高純硫酸錳研發(fā)專利分析與展望

文 蓉，甘利華，劉作華，陶長元，楊 勇，陳南雄

(1. 西南大學(xué) 圖書館，重慶 400715； 2. 西南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 400715； 3. 重慶大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 401331； 4. 中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司 大新錳礦分公司，廣西 大新 532315)

高純硫酸錳研發(fā)專利分析與展望

文 蓉1，甘利華2，劉作華3，陶長元3，楊 勇4，陳南雄4

(1. 西南大學(xué) 圖書館，重慶 400715； 2. 西南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 400715； 3. 重慶大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 401331； 4. 中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司 大新錳礦分公司，廣西 大新 532315)

硫酸錳是一種基礎(chǔ)化工原料，已經(jīng)廣泛使用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的很多方面。近年來，硫酸錳的用途得到進(jìn)一步的拓展和深化。檢索了自1990年以來有關(guān)硫酸錳的相關(guān)專利及論文,從文獻(xiàn)計量學(xué)的角度分析了硫酸錳的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。工業(yè)硫酸錳的制備和生產(chǎn)已經(jīng)規(guī)模化，中國在硫酸錳的生產(chǎn)與研發(fā)方面有堅實基礎(chǔ)和強大實力；電池級高純硫酸錳的制備方法已經(jīng)開發(fā)出來，但是成本有待降低；中國需要進(jìn)一步強化高純硫酸錳的生產(chǎn)和純化工藝的開發(fā)。

硫酸錳；文獻(xiàn)計量學(xué)；專利；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

0 前 言

硫酸錳是錳系化學(xué)物質(zhì)的典型代表，可以用于生產(chǎn)金屬錳、其它錳鹽和錳氧化物,廣泛應(yīng)用于能源、醫(yī)藥、化肥、飼料、食品、造紙、催化劑等行業(yè)。另外，硫酸錳自身還可以直接應(yīng)用于電池、超級電容器等領(lǐng)域[1]。

專利是保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)和潛在經(jīng)濟利益的工具，也是相關(guān)領(lǐng)域或產(chǎn)品的研究成果的外在表現(xiàn)形式。硫酸錳是一種具有廣泛用途的化學(xué)物質(zhì)，在硫酸錳的研發(fā)過程中，研究人員要么是開發(fā)新的用途，要么是改善固有應(yīng)用中的成本和效率。相應(yīng)地，研究成果通常是以專利的形式出現(xiàn)。因此,要了解和把握硫酸錳的相關(guān)研發(fā)情況,需要檢索專利。目前,系統(tǒng)而有效的專利檢索平臺之一是中國國家知識產(chǎn)權(quán)局(State Intellectual Property Office)的專利檢索及分析平臺。

應(yīng)用研究需要有基礎(chǔ)研究作為前提和基礎(chǔ)，論文是相關(guān)領(lǐng)域或產(chǎn)品涉及的基礎(chǔ)科學(xué)問題的研究成果的呈現(xiàn)形式。為了評估硫酸錳的研發(fā)前景，也需要檢索和分析基礎(chǔ)研究成果，即論文。目前,系統(tǒng)而有效的論文檢索平臺之一是Web of Science。

因此，本文討論所依據(jù)的數(shù)據(jù)來自于國家知識產(chǎn)權(quán)局的專利檢索結(jié)果和Web of Science的論文檢索結(jié)果。

1 專利檢索結(jié)果與分析

關(guān)鍵詞檢索法可以檢索到分布在不同專利分類中的相關(guān)技術(shù)或發(fā)明，檢索結(jié)果是全面的。因此，本文采用的是關(guān)鍵詞檢索法，檢索結(jié)果見表1(檢索詞：Manganese sulfate)。

表1 1990-2016年有關(guān)硫酸錳的世界專利數(shù)

