许多磷矿能达到30以上的品位，采出来基本上就可以直接用于生产磷肥，但如今大部分磷矿的品位连25、26都达不到。现在新能源汽车发展速度很快，磷是制作电池的重要原料。资源越来越短缺，需求却逐渐变大，面对这一矛盾，我们必须从工艺、装备、药剂、智能化等方面着手，不断升级浮选装备，提高生产效率。
记者：把浮选机容积做大难在哪里？
沈政昌：从几立方米到现在的几百立方米，这不是一个简单的放大或是把构件尺寸做大的过程。以泡沫浮选过程为例，这是矿物与杂质或一种矿物与另一种矿物分离的方法。无论多大的容积，我们都要保证浮选机内部流体动力学状态相似，否则就不能形成有效矿化，目的矿物就沾不到矿化泡沫上。另外，当矿物附着到泡沫上之后，我们还得让泡沫及时脱离矿浆。当浮选机容积变化，这些关键难点都要重新研究试验。
需要强调的是，我们不断把浮选机做大，是因为矿山实际生产提出了这一研制需要，并非盲目求大。评价一台浮选机最重要的指标就是“合适”。一台浮选机要切合所处矿山规模、矿石种类，实现经济效益、绿色低碳、安全生产等方面的平衡。
记者：如今，我国浮选机已出口南非、澳大利亚等几十个国家。在“走出去”的过程中，我国有没有遇到困难？
沈政昌：在早期我们确实遇到了一些困难。在很多西方人眼里，中国人在设备研发等方面都不行。我记得有一次，澳大利亚的一个矿山本来决定引进我们矿冶集团的两套装备，但矿山后来更换的新经理认为两套装备都用中国的设备风险太大，因此最后只用了一套。但投用后，他们发现，我们的设备无论在功耗、运转可靠性等方面，都优于国外设备，而且价格不到国外的一半。
这次走出去的经历给了我们一些经验教训。比如浮选机里的电机，对方要求有澳大利亚的认证。当时我们这台设备的大电机是有认证的，就放心地签合同了。没想到用了快一年的时间后，对方突然找到我们，说机器里面的几个小电机没有认证，要求更换。虽然小电机的质量是没有问题的，但是我们还是得按照合同支付违约金。吃一堑长一智，这件事告诉我们，设备“走出去”，不仅要靠过硬的性能，也要摸清当地的标准执行情况，符合当地标准体系。
记者：万事开头难，今天矿冶集团的浮选机已经赢得了国际的认可。
沈政昌：是的，我觉得这得益于改革开放后，我国很多大企业在国外投资矿山，他们在当地使用国产设备，起到了示范作用。可以说没有改革开放，我们就没有向国外展示的机会。下一步，我们要继续擦亮中国浮选机这张名片，尤其要确保重要元器件、系统软件的自主可控。
以科技创新促传统产业升级
记者：当前，全球新一轮科技革命和产业变革突飞猛进。您认为浮选装备转型升级的方向是什么？
沈政昌：新一轮科技革命的突出特征是数字化、信息化、智能化。浮选领域也不例外，提升装备的数智化水平是我们未来科研的着力点之一。此前，我们提出了高性能大型浮选机发展路径必须实现设备状态参数控制、工艺过程参数控制、浮选动力学过程参数检测和控制、信息化和运维智能化等五个方面的整体发展。
同时，近年来国家加快矿业绿色低碳转型发展，推进绿色矿山建设。作为矿山生产的重要一环，我们也要努力推动浮选装备向高效化、绿色化、低碳化发展。高效化的目标之一，就是实现资源的高效利用，即通过科技创新，把原本技术条件下难以选出的有用矿物“选出来”。
绿色化、低碳化的目标则是减少资源消耗。就能耗来说，以前选一吨铜，可能需要两三度电，现在只需要不到一度电。别看这节约的一两度电不起眼，现在一个大型矿山平均每天要处理几万吨的矿石，因此在选一吨铜时能够节约一度电，整体带来的就是很大的收益。通过浮选装备创新，我们不仅可以节约电能，还可以减少起泡剂、调整剂等药剂的使用量，达到综合的降碳节约。
