全球鎢廢綜合利用專利趨勢和技術(shù)發(fā)展

徐笑陽 ，劉新敏 ，成 飛 ，方 慧

（1.景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)知識產(chǎn)權(quán)信息中心，江西 景德鎮(zhèn) 333001；2.江西省陶瓷知識產(chǎn)權(quán)信息中心，江西 景德鎮(zhèn) 333001；3.贛州有色冶金研究所，江西 贛州 341000）

1 樣本檢索

鎢在國民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代國防中是不可代替的戰(zhàn)略性金屬，也是我國優(yōu)勢金屬。由于鎢資源稀缺，美國、俄羅斯等大國先后建立了鎢的戰(zhàn)略部署，雖然我國鎢資源儲量豐富，居全球首位，但經(jīng)過近60年的粗放式開采利用，鎢儲量已從建國時(shí)占世界儲量的65%下降到37.7%，鎢資源優(yōu)勢迅速減弱[1-4]。此外，鎢生產(chǎn)過程中會造成部分鎢資源浪費(fèi)，對環(huán)境造成很大污染。雖然政府及時(shí)出臺了相關(guān)政策，有效保障了鎢礦有序開采；然而，鎢的用量仍然隨社會的發(fā)展不斷增大，為彌補(bǔ)原鎢資源不足，鎢廢綜合利用的研究迫在眉睫[5-7]。

由于鎢資源的戰(zhàn)略地位及其稀缺處理，全球一些國家和政府都很重視鎢廢料的再生利用，尤其在美國、日本、以色列、瑞典、德國、俄羅斯等國表現(xiàn)突出。美國肯納金屬公司利用堿蒸煮冶煉鎢廢料制作再生鎢，伴隨產(chǎn)生的母液可循環(huán)利用，減少了銨鹽排放對環(huán)境的污染和破壞[8]；日本的新金屬公司對鎢廢料采用氧化焙燒法生成碳化鎢[9]；以色列Metek金屬工藝公司對硬質(zhì)合金廢料鹽浴分離和化學(xué)萃取制備鎢粉和碳化鎢等產(chǎn)品，該方法獨(dú)特且高效，已在美國等主要工業(yè)化國家申請了專利[10]；瑞典山特維克公司在奧地利收購了Wolfram Bergbau鎢生產(chǎn)商，其業(yè)務(wù)包括碳化鎢回收工藝，生產(chǎn)操作均清潔、高效；德國斯達(dá)可公司擁有跨國的鎢廢料回收網(wǎng)絡(luò)，其優(yōu)勢在于價(jià)格低廉，并在格斯拉廠對鎢廢料進(jìn)行處理，形成的再生鎢約占整個(gè)企業(yè)鎢原料的1/3；俄羅斯擁有專業(yè)化的再生有色金屬研究所，研發(fā)了著名的含鎢廢料選冶聯(lián)合流程[11]。國內(nèi)企業(yè)也在不斷探索和研究鎢廢綜合利用的方法，如廈門鎢業(yè)開發(fā)了“氧化熔煉法”廢鎢綜合回收技術(shù)，在低品位鎢礦回收研究中開發(fā)了“射流浮選機(jī)”等[12]。

本文以中國國家知識產(chǎn)權(quán)局專利數(shù)據(jù)庫、科睿唯安 Derwent Innovation（DI）和 IncoPat科技創(chuàng)新情報(bào)為基礎(chǔ)，表達(dá)式為（TI=（（鎢or APT or硬質(zhì)合金））and TI=（回收 or處理））or（TI=（廢）and TI=（（鎢 or APT or硬質(zhì)合金））），檢索了截至2017年10月31日的鎢廢利用技術(shù)專利數(shù)據(jù)為樣本，并進(jìn)行人工篩選和標(biāo)引，檢索到符合要求的鎢廢綜合利用專利申請共計(jì)1 183件。并對鎢廢綜合利用專利的發(fā)展趨勢、技術(shù)領(lǐng)引者、技術(shù)構(gòu)成和技術(shù)需求進(jìn)行分析，可有效跟蹤全球鎢廢綜合利用技術(shù)動(dòng)態(tài)，發(fā)現(xiàn)技術(shù)熱點(diǎn)和空白點(diǎn)，避免重復(fù)研究，為我國鎢廢綜合利用技術(shù)提供研究依據(jù)。

