作為精細化工產品和高溫耐火材料，氧化鎂廣泛應用于航空航天電子、鋼鐵等多個領域。然而，由于技術的限制，低端氧化鎂產品在國內市場上一直占據主要市場份額，而高純氧化鎂則依賴從日本、歐洲進口。

 

在2020年,唐山海港經濟開發區北京理工大學機械與車輛學院轉化研究中心（以下簡稱“研究中心”）自主研發的“原電池法超高純氧化鎂”技術實現突破，解決了我國自上世紀70年代開始攻關的技術和產業化難題,打破了一直以來該領域被國外技術“卡脖子”的狀況。

 

2023年8月3日,由唐山市商務局、唐山海港經濟開發區管理委員會共同舉辦的“鎂循環產業技術成果發布會”隆重召開。在發布會上，“研究中心”研發的“300噸級鎂電聯產量產級產線”重磅亮相，標志著該技術正式步入產業化階段。鎂電聯產量產級產線落地后，電流密度將維持在5.8mA·cm－2,每年可生產高純度氧化鎂300噸，產生綠色直流電40萬度。

 

 

同時，鎂電聯產量產級產線的亮相，也將打通一個囊括風能、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，為探索綠色低碳發展開辟新路徑。

 

創新超高純氧化鎂／電力聯產制備方式

 

據了解，我國每年進口高純度海水鎂砂約40萬噸。在鋼鐵企業全面轉型升級的環境下,預計中國整個鋼鐵行業對高純度鎂砂的年需求量是140萬噸至160萬噸。

 

在此之前，國內外制備氧化鎂生產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業需求。同時，日本、歐洲等對海水合成法技術長期壟斷，致使我國不得不大量進口,成本居高不下。

 

由“研究中心”自主研發的“原電池法超高純氧化鎂技術”以鎂金屬為陽極，以自主開發的納米級碳／非貴金屬基催化劑為復合陰極，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，產品成品率更高，工藝更穩定，且生產過程無（低）能耗，并能產生大量優質直流電，是一種綠色、高效、穩定、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”不僅實現了超高純氧化鎂的高效和清潔生產，更極大地填補了我國冶金工業中高純度氧化鎂的缺口。2020年12月,在河北省科學技術廳的科技成果鑒定中，“原電池法超高純氧化鎂技術”被評為國際先進水平。

 

顛覆性技術創新的進階之路

 

每一項科技創新成果的問世，背后都離不開研發團隊的努力，“原電池法超高純氧化鎂”技術的研發也不例外，凝聚了科研人員智慧的結晶。

 

作為北京理工大學面向河北的重要窗口和橋梁，“研究中心”在唐山市海港區的大力支持下,于2020年5月成立。“研究中心”充分發揮大學在人才培養、科技創新、產業提升等方面的作用,大力促進校企軍民結合，打造一批具有鮮明特色的“產、學、研、用、資”創新載體,科學規劃、合理布局，逐步形成較完善的區域創新體系，以強大生命力為地方區域經濟和社會發展提供長效支撐。

 

“研究中心”通過政府引導、市場主導的創新模式，促進科技產業融合，走出了一條具有地方特色的產學研結合的創新路徑。

 

“原電池法超高純氧化鎂”技術是“研究中心”聚焦的四大核心技術之一。這項技術整個研發過程都伴隨著產業鏈條,在研發開始就考慮到了后續產品社會價值與經濟效益的結合，利用高效、可循環的生產方式，為該領域的發展帶來了強大的推動力。

 

“原電池法超高純氧化鎂”技術的誕生，是一個在拓撲幾何學為指導下的電化學、材料化學、機械學、催化化學等多學科融合的技術成果。整個技術研發過程中，每一個應用到的材料和實驗方法，都是前所未有的，也都是綜合性和高度復雜的修正過程。在研發過程中，研發團隊攻克了多個技術難關。

 

2020年12月,原電池法超高純氧化鎂／電力聯產項目技術成果正式發布；2021年6月,打通技術落地的“最后一公里”，原電池法超高純氧化鎂技術千噸生產線舉行啟動儀式。在經過兩年多時間的產業化技術開發，“300噸級鎂電聯產量產級產線”成功落地，技術創新取得階段性重大成果，預計在半年到一年的時間內可實現千噸以上的量產規模。

 

在落實“雙碳”中大有可為

 

隨著“300噸級鎂電聯產量產級產線”的落地，將助力鋼鐵、水泥、玻璃等傳統行業實現轉型升級。以鋼鐵行業為例，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，對推動鋼鐵行業的產業鏈再造和價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”技術具備一個顯著的優勢，就是生產工藝零能耗、生產過程零排放，生產過程中不排放任何液體、氣體和廢棄的固體物。通過該技術制備出的高純度氧化鎂不僅將作為耐火材料，大量應用于鋼鐵冶煉過程,促進整個行業的節能減排，更可以用于制備新能源材料和光催化材料，在環境保護、能源開發領域發揮重要作用。這將有助于推動“雙碳”目標的早日實現。

 

值得一提的是，在發布會上，“鎂循環”成為一個高度關注的熱詞。作為一種絕佳的儲能材料，鎂具有運輸安全、綠色環保、放電過程可控等優點。由于鎂和氧化鎂之間的轉換是可逆的，所以它可以作為能量載體,替代碳循環成為長期能源儲存資源。以無污染的鎂循環來代替碳循環能源,有利于實現節能減排和能源儲備的國家戰略。

 

 

“300噸級鎂電聯產量產級產線”的落地，將是我國超高純氧化鎂技術研發的新起點。隨著高質量發展的不斷深入，“原電池法超高純氧化鎂”技術也將憑借其突出優勢，在各個行業領域的應用中迎來更為“鎂”麗的前景。

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