全球钨废综合利用专利趋势和技术发展

徐笑阳 ，刘新敏 ，成 飞 ，方 慧

（1.景德镇陶瓷大学知识产权信息中心，江西 景德镇 333001；2.江西省陶瓷知识产权信息中心，江西 景德镇 333001；3.赣州有色冶金研究所，江西 赣州 341000）

1 样本检索

钨在国民经济和现代国防中是不可代替的战略性金属，也是我国优势金属。由于钨资源稀缺，美国、俄罗斯等大国先后建立了钨的战略部署，虽然我国钨资源储量丰富，居全球首位，但经过近60年的粗放式开采利用，钨储量已从建国时占世界储量的65%下降到37.7%，钨资源优势迅速减弱[1-4]。此外，钨生产过程中会造成部分钨资源浪费，对环境造成很大污染。虽然政府及时出台了相关政策，有效保障了钨矿有序开采；然而，钨的用量仍然随社会的发展不断增大，为弥补原钨资源不足，钨废综合利用的研究迫在眉睫[5-7]。

由于钨资源的战略地位及其稀缺处理，全球一些国家和政府都很重视钨废料的再生利用，尤其在美国、日本、以色列、瑞典、德国、俄罗斯等国表现突出。美国肯纳金属公司利用碱蒸煮冶炼钨废料制作再生钨，伴随产生的母液可循环利用，减少了铵盐排放对环境的污染和破坏[8]；日本的新金属公司对钨废料采用氧化焙烧法生成碳化钨[9]；以色列Metek金属工艺公司对硬质合金废料盐浴分离和化学萃取制备钨粉和碳化钨等产品，该方法独特且高效，已在美国等主要工业化国家申请了专利[10]；瑞典山特维克公司在奥地利收购了Wolfram Bergbau钨生产商，其业务包括碳化钨回收工艺，生产操作均清洁、高效；德国斯达可公司拥有跨国的钨废料回收网络，其优势在于价格低廉，并在格斯拉厂对钨废料进行处理，形成的再生钨约占整个企业钨原料的1/3；俄罗斯拥有专业化的再生有色金属研究所，研发了著名的含钨废料选冶联合流程[11]。国内企业也在不断探索和研究钨废综合利用的方法，如厦门钨业开发了“氧化熔炼法”废钨综合回收技术，在低品位钨矿回收研究中开发了“射流浮选机”等[12]。

本文以中国国家知识产权局专利数据库、科睿唯安 Derwent Innovation（DI）和 IncoPat科技创新情报为基础，表达式为（TI=（（钨or APT or硬质合金））and TI=（回收 or处理））or（TI=（废）and TI=（（钨 or APT or硬质合金））），检索了截至2017年10月31日的钨废利用技术专利数据为样本，并进行人工筛选和标引，检索到符合要求的钨废综合利用专利申请共计1 183件。并对钨废综合利用专利的发展趋势、技术领引者、技术构成和技术需求进行分析，可有效跟踪全球钨废综合利用技术动态，发现技术热点和空白点，避免重复研究，为我国钨废综合利用技术提供研究依据。

2 钨废综合利用专利信息分析

2.1 全球钨废综合利用趋势分析

自1909年首件钨废专利：钨废提取钒、钼、钨及类似金属化合物或与之相关的改进。（公开号：GB191026777A）申请以来，相关技术专利陆续申请，共申请1 183件钨废相关专利，其中在华申请301件，国外申请882件，分别占总量的比例为25.44%和74.56%。可见相关专利在华布局量较大，占全球1/4，一方面是因为国外企业重视在华市场，另一方面是由于国内企业发展需求和政府政策引导等因素影响，十分重视钨废综合利用技术投入和研发。

但由图1可以看出，首件钨废专利申请以来一直到20世纪50年代初，该领域专利申请数量不多，并非每年都有专利申请，且每年的专利申请都未超过5件，这主要是因为钨废综合利用技术都较为复杂，成本投入较高，一般申请人不会轻易尝试申请，且相关政策尚未发布，暂无强制要求。从20世纪50年代初期一直到20世纪90年代初期，该领域技术发展进入进一步的发展调整期，专利申请量开始快速增加，在1985年申请量达到这个阶段的最大值，当年申请量为69件，相较于前期已经有了极大的发展，然而20世纪90年代初期受苏联解体和金融危机等国际政治、经济环境的影响出现了一段时间的专利申请递减时期。我国自1985年开始专利申请以来，国内企业和科研院所在该领域进行了专利申请，可见国内相关单位开始对钨废综合利用技术的重视。然而在1985—2003年我国在该领域专利较少，直到2004年以后，随着国家环保政策的不断调整，国内相关企业对该领域的重视程度逐渐加强，专利申请量快速增长。推动整个钨废综合利用领域专利申请进入快速发展期，2014年专利申请量达到最大，年申请量为68件。

