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)的限制，低端氧化鎂產(chǎn)品在國內(nèi)市場上一直占據(jù)主要市場份額，而高純氧化鎂則依賴從日本、歐洲進(jìn)口。

 

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，解決了我國自上世紀(jì)70年代開始攻關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化難題,打破了一直以來該領(lǐng)域被國外技術(shù)“卡脖子”的狀況。

 

2023年8月3日,由唐山市商務(wù)局、唐山海港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)共同舉辦的“鎂循環(huán)產(chǎn)業(yè)技術(shù)成果發(fā)布會(huì)”隆重召開。在發(fā)布會(huì)上，“研究中心”研發(fā)的“300噸級鎂電聯(lián)產(chǎn)量產(chǎn)級產(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)級產(chǎn)線落地后，電流密度將維持在5.8mA·cm－2,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、鎂清潔能源的“SWOME”綠色能源、資源新體系，為探索綠色低碳發(fā)展開辟新路徑。

 

創(chuàng)新超高純氧化鎂／電力聯(lián)產(chǎn)制備方式

 

據(jù)了解，我國每年進(jìn)口高純度海水鎂砂約40萬噸。在鋼鐵企業(yè)全面轉(zhuǎn)型升級的環(huán)境下,預(yù)計(jì)中國整個(gè)鋼鐵行業(yè)對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,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。同時(shí)，日本、歐洲等對海水合成法技術(shù)長期壟斷，致使我國不得不大量進(jìn)口,成本居高不下。

 

由“研究中心”自主研發(fā)的“原電池法超高純氧化鎂技術(shù)”以鎂金屬為陽極，以自主開發(fā)的納米級碳／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做為催化劑,可制備出最高純度達(dá)99.95％的超高純氧化鎂。相比較而言，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)生大量優(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)，更極大地填補(bǔ)了我國冶金工業(yè)中高純度氧化鎂的缺口。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)”被評為國際先進(jìn)水平。

 

顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的進(jìn)階之路

 

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)整個(gè)研發(fā)過程都伴隨著產(chǎn)業(yè)鏈條,在研發(fā)開始就考慮到了后續(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)為指導(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噸級鎂電聯(lián)產(chǎn)量產(chǎn)級產(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。

 

在落實(shí)“雙碳”中大有可為

 

隨著“300噸級鎂電聯(lián)產(chǎn)量產(chǎn)級產(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。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。

 

相比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，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)的早日實(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。作為一種絕佳的儲(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)備的國家戰(zhàn)略。

 

 

“300噸級鎂電聯(lián)產(chǎn)量產(chǎn)級產(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，在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用中迎來更為“鎂”麗的前景。

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