2 鎢廢綜合利用專利信息分析

2.1 全球鎢廢綜合利用趨勢分析

自1909年首件鎢廢專利：鎢廢提取釩、鉬、鎢及類似金屬化合物或與之相關(guān)的改進(jìn)。（公開號：GB191026777A）申請以來，相關(guān)技術(shù)專利陸續(xù)申請，共申請1 183件鎢廢相關(guān)專利，其中在華申請301件，國外申請882件，分別占總量的比例為25.44%和74.56%。可見相關(guān)專利在華布局量較大，占全球1/4，一方面是因?yàn)閲馄髽I(yè)重視在華市場，另一方面是由于國內(nèi)企業(yè)發(fā)展需求和政府政策引導(dǎo)等因素影響，十分重視鎢廢綜合利用技術(shù)投入和研發(fā)。

但由圖1可以看出，首件鎢廢專利申請以來一直到20世紀(jì)50年代初，該領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量不多，并非每年都有專利申請，且每年的專利申請都未超過5件，這主要是因?yàn)殒u廢綜合利用技術(shù)都較為復(fù)雜，成本投入較高，一般申請人不會輕易嘗試申請，且相關(guān)政策尚未發(fā)布，暫無強(qiáng)制要求。從20世紀(jì)50年代初期一直到20世紀(jì)90年代初期，該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展進(jìn)入進(jìn)一步的發(fā)展調(diào)整期，專利申請量開始快速增加，在1985年申請量達(dá)到這個(gè)階段的最大值，當(dāng)年申請量為69件，相較于前期已經(jīng)有了極大的發(fā)展，然而20世紀(jì)90年代初期受蘇聯(lián)解體和金融危機(jī)等國際政治、經(jīng)濟(jì)環(huán)境的影響出現(xiàn)了一段時(shí)間的專利申請遞減時(shí)期。我國自1985年開始專利申請以來，國內(nèi)企業(yè)和科研院所在該領(lǐng)域進(jìn)行了專利申請，可見國內(nèi)相關(guān)單位開始對鎢廢綜合利用技術(shù)的重視。然而在1985—2003年我國在該領(lǐng)域?qū)＠^少，直到2004年以后，隨著國家環(huán)保政策的不斷調(diào)整，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)對該領(lǐng)域的重視程度逐漸加強(qiáng)，專利申請量快速增長。推動(dòng)整個(gè)鎢廢綜合利用領(lǐng)域?qū)＠暾堖M(jìn)入快速發(fā)展期，2014年專利申請量達(dá)到最大，年申請量為68件。

圖1 全球鎢廢綜合利用專利申請量發(fā)展趨勢Fig.1 Development trend of patent application for tungsten waste comprehensive utilization in the world

2.2 鎢廢綜合利用技術(shù)領(lǐng)引者分析

圖2為全球鎢廢綜合利用專利申請總量前十申請人的專利申請趨勢圖，其中中國申請人5家，分別是中南大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、江西鎢業(yè)控股集團(tuán)有限公司、中國華電工程（集團(tuán)）有限公司、自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司；美國申請人3家，分別是美國電信公司、聯(lián)合碳化物公司、AMAX公司；英國申請人1家，因特洛克斯化工有限公司；日本申請人1家，三菱金屬株式會社。由圖2可知，中國申請人除自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司外，其他申請人都是在2008年以后開始加速鎢廢綜合利用專利的申請布局，近幾年專利申請活躍度較高。而美國和英國申請人在20世紀(jì)90年代初，就進(jìn)行了大量的布局，但是此后布局量急劇減少，可見美國相關(guān)研究人員在此領(lǐng)域的研究重心轉(zhuǎn)移。而日本申請人在此領(lǐng)域的布局與中國類似，之前已經(jīng)有所布局，但是一段時(shí)間出現(xiàn)了技術(shù)停滯，直到2008年以后，相關(guān)技術(shù)取得突破，專利申請量持續(xù)增加。

由于鎢廢綜合利用領(lǐng)域?qū)＠暾埖奶厥庑?，對近十年全球鎢廢利用領(lǐng)域申請量排名前十的申請人進(jìn)行重點(diǎn)分析。如圖3所示為近十年全球該領(lǐng)域?qū)＠暾埩颗琶笆暾埲说膶＠暾堏厔輬D，由圖3可知，其中中國申請人8家，分別為：江西鎢業(yè)控股集團(tuán)有限公司、中南大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、中國華電工程（集團(tuán)）有限公司、崇義章源鎢業(yè)股份有限公司、贛州亞泰鎢業(yè)有限公司、廈門鎢業(yè)股份有限公司、自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司。韓國申請人1家，韓國陶瓷工程技術(shù)研究所；日本申請人1家，三菱金屬株式會社。與全球鎢廢利用專利申請總量前十的申請人相比，前十申請人已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，只有江西鎢業(yè)控股集團(tuán)有限公司、中南大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司和三菱金屬株式會社保持在榜，其他申請人已經(jīng)跌出前十。其中，中國申請人整體活躍度較高，只有自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司近幾年在該領(lǐng)域的專利申請有所下降，而日本三菱金屬株式會社在該領(lǐng)域保持著專利申請，技術(shù)儲備雄厚，值得相關(guān)企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)借鑒和學(xué)習(xí)，韓國也是近幾年不斷加大在該領(lǐng)域的研發(fā)投入，技術(shù)發(fā)展較快，其中韓國陶瓷工程技術(shù)研究所就是其中的代表，也是值得關(guān)注研究。