图1 全球钨废综合利用专利申请量发展趋势Fig.1 Development trend of patent application for tungsten waste comprehensive utilization in the world

2.2 钨废综合利用技术领引者分析

图2为全球钨废综合利用专利申请总量前十申请人的专利申请趋势图，其中中国申请人5家，分别是中南大学、北京工业大学、江西钨业控股集团有限公司、中国华电工程（集团）有限公司、自贡硬质合金有限责任公司；美国申请人3家，分别是美国电信公司、联合碳化物公司、AMAX公司；英国申请人1家，因特洛克斯化工有限公司；日本申请人1家，三菱金属株式会社。由图2可知，中国申请人除自贡硬质合金有限责任公司外，其他申请人都是在2008年以后开始加速钨废综合利用专利的申请布局，近几年专利申请活跃度较高。而美国和英国申请人在20世纪90年代初，就进行了大量的布局，但是此后布局量急剧减少，可见美国相关研究人员在此领域的研究重心转移。而日本申请人在此领域的布局与中国类似，之前已经有所布局，但是一段时间出现了技术停滞，直到2008年以后，相关技术取得突破，专利申请量持续增加。

由于钨废综合利用领域专利申请的特殊性，对近十年全球钨废利用领域申请量排名前十的申请人进行重点分析。如图3所示为近十年全球该领域专利申请量排名前十申请人的专利申请趋势图，由图3可知，其中中国申请人8家，分别为：江西钨业控股集团有限公司、中南大学、北京工业大学、中国华电工程（集团）有限公司、崇义章源钨业股份有限公司、赣州亚泰钨业有限公司、厦门钨业股份有限公司、自贡硬质合金有限责任公司。韩国申请人1家，韩国陶瓷工程技术研究所；日本申请人1家，三菱金属株式会社。与全球钨废利用专利申请总量前十的申请人相比，前十申请人已经发生了很大的变化，只有江西钨业控股集团有限公司、中南大学、北京工业大学、自贡硬质合金有限责任公司和三菱金属株式会社保持在榜，其他申请人已经跌出前十。其中，中国申请人整体活跃度较高，只有自贡硬质合金有限责任公司近几年在该领域的专利申请有所下降，而日本三菱金属株式会社在该领域保持着专利申请，技术储备雄厚，值得相关企业和研发机构借鉴和学习，韩国也是近几年不断加大在该领域的研发投入，技术发展较快，其中韩国陶瓷工程技术研究所就是其中的代表，也是值得关注研究。

图2 专利申请总量前十申请人的专利申请趋势Fig.2 Patent application trend of the top 10 applicants

图3 2007—2016年专利申请量排名前十申请人的专利申请趋势Fig.3 Patent application trend of the Top 10 applicants from 2007 to 2016

2.3 钨废综合利用技术构成分析

由图4可知，钨废综合利用技术领域的技术研发主要集中在废钨回收金属，废水、废气处理和钨废再利用以及其他研究4个方面，所占总申请量的比例分别为：48.88%、12.35%、18.40%和 20.37%，可见前面3个方向为现阶段的重点研究领域。其中，废钨回收金属方向是研究的热点和重点，可细分为：废料回收装置、含钨合金回收钨、硬质合金回收钨、废催化剂回收钨和废钨矿回收钨，分别在该技术方向所占的比例为：13.67%、23.06%、16.62%、20.11%和26.54%；其次为钨废再利用方向，可细分为：制备仲钨酸铵（APT）等、制备硬质合金、制备钨粉等中间产品、制备涂层、制备钨催化剂和其他应用，分别在该技术方向所占的比例为：35.00%、32.14%、20.00%、1.43%、1.43%和10.00%；废水、废气处理也是该领域研究的热点，其中主要分为两分支分别为：方法和装置系统，所占比例分别为68.93%和31.07%。

各技术分支的发展趋势，如图5所示。由图5可知，含钨合金回收钨和废钨矿回收钨两个技术一直是研究重点，自钨废利用技术专利申请以来，一直保持着稳定的发展，是各申请人研究的热点。而钨废回收金属其他分支开始时间较晚，但是都保持了较为平稳的增长态势。钨废再利用技术由于技术难度较大，其开始时间较晚，直到20世纪70年代初期才开始出现。但是近几年由于钨矿的不断消耗，钨废再利用技术将会继续保持较高的研发热度和速度，相关研究机构应该加大该领域的关注力度和研究力度。钨废综合利用技术中的废水、废气处理技术直到20世纪60年代末才出现，其中处理方法的出现时间较早，而相关设备的研发相对而言较晚，但近几年已经保持了同步的发展态势，是该领域的研发热点。

