科技创新助力“镁”梦成真

作为精细化工产品和高温耐火材料，氧化镁广泛应用于航空航天电子、钢铁等多个领域。然而，由于技术的原因，低端氧化镁产品在国内市场占据主要市场份额，而高纯氧化镁则主要从国外进口。

(相关资料图)

在2020年，唐山海港经济开发区北京理工大学机械与车辆学院转化研究中心（以下简称“研究中心”）自主研发的“原电池法超高纯氧化镁技术”实现突破，解决了我国技术和产业化难题，打破了该领域被“卡脖子”的状况。

近日，唐山市商务局、唐山海港经济开发区管理委员会共同举办了“镁循环产业技术成果发布会”。在发布会上，研究中心研发的“300吨级镁电联产量产级产线”重磅亮相，标志着该技术正式步入产业化阶段。镁电联产量产级产线落地后，电流密度将维持在5.8毫安/平方厘米，每年可生产高纯度氧化镁300吨，产生绿色直流电40万度。

同时，镁电联产量产级产线的亮相，也将打通一个囊括风能、光能、海洋资源、镁材料、镁清洁能源在内的绿色能源、资源新体系，为探索绿色低碳发展开辟新路径。

技术突破

破解“卡脖子”难题

据了解，此前我国每年进口高纯度海水镁砂约40万吨。与此形成对比的是，在钢铁行业全面转型升级的环境下，预计中国整个钢铁行业对高纯度镁砂的年需求量是140万吨至160万吨。

在此之前，国内外制备氧化镁生产工艺主要为矿石煅烧法和海水/卤水提纯法。其中，矿石煅烧法氧化镁纯度最高仅98.5%，无法完全满足我国冶金等高端制造产业需求；另一方面，一些国家对海水合成法技术长期垄断，致使我国进口氧化镁成本较高。

由研究中心自主研发的“原电池法超高纯氧化镁技术”是以镁金属为阳极，以自主开发的纳米级碳/非贵金属基催化剂为复合阴极，突破性地使用了碳基高分子作为催化剂，可制备出最高纯度达99.95%的超高纯氧化镁。相比较而言，研究中心自主研发的原电池法制备成本更低，工艺路线更短，产品成品率更高，工艺更稳定，且生产过程无（低）能耗，并能产生大量优质直流电，是一种绿色、高效、稳定、低成本的高纯度氧化镁制备方式。

“原电池法超高纯氧化镁技术”不仅实现了超高纯氧化镁的高效和清洁生产，同时更好地满足了我国冶金工业中对高纯度氧化镁的需求。2020年12月，在河北省科学技术厅的科技成果鉴定中，“原电池法超高纯氧化镁技术”被评为国际先进水平。

进阶之路

凝聚智慧的结晶

每一项科技创新成果的问世，背后都离不开研发团队的努力，“原电池法超高纯氧化镁技术”的研发也不例外，凝聚了科研人员智慧的结晶。

作为北京理工大学面向河北的重要窗口和桥梁，研究中心在唐山市海港经济开发区的大力支持下，于2020年5月成立。研究中心充分发挥大学在人才培养、科技创新、产业提升等方面的作用，大力促进校企军民结合，打造一批具有鲜明特色的“产、学、研、用、资”创新载体，科学规划、合理布局，逐步形成较完善的区域创新体系，以强大生命力为地方区域经济和社会发展提供长效支撑。

研究中心通过政府引导、市场主导的创新模式，促进科技产业融合，走出了一条具有地方特色的产学研结合的创新路径。

“原电池法超高纯氧化镁技术”是研究中心聚焦的四大核心技术之一。这项技术的整个研发过程都与产业链条紧密结合，在研发开始就考虑到后续产品社会价值与经济效益的结合，利用高效、可循环的生产方式，为该领域的发展带来了强大的推动力。

“原电池法超高纯氧化镁技术”的诞生，是一个在拓扑几何学指导下的电化学、材料化学、机械学、催化化学等多学科融合的技术成果。整个技术研发过程中，每一个应用到的材料和实验方法，都是前所未有的，也都是综合性和高度复杂的修正过程。在研发过程中，研发团队攻克了多个技术难关。

2020年12月，原电池法超高纯氧化镁/电力联产项目技术成果正式发布；2021年6月，打通技术落地的“最后一公里”，原电池法超高纯氧化镁技术千吨生产线举行启动仪式。在经过两年多时间的产业化技术开发，“300吨级镁电联产量产级产线”成功落地，技术创新取得阶段性重大成果，预计在半年到一年的时间内可实现千吨以上的量产规模。

前景广阔

在落实“双碳”行动中大有可为

“300吨级镁电联产量产级产线”的落地，将助力钢铁、水泥、玻璃等传统行业实现转型升级。以钢铁行业为例，氧化镁是碱性耐火材料最核心原材料，超高纯度氧化镁可有效降低钢的非金属夹杂，提高抗疲劳性能、韧性、塑性和耐腐蚀性，对推动钢铁行业的产业链再造和价值链提升具有重大意义。

相较于矿石煅烧法和海水/卤水提纯法，“原电池法超高纯氧化镁技术”具备一个显著的优势，就是生产工艺零能耗、生产过程零排放，生产过程中不排放任何液体、气体和废弃的固体物。通过该技术制备出的高纯度氧化镁不仅将作为耐火材料，大量应用于钢铁冶炼过程，促进整个行业的节能减排，更可以用于制备新能源材料和光催化材料，在环境保护、能源开发领域发挥重要作用。这将有助于推动“双碳”目标早日实现。

值得一提的是，在发布会上，“镁循环”成为一个高度关注的热词。作为一种极佳的储能材料，镁具有运输安全、绿色环保、放电过程可控等优点。由于镁和氧化镁之间的转换是可逆的，所以它可以作为能量载体，替代碳循环成为长期能源储存资源。以无污染的镁循环来代替碳循环能源，有利于实现节能减排和能源储备。

“300吨级镁电联产量产级产线”的落地，将是我国超高纯氧化镁技术研发的新起点。随着高质量发展的不断深入，“原电池法超高纯氧化镁技术”也将凭借其突出优势，在其应用的行业领域中迎来更为“镁”丽的前景。 文/张扬

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