圖2 專利申請總量前十申請人的專利申請趨勢Fig.2 Patent application trend of the top 10 applicants

圖3 2007—2016年專利申請量排名前十申請人的專利申請趨勢Fig.3 Patent application trend of the Top 10 applicants from 2007 to 2016

2.3 鎢廢綜合利用技術(shù)構(gòu)成分析

由圖4可知，鎢廢綜合利用技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)主要集中在廢鎢回收金屬，廢水、廢氣處理和鎢廢再利用以及其他研究4個(gè)方面，所占總申請量的比例分別為：48.88%、12.35%、18.40%和 20.37%，可見前面3個(gè)方向?yàn)楝F(xiàn)階段的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。其中，廢鎢回收金屬方向是研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，可細(xì)分為：廢料回收裝置、含鎢合金回收鎢、硬質(zhì)合金回收鎢、廢催化劑回收鎢和廢鎢礦回收鎢，分別在該技術(shù)方向所占的比例為：13.67%、23.06%、16.62%、20.11%和26.54%；其次為鎢廢再利用方向，可細(xì)分為：制備仲鎢酸銨（APT）等、制備硬質(zhì)合金、制備鎢粉等中間產(chǎn)品、制備涂層、制備鎢催化劑和其他應(yīng)用，分別在該技術(shù)方向所占的比例為：35.00%、32.14%、20.00%、1.43%、1.43%和10.00%；廢水、廢氣處理也是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，其中主要分為兩分支分別為：方法和裝置系統(tǒng)，所占比例分別為68.93%和31.07%。

各技術(shù)分支的發(fā)展趨勢，如圖5所示。由圖5可知，含鎢合金回收鎢和廢鎢礦回收鎢兩個(gè)技術(shù)一直是研究重點(diǎn)，自鎢廢利用技術(shù)專利申請以來，一直保持著穩(wěn)定的發(fā)展，是各申請人研究的熱點(diǎn)。而鎢廢回收金屬其他分支開始時(shí)間較晚，但是都保持了較為平穩(wěn)的增長態(tài)勢。鎢廢再利用技術(shù)由于技術(shù)難度較大，其開始時(shí)間較晚，直到20世紀(jì)70年代初期才開始出現(xiàn)。但是近幾年由于鎢礦的不斷消耗，鎢廢再利用技術(shù)將會繼續(xù)保持較高的研發(fā)熱度和速度，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)應(yīng)該加大該領(lǐng)域的關(guān)注力度和研究力度。鎢廢綜合利用技術(shù)中的廢水、廢氣處理技術(shù)直到20世紀(jì)60年代末才出現(xiàn)，其中處理方法的出現(xiàn)時(shí)間較早，而相關(guān)設(shè)備的研發(fā)相對而言較晚，但近幾年已經(jīng)保持了同步的發(fā)展態(tài)勢，是該領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)。

圖5 各技術(shù)分支發(fā)展趨勢Fig.5 Development trend of each branch of technology

2.4 鎢廢綜合利用技術(shù)發(fā)展需求分析

圖6為鎢廢綜合利用技術(shù)需求趨勢圖，相關(guān)研究人員主要追求的是如何提高環(huán)境效益、增加經(jīng)濟(jì)效益、簡化工藝流程、提高處理效率、提高回收率和優(yōu)化結(jié)構(gòu)。自相關(guān)專利開始申請以來，如何提高環(huán)保效益是研發(fā)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，比較而言，其他需求發(fā)展較為緩慢。然而，從20世紀(jì)70年代后期對其他發(fā)展需求也開始不斷加強(qiáng)，除裝備方面的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，其他方面發(fā)展趨勢幾乎保持一致，特別是2008年以后，各技術(shù)需求快速發(fā)展，優(yōu)化結(jié)構(gòu)也快速發(fā)展，可見相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)逐漸成為大家關(guān)注的重點(diǎn)。

圖6 技術(shù)發(fā)展需求趨勢Fig.6 Demand trend of technical development

2.5 鎢廢綜合利用技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)及空白點(diǎn)