從表1可以看出：上個世紀(jì)90年代早期，日本的有關(guān)硫酸錳的專利數(shù)居首，其次為美國，中國的專利居于第3位。從上個世紀(jì)90年代后期開始，中國的專利數(shù)有較快增長，2005-2009年的專利數(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)超美國和日本，最近幾年更是爆炸式增長，比其他幾個主要國家的總和還多。主要原因是近年來日、美、歐等主要國家和地區(qū)在傳統(tǒng)學(xué)科的基礎(chǔ)研究上的投入減少，這是大背景；其次是日、德、英、法等沒有錳礦資源優(yōu)勢，在沒有開發(fā)出硫酸錳的特殊且規(guī)模應(yīng)用的情況下，沒有相關(guān)的產(chǎn)業(yè)需求的帶動和刺激。相反，中國的錳礦資源相對豐富，也有強大的產(chǎn)業(yè)支撐，政府對這種與經(jīng)濟建設(shè)緊密相關(guān)的研發(fā)活動的支持力度也空前增加，這些都助推了中國對硫酸錳相關(guān)產(chǎn)品和過程的研究，因此，專利數(shù)暴增。

中國是電解錳的生產(chǎn)、銷售和消費大國[2]，基礎(chǔ)研究的廣度和深度也領(lǐng)先于世界。然而，鑒于多方原因，相當(dāng)多的技術(shù)成果并沒有申請國際專利而是申請的中文專利，因此，要全面掌握硫酸錳的技術(shù)研發(fā)情況，檢索國際專利的同時，也需要檢索和分析中文專利，1990-2016年的中文專利檢索結(jié)果見圖1(檢索詞：硫酸錳)。

圖1 1990-2016年的中文專利

圖1顯示，上個世紀(jì)90年代，有關(guān)硫酸錳的中文專利較少，每年只有數(shù)十件；2000年以后，中文專利經(jīng)歷了一個高速增長，在2013年達(dá)到2 383件的頂峰，近3年逐漸減少。這個專利數(shù)量的變化與中國申請的硫酸錳相關(guān)的國際專利以及發(fā)表的論文的變化趨勢高度一致。這些數(shù)據(jù)再次印證了中國的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究在過去近20年來經(jīng)歷了翻天覆地的變化，也表明了我國在硫酸錳相關(guān)產(chǎn)品或技術(shù)的研發(fā)上具備了學(xué)術(shù)和技術(shù)突破的基礎(chǔ)。為了把握更具體的信息，我們按照地域進(jìn)行了二次檢索。得到的結(jié)果顯示，廣西的專利最多，接下來依次是湖南、貴州、北京、重慶和上海等地。根據(jù)2016年的礦產(chǎn)資源報告可知，廣西、湖南、貴州是中國錳礦相對集中的地方[3]，廣西還有中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司為代表的大型錳系產(chǎn)品生產(chǎn)與研發(fā)的跨國企業(yè)集團，資源和產(chǎn)業(yè)提供了研發(fā)動力。對于北京和上海，不是因為有礦產(chǎn)資源優(yōu)勢，而是有科研優(yōu)勢，因而也有相對較多的專利。對于重慶，重慶大學(xué)在電解錳領(lǐng)域有較強的研發(fā)實力，重慶也有錳礦資源和錳礦企業(yè)，相應(yīng)地，專利也較多。由于新產(chǎn)品、新技術(shù)的研發(fā)實力決定于資源、產(chǎn)業(yè)以及科技人員三者的有效結(jié)合。就硫酸錳而言，需要在政府引導(dǎo)和支持下，強化廣西、湖南、貴州與北京、上海和重慶等省市的企業(yè)和科研機構(gòu)的合作，以加快研發(fā)進(jìn)度和提高資源的利用效益。

2 論文檢索結(jié)果與分析

論文是基礎(chǔ)研究成果的主要表現(xiàn)形式，專利則是應(yīng)用研究成果的主要表現(xiàn)形式。前者在發(fā)表之后希望得到同行的引用和評價，最好是引發(fā)一系列的后續(xù)研究，意在知識的傳播和共享。專利申請和公開的目的則是實施知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，讓競爭對手無從下手，意在技術(shù)的排他和壟斷。很顯然，論文和專利是有顯著區(qū)別的。然而，科技發(fā)展史證明，基礎(chǔ)研究是應(yīng)用研究的前提和基礎(chǔ)，某個領(lǐng)域的論文和專利間存在緊密的聯(lián)系。我們最近的調(diào)研也顯示，基礎(chǔ)研究實力和應(yīng)用研究實力之間是緊密的正相關(guān)關(guān)系。為了評估硫酸錳的相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，有必要調(diào)研相關(guān)的論文。鑒于此，檢索了1990-2016年世界各主要國家(地區(qū))發(fā)表的論文，詳見表2(檢索詞：Manganese sulfate)。