记者：转型升级是否带来了新挑战？
沈政昌：挑战和机遇一定是并行的。在数智化转型发展的过程中，我们面临很多需要突破的难关。从外部看，现在地理位置较好、基础设施相对完善的矿山，基本都面临资源枯竭的现状，目前主要开展矿山土地复垦或是回填；大部分具备开采条件的矿山，都位于较为偏远的山区，甚至是海拔四五千米的地带，生产条件艰苦，电力、通讯等基础设施不完善，不利于数字化转型。
从技术本身看，选矿过程离不开对矿石、矿浆相关参数的检测。但目前，包括各种传感器在内的检测仪表，还远远不能适应矿山信息化、数字化的发展需求，离智能化就更远了。举例来说，现在行业检测矿浆浓度、粒度、pH值等参数的方法还比较“粗糙”，有的工序要靠工人上手去摸、用眼去看，还处在凭经验、凭感觉的阶段。一些创新方法在实验室里表现不错，但难以应用到现实的工业生产中。在实际生产中，这些方法给出的数据不太准，可靠性比较差。因此，选矿过程还是离不开人工操作，距离实现无人化、少人化、数字化生产，还面临层层挑战。
记者：为了推动浮选装备数字化、智能化转型，您认为应如何破解这些难题？
沈政昌：推动数智化转型，是一个急不得也慢不得的过程。我认为应当从以下两个方面来扎实地逐步推进。
第一，无论是数字化还是智能化，数据都是最基础的要素。要把数据“拿出来”，检测设备是关键。所以，我们要加快研发一批能够精准感知整个浮选过程的元器件。近年来，我们团队在这方面做了很多基础性的工作，比如，研制了自动充气量测量仪，矿浆相水下相机，气泡负载率测量仪和气泡特征参数测试仪等自研仪表和装置，实现了浮选过程复杂多相流环境下的测量和在线数据获取。
第二，开发行业大模型。目前，矿冶集团针对矿产资源开发利用中的十个场景，开发了十个大模型，其中一个就是浮选装备的大模型。它可以用于解答各类专业技术问题，还可以把它用于浮选装备的控制，提高操控的精准度。
现在浮选装备大模型用的算法和通用大模型基本相同。如果要让行业大模型更了解行业，关键点还是数据。相比于其他领域，浮选装备大模型数据相对完备，但很多底层数据仍是缺失的。所以，研发检测仪器和开发行业大模型，这两步要相辅相成，协同推进。
记者：您认为实现浮选装备高质量发展，还需要注重哪些方面的问题？
沈政昌：除了数字化、智能化、高效化、绿色化，我认为还要注重技术创新与产业创新的深度融合。
比如黄金开采。现在很多金矿都位于地下，矿井深度能达到几千米。按照惯例，人们通常把地下开采的所有矿石都运输到地面上，再进行加工，这样就造成了大量的资源消耗，因为矿石中黄金含量不高，运上来的大部分石头都没用。而如果我们能够把浮选装备直接置于地下，进行初级加工，哪怕减少一半的矿石运输量，都能节约很多资源。
所以，浮选装备技术的创新，要和矿山各个生产环节、链条相结合、相匹配，实现体系化的创新协同发展，因地制宜发展新质生产力，这样才能实现真正的高质量发展。
【致青年科技人才】
青年人想要成才需要“盯住一件事”。每个人都是不完美的，不要因为自己的不完美而放弃，要找到自己的长处。只有找到自己的长处，才能坚持下去，做成一些事。
此外，现在的社会，靠一个人单打独斗是很难出成绩的，一个团队、一帮人、一个平台，可能比一个人的才华更重要，所以青年人要学会合作，重视团队的力量。
——沈政昌