由圖7可知，如何提高環(huán)保效益、提高回收率和增加經(jīng)濟(jì)效益是各技術(shù)發(fā)展不斷所追求的，如何簡化工藝流程則是廢水、廢氣處理方法、廢鎢礦回收鎢、廢催化劑回收鎢以及制備硬質(zhì)合金等技術(shù)分支的研發(fā)重點(diǎn)。對于處理效率的提高主要是廢鎢回收金屬技術(shù)分支所追求的，而優(yōu)化結(jié)構(gòu)可以在一定程度上顯示出各技術(shù)分支對于裝置設(shè)備研發(fā)的重視程度。同時(shí)，由圖7可見，在鎢廢再利用方面的制備涂層和制備鎢催化劑方面由于技術(shù)難度和經(jīng)濟(jì)因素等，研究較為困難，但是專利壁壘較小，可作為部分企業(yè)的技術(shù)突破點(diǎn)。

圖7 鎢廢綜合利用技術(shù)功效矩陣圖Fig.7 Technical efficiency matrix diagram for comprehensive utilization of tungsten waste

由圖8可見，各國對于技術(shù)分支的研究關(guān)注程度也不盡相同，我國對于各技術(shù)的研究較為全面，這主要是因?yàn)槲覈S富的鎢礦資源，有眾多企業(yè)進(jìn)行著生產(chǎn)研發(fā)。而美國主要關(guān)注的是廢催化劑回收鎢、廢鎢礦回收鎢以及含鎢合金回收鎢；日本主要側(cè)重于廢水、廢氣處理技術(shù)的研發(fā)，國內(nèi)科研單位可加強(qiáng)對日本企業(yè)在該領(lǐng)域研究的關(guān)注力度；韓國側(cè)重于硬質(zhì)合金回收鎢和制備鎢粉等中間產(chǎn)品；英國較為注重廢鎢礦回收鎢和含鎢合金回收鎢；俄羅斯和德國在含鎢合金回收鎢方面有著一定的研究實(shí)力；澳大利亞在廢催化劑回收鎢方面的研究重視程度較高；烏克蘭和法國則是在廢鎢礦回收鎢和含鎢合金回收鎢方面有一定的研究。同時(shí)，各國也存在很多技術(shù)研發(fā)空白點(diǎn)，這應(yīng)是我國在該領(lǐng)域技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)彎道超車的重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)。

圖8 專利申請量前十申請國技術(shù)關(guān)注分布Fig.8 Distribution of technical concerns in the first ten applicant countries

3 結(jié)論

本文基于專利信息分析對全球鎢廢綜合利用進(jìn)行了分析，得出主要結(jié)論有：

（1）國外從1909年開始有鎢廢回收專利申請，在20世紀(jì)60年代到80年代鎢廢綜合利用研究得到突破。中國從1985年開始第一項(xiàng)鎢廢利用開始申請之后，經(jīng)過一段初步探索及國家政策的推動(dòng)，從2004年開始在該領(lǐng)域得到快速發(fā)展，專利申請逐漸快速增多。

（2）中國、美國和日本申請人在該領(lǐng)域申請量占據(jù)前十，其中美國申請人均在2000年以后技術(shù)轉(zhuǎn)型，未有鎢廢專利申請。在2007—2016年的申請人排名中，中國申請人占8家，韓國和日本各1家，這些申請人是鎢廢利用技術(shù)的領(lǐng)引者。

（3）鎢廢綜合利用領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)主要集中在廢鎢回收金屬，廢水、廢氣處理和鎢廢再利用等方面，其中廢鎢回收金屬和廢水、廢氣處理一直是研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，鎢廢再利用由于難度較大，發(fā)展較慢，尤其是廢鎢再制備涂層和催化劑。

（4）鎢廢綜合利用最終的需求主要體現(xiàn)在提高環(huán)境效益，之后則關(guān)注增加經(jīng)濟(jì)效益、簡化工藝流程、提高處理效率、提高回收率和優(yōu)化結(jié)構(gòu)等。

（5）提高環(huán)保效益、提高回收率和增加經(jīng)濟(jì)效益是鎢廢研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，鎢廢再利用方面的制備涂層和制備鎢催化劑方面是研究空白點(diǎn)，專利壁壘小，可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破；另外，各國在研究鎢廢利用技術(shù)側(cè)重點(diǎn)不盡相同，如中國各技術(shù)的研究較為全面；美國主要關(guān)注的是廢催化劑回收鎢、廢鎢礦回收鎢以及含鎢合金回收鎢；日本主要側(cè)重于廢水、廢氣處理技術(shù)的研發(fā)；韓國側(cè)重于硬質(zhì)合金回收鎢和制備鎢粉等中間產(chǎn)品等。