表2 1990-2016年主要國家(地區(qū))的研究論文

注：n為論文數(shù)、nc為被引用次數(shù)、anc為平均引用頻次，nhc為高引文數(shù)。

表2的結(jié)果顯示，在上個世紀(jì)90年代初期，美國發(fā)表的有關(guān)硫酸錳的論文最多；表1顯示，日本在上個世紀(jì)90年代申請的專利也是最多的之一。同期，中國發(fā)表的論文較少，申請的專利也比美國和日本的少。最近幾年，中國發(fā)表的論文最多，申請的專利數(shù)也居于主導(dǎo)地位。這些都清楚地表明了基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究的緊密關(guān)系，也清楚說明了中國在硫酸錳的相關(guān)研究得到迅猛發(fā)展。從論文質(zhì)量看，上個世紀(jì)90年代，法、英、美、德的論文受到最廣泛的引用，而中國的引用率很低。本世紀(jì)以來，中國發(fā)表的論文受到的引用率處于世界平均水平。從被引論文的數(shù)量看，美國最多，中國其次。綜合論文發(fā)表的體量和質(zhì)量，中國在硫酸錳的相關(guān)研究上已經(jīng)緊隨美國。

從發(fā)表的論文看，硫酸錳的合成方法和技術(shù)已經(jīng)很成熟。從近幾年來看,除了中國之外,世界范圍內(nèi)的基礎(chǔ)研究有所減弱。然而,這并不意味硫酸錳自身或其相關(guān)產(chǎn)品沒有更大的應(yīng)用前景。實際上,當(dāng)某個化學(xué)物種的實驗室制備和規(guī)模生產(chǎn)實現(xiàn)之后,相關(guān)的基礎(chǔ)研究會減少。但是, 隨著新用途的開發(fā)和要求的提高，有了前期研究和開發(fā)積累的某個技術(shù)或產(chǎn)品才有升級轉(zhuǎn)型的可能。從產(chǎn)業(yè)看,我們是全球最大的電解錳生產(chǎn)國、出口國和消費國,錳礦資源也相對豐富,這是硫酸錳深度開發(fā)利用的堅實基礎(chǔ)。從學(xué)術(shù)看，中國有世界最龐大的科技工作群體，在電解錳的研究上也有良好的積累?？梢哉f，有資源和產(chǎn)業(yè)支撐以及國家的大力支持,中國有望在硫酸錳的深度開發(fā)利用上取得突破。只是我國現(xiàn)在需要重視的是，單純的材料制備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠確保在相關(guān)行業(yè)的利益，需要跨領(lǐng)域跨學(xué)科，甚至跨行業(yè)的專利技術(shù)的集成，才能最終生產(chǎn)出有市場競爭力的產(chǎn)品。

3 高純硫酸錳研發(fā)方向分析

直接使用硫酸錳的場合并不多見，在諸如電池材料的制備中，硫酸錳是重要的組分且其純度對電池性能的影響極大。因此，如何低成本高效率地制備高純硫酸錳就是硫酸錳的應(yīng)用道路上的關(guān)鍵一環(huán)。根據(jù)檢索的專利和論文來看，要得到高純硫酸錳，需要從下面兩個方面入手：

3.1 開發(fā)新的制備硫酸錳的方法和技術(shù)