图5 各技术分支发展趋势Fig.5 Development trend of each branch of technology

2.4 钨废综合利用技术发展需求分析

图6为钨废综合利用技术需求趋势图，相关研究人员主要追求的是如何提高环境效益、增加经济效益、简化工艺流程、提高处理效率、提高回收率和优化结构。自相关专利开始申请以来，如何提高环保效益是研发的重点和热点，比较而言，其他需求发展较为缓慢。然而，从20世纪70年代后期对其他发展需求也开始不断加强，除装备方面的优化结构，其他方面发展趋势几乎保持一致，特别是2008年以后，各技术需求快速发展，优化结构也快速发展，可见相关生产设备的研发逐渐成为大家关注的重点。

图6 技术发展需求趋势Fig.6 Demand trend of technical development

2.5 钨废综合利用技术发展热点及空白点

由图7可知，如何提高环保效益、提高回收率和增加经济效益是各技术发展不断所追求的，如何简化工艺流程则是废水、废气处理方法、废钨矿回收钨、废催化剂回收钨以及制备硬质合金等技术分支的研发重点。对于处理效率的提高主要是废钨回收金属技术分支所追求的，而优化结构可以在一定程度上显示出各技术分支对于装置设备研发的重视程度。同时，由图7可见，在钨废再利用方面的制备涂层和制备钨催化剂方面由于技术难度和经济因素等，研究较为困难，但是专利壁垒较小，可作为部分企业的技术突破点。

图7 钨废综合利用技术功效矩阵图Fig.7 Technical efficiency matrix diagram for comprehensive utilization of tungsten waste

由图8可见，各国对于技术分支的研究关注程度也不尽相同，我国对于各技术的研究较为全面，这主要是因为我国丰富的钨矿资源，有众多企业进行着生产研发。而美国主要关注的是废催化剂回收钨、废钨矿回收钨以及含钨合金回收钨；日本主要侧重于废水、废气处理技术的研发，国内科研单位可加强对日本企业在该领域研究的关注力度；韩国侧重于硬质合金回收钨和制备钨粉等中间产品；英国较为注重废钨矿回收钨和含钨合金回收钨；俄罗斯和德国在含钨合金回收钨方面有着一定的研究实力；澳大利亚在废催化剂回收钨方面的研究重视程度较高；乌克兰和法国则是在废钨矿回收钨和含钨合金回收钨方面有一定的研究。同时，各国也存在很多技术研发空白点，这应是我国在该领域技术层面实现弯道超车的重点关注点。

图8 专利申请量前十申请国技术关注分布Fig.8 Distribution of technical concerns in the first ten applicant countries

3 结论

本文基于专利信息分析对全球钨废综合利用进行了分析，得出主要结论有：

（1）国外从1909年开始有钨废回收专利申请，在20世纪60年代到80年代钨废综合利用研究得到突破。中国从1985年开始第一项钨废利用开始申请之后，经过一段初步探索及国家政策的推动，从2004年开始在该领域得到快速发展，专利申请逐渐快速增多。

（2）中国、美国和日本申请人在该领域申请量占据前十，其中美国申请人均在2000年以后技术转型，未有钨废专利申请。在2007—2016年的申请人排名中，中国申请人占8家，韩国和日本各1家，这些申请人是钨废利用技术的领引者。

（3）钨废综合利用领域的技术研发主要集中在废钨回收金属，废水、废气处理和钨废再利用等方面，其中废钨回收金属和废水、废气处理一直是研究的热点和重点，钨废再利用由于难度较大，发展较慢，尤其是废钨再制备涂层和催化剂。

（4）钨废综合利用最终的需求主要体现在提高环境效益，之后则关注增加经济效益、简化工艺流程、提高处理效率、提高回收率和优化结构等。

（5）提高环保效益、提高回收率和增加经济效益是钨废研究的重点和热点，钨废再利用方面的制备涂层和制备钨催化剂方面是研究空白点，专利壁垒小，可以实现技术突破；另外，各国在研究钨废利用技术侧重点不尽相同，如中国各技术的研究较为全面；美国主要关注的是废催化剂回收钨、废钨矿回收钨以及含钨合金回收钨；日本主要侧重于废水、废气处理技术的研发；韩国侧重于硬质合金回收钨和制备钨粉等中间产品等。