科技創(chuàng)新助力“鎂”夢(mèng)成真

作為精細(xì)化工產(chǎn)品和高溫耐火材料，氧化鎂廣泛應(yīng)用于航空航天電子、鋼鐵等多個(gè)領(lǐng)域。然而，由于技術(shù)的原因，低端氧化鎂產(chǎn)品在國內(nèi)市場(chǎng)占據(jù)主要市場(chǎng)份額，而高純氧化鎂則主要從國外進(jìn)口。

(相關(guān)資料圖)

在2020年，唐山海港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院轉(zhuǎn)化研究中心（以下簡(jiǎn)稱“研究中心”）自主研發(fā)的“原電池法超高純氧化鎂技術(shù)”實(shí)現(xiàn)突破，解決了我國技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化難題，打破了該領(lǐng)域被“卡脖子”的狀況。

近日，唐山市商務(wù)局、唐山海港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)共同舉辦了“鎂循環(huán)產(chǎn)業(yè)技術(shù)成果發(fā)布會(huì)”。在發(fā)布會(huì)上，研究中心研發(fā)的“300噸級(jí)鎂電聯(lián)產(chǎn)量產(chǎn)級(jí)產(chǎn)線”重磅亮相，標(biāo)志著該技術(shù)正式步入產(chǎn)業(yè)化階段。鎂電聯(lián)產(chǎn)量產(chǎn)級(jí)產(chǎn)線落地后，電流密度將維持在5.8毫安/平方厘米，每年可生產(chǎn)高純度氧化鎂300噸，產(chǎn)生綠色直流電40萬度。

同時(shí)，鎂電聯(lián)產(chǎn)量產(chǎn)級(jí)產(chǎn)線的亮相，也將打通一個(gè)囊括風(fēng)能、光能、海洋資源、鎂材料、鎂清潔能源在內(nèi)的綠色能源、資源新體系，為探索綠色低碳發(fā)展開辟新路徑。

技術(shù)突破

破解“卡脖子”難題

據(jù)了解，此前我國每年進(jìn)口高純度海水鎂砂約40萬噸。與此形成對(duì)比的是，在鋼鐵行業(yè)全面轉(zhuǎn)型升級(jí)的環(huán)境下，預(yù)計(jì)中國整個(gè)鋼鐵行業(yè)對(duì)高純度鎂砂的年需求量是140萬噸至160萬噸。

在此之前，國內(nèi)外制備氧化鎂生產(chǎn)工藝主要為礦石煅燒法和海水/鹵水提純法。其中，礦石煅燒法氧化鎂純度最高僅98.5%，無法完全滿足我國冶金等高端制造產(chǎn)業(yè)需求；另一方面，一些國家對(duì)海水合成法技術(shù)長期壟斷，致使我國進(jìn)口氧化鎂成本較高。

由研究中心自主研發(fā)的“原電池法超高純氧化鎂技術(shù)”是以鎂金屬為陽極，以自主開發(fā)的納米級(jí)碳/非貴金屬基催化劑為復(fù)合陰極，突破性地使用了碳基高分子作為催化劑，可制備出最高純度達(dá)99.95%的超高純氧化鎂。相比較而言，研究中心自主研發(fā)的原電池法制備成本更低，工藝路線更短，產(chǎn)品成品率更高，工藝更穩(wěn)定，且生產(chǎn)過程無（低）能耗，并能產(chǎn)生大量?jī)?yōu)質(zhì)直流電，是一種綠色、高效、穩(wěn)定、低成本的高純度氧化鎂制備方式。

“原電池法超高純氧化鎂技術(shù)”不僅實(shí)現(xiàn)了超高純氧化鎂的高效和清潔生產(chǎn)，同時(shí)更好地滿足了我國冶金工業(yè)中對(duì)高純度氧化鎂的需求。2020年12月，在河北省科學(xué)技術(shù)廳的科技成果鑒定中，“原電池法超高純氧化鎂技術(shù)”被評(píng)為國際先進(jìn)水平。

進(jìn)階之路

凝聚智慧的結(jié)晶

每一項(xiàng)科技創(chuàng)新成果的問世，背后都離不開研發(fā)團(tuán)隊(duì)的努力，“原電池法超高純氧化鎂技術(shù)”的研發(fā)也不例外，凝聚了科研人員智慧的結(jié)晶。

作為北京理工大學(xué)面向河北的重要窗口和橋梁，研究中心在唐山市海港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的大力支持下，于2020年5月成立。研究中心充分發(fā)揮大學(xué)在人才培養(yǎng)、科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)提升等方面的作用，大力促進(jìn)校企軍民結(jié)合，打造一批具有鮮明特色的“產(chǎn)、學(xué)、研、用、資”創(chuàng)新載體，科學(xué)規(guī)劃、合理布局，逐步形成較完善的區(qū)域創(chuàng)新體系，以強(qiáng)大生命力為地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供長效支撐。