關(guān)于硫酸錳的制備技術(shù)，目前已經(jīng)工業(yè)化，但是，由于錳礦中含有鈣、鎂等金屬元素，目前的工業(yè)化制備技術(shù)難于將這些雜質(zhì)排除，因而制備得到的硫酸錳達(dá)不到期望的純度。因此，開發(fā)新的方法和技術(shù)是改變這一現(xiàn)狀的途徑之一。中信大錳的相關(guān)研究人員試圖從源頭上解決高純硫酸錳的制備問題，他們采用高純的金屬錳生產(chǎn)硫酸錳，這樣得到的硫酸錳的純度高，但是成本也高。這種思路和方法其實是將高純硫酸錳制備的難題轉(zhuǎn)移到高純金屬錳的制備這個環(huán)節(jié)，因此，加強金屬錳的熔煉和提純技術(shù)開發(fā)不但是解決硫酸錳、金屬錳的深度應(yīng)用的根本途徑之一，改進(jìn)的熔煉或提純技術(shù)也可望促進(jìn)其他金屬材料的深度利用。

3.2 工業(yè)用硫酸錳的純化工藝

如前所述，工業(yè)硫酸錳的生產(chǎn)已經(jīng)變得很容易，要得到高純硫酸錳，對工業(yè)硫酸錳進(jìn)行純化就是一個基本的途徑。在硫酸錳純化過程中，需要解決的主要問題是去除硫酸錳中含有的鈣離子、鎂離子。有人采用重結(jié)晶[4-5]和加入螯合劑[6-7]的方法來制備高純硫酸錳，這是很好的思路，不過技術(shù)尚不成熟。因此，需要從工藝和裝備去著手，努力形成核心專利群。

4 結(jié) 語

1)硫酸錳的制備和生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟，產(chǎn)品已經(jīng)廣泛于生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。

2)美國、日本為代表的發(fā)達(dá)國家在硫酸錳的深度研發(fā)上有堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，而且目前的研發(fā)投入強勁。

3)硫酸錳已經(jīng)從基礎(chǔ)研究走向應(yīng)用研究,在硫酸錳的應(yīng)用上，應(yīng)形成合力。要使得硫酸錳能在電池、電容器領(lǐng)域發(fā)揮作用，需要技術(shù)的配套和集成。因此，需要各方協(xié)調(diào)，促進(jìn)諸如汽車企業(yè)、機電與電池企業(yè)以及學(xué)校和研究機構(gòu)組建開發(fā)聯(lián)盟，形成大一統(tǒng)的研發(fā)體制并引入一定的競爭機制，加快研發(fā)進(jìn)程和提高研發(fā)效率。

[1] Mosivand S, Kazeminezhad I. A novel synthesis method for manganese ferrite nanopowders: The effect of manganese salt as inorganic additive in electrosynthesis cell[J]. Ceramics International, 2015, 41(7): 8637-8642.

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A Patent Analysis and Prospect of High-purity Manganese Sulfate

WEN Rong1, GAN Lihua2, LIU Zuohua3, TAO Changyuan3, YANG Yong4, CHEN Nanxiong4

(1.LibraryofSouthwestUniversity,Chongqing400715,China; 2.SchoolofChemicalandChemicalEngineering,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China; 3.SchoolofChemicalandChemicalEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing401331,China; 4.CITICDamengMiningIndustriesLimited,DaxinManganeseMineBranch,Daxin,Guangxi532315,China)

Manganese sulfate is a kind of basic chemical raw material, as has been widely used in many aspects of industrial and agricultural production. In recent years, the use of manganese sulfate has been further expanded. This paper reviews the relevant patents and papers on manganese sulfate since 1990. It analyzes the present situation and development trend of manganese sulfate from the perspective of bibliometrics. The main conclusion and suggestions are below: Industry-scaled production of manganese sulfate has been achieved. China has a solid foundation and strong strength in the production, research and development of manganese sulfate; Preparation technology of manganese sulfate with battery-grade purity has been developed; China needs to strengthen R & D on the production and purification process of high purity manganese sulfate.

Manganese sulfate; Bibliometrics; Patent; Research status; Development trend

2017-01-02

國家科技支撐計劃項目(2015BAB17B00)；重慶市知識產(chǎn)權(quán)局項目(20163028)

文蓉(1978-)，女，重慶豐都人，館員，研究方向：文獻(xiàn)資源檢索與利用，電話：023-68252817，E-mail：wen6@swu.edu.cn.

TF792

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.036