研究中心通過政府引導(dǎo)、市場(chǎng)主導(dǎo)的創(chuàng)新模式，促進(jìn)科技產(chǎn)業(yè)融合，走出了一條具有地方特色的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的創(chuàng)新路徑。

“原電池法超高純氧化鎂技術(shù)”是研究中心聚焦的四大核心技術(shù)之一。這項(xiàng)技術(shù)的整個(gè)研發(fā)過程都與產(chǎn)業(yè)鏈條緊密結(jié)合，在研發(fā)開始就考慮到后續(xù)產(chǎn)品社會(huì)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)合，利用高效、可循環(huán)的生產(chǎn)方式，為該領(lǐng)域的發(fā)展帶來了強(qiáng)大的推動(dòng)力。

“原電池法超高純氧化鎂技術(shù)”的誕生，是一個(gè)在拓?fù)鋷缀螌W(xué)指導(dǎo)下的電化學(xué)、材料化學(xué)、機(jī)械學(xué)、催化化學(xué)等多學(xué)科融合的技術(shù)成果。整個(gè)技術(shù)研發(fā)過程中，每一個(gè)應(yīng)用到的材料和實(shí)驗(yàn)方法，都是前所未有的，也都是綜合性和高度復(fù)雜的修正過程。在研發(fā)過程中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)攻克了多個(gè)技術(shù)難關(guān)。

2020年12月，原電池法超高純氧化鎂/電力聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目技術(shù)成果正式發(fā)布；2021年6月，打通技術(shù)落地的“最后一公里”，原電池法超高純氧化鎂技術(shù)千噸生產(chǎn)線舉行啟動(dòng)儀式。在經(jīng)過兩年多時(shí)間的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)，“300噸級(jí)鎂電聯(lián)產(chǎn)量產(chǎn)級(jí)產(chǎn)線”成功落地，技術(shù)創(chuàng)新取得階段性重大成果，預(yù)計(jì)在半年到一年的時(shí)間內(nèi)可實(shí)現(xiàn)千噸以上的量產(chǎn)規(guī)模。

前景廣闊

在落實(shí)“雙碳”行動(dòng)中大有可為

“300噸級(jí)鎂電聯(lián)產(chǎn)量產(chǎn)級(jí)產(chǎn)線”的落地，將助力鋼鐵、水泥、玻璃等傳統(tǒng)行業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)。以鋼鐵行業(yè)為例，氧化鎂是堿性耐火材料最核心原材料，超高純度氧化鎂可有效降低鋼的非金屬夾雜，提高抗疲勞性能、韌性、塑性和耐腐蝕性，對(duì)推動(dòng)鋼鐵行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈再造和價(jià)值鏈提升具有重大意義。

相較于礦石煅燒法和海水/鹵水提純法，“原電池法超高純氧化鎂技術(shù)”具備一個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)，就是生產(chǎn)工藝零能耗、生產(chǎn)過程零排放，生產(chǎn)過程中不排放任何液體、氣體和廢棄的固體物。通過該技術(shù)制備出的高純度氧化鎂不僅將作為耐火材料，大量應(yīng)用于鋼鐵冶煉過程，促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的節(jié)能減排，更可以用于制備新能源材料和光催化材料，在環(huán)境保護(hù)、能源開發(fā)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。這將有助于推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)早日實(shí)現(xiàn)。

值得一提的是，在發(fā)布會(huì)上，“鎂循環(huán)”成為一個(gè)高度關(guān)注的熱詞。作為一種極佳的儲(chǔ)能材料，鎂具有運(yùn)輸安全、綠色環(huán)保、放電過程可控等優(yōu)點(diǎn)。由于鎂和氧化鎂之間的轉(zhuǎn)換是可逆的，所以它可以作為能量載體，替代碳循環(huán)成為長期能源儲(chǔ)存資源。以無污染的鎂循環(huán)來代替碳循環(huán)能源，有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和能源儲(chǔ)備。

“300噸級(jí)鎂電聯(lián)產(chǎn)量產(chǎn)級(jí)產(chǎn)線”的落地，將是我國超高純氧化鎂技術(shù)研發(fā)的新起點(diǎn)。隨著高質(zhì)量發(fā)展的不斷深入，“原電池法超高純氧化鎂技術(shù)”也將憑借其突出優(yōu)勢(shì)，在其應(yīng)用的行業(yè)領(lǐng)域中迎來更為“鎂”麗的前景。 文/張揚(yáng)

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