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2021年6月8日，唐山海港經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，超純氧化鎂千噸生產(chǎn)線啟動儀式發(fā)布會在“研究中心”工區(qū)大廳舉行。與會的領(lǐng)導(dǎo)、專家、學(xué)者、研發(fā)人員齊聚一堂，他們將見證這一鼓舞人心的時刻。

 

　　會議主席臺背景墻上、巨大的顯示屏中央，是一個碩大的“1”，下方并列一排是四個環(huán)形，四條優(yōu)美的弧線將它們連接到一起。每一個圓環(huán)內(nèi)撫按的是一只厚實有力的手掌。五、四、三、二、一，隨著倒計時最后一聲的鐘鳴，屏幕上溢射出絢麗奪目的火花。

 

　　超純氧化鎂千噸生產(chǎn)線正式啟動了！這是一個令人歡欣鼓舞的時刻。

 

　　河北唐山海港經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，一座整潔寬敞的巨大廠房。牌匾標(biāo)識：唐山海港經(jīng)濟開發(fā)區(qū)北京理工大學(xué)機械與車輛學(xué)院轉(zhuǎn)化研究中心（以下簡稱“研究中心”）。廠房最西部是一個四五百平方米的展室。

 

　　展室里是“研發(fā)中心”研發(fā)產(chǎn)品的流程介紹和數(shù)十件實物展品，略顯簡陋。然而，很難想象，這里研發(fā)的是在高科技材料領(lǐng)域具有顛覆性創(chuàng)新的產(chǎn)品，其名稱為“超純氧化鎂”。

氧化鎂制備遇瓶頸

 

　　工業(yè)產(chǎn)品最終的追根溯源，其最重要的支撐基礎(chǔ)就是基礎(chǔ)材料，沒有尖端的基礎(chǔ)材料，高端的產(chǎn)品將成為無源之水。我國高端產(chǎn)品乏饋，尖端基礎(chǔ)材料受限是一個非常重要的根本原因。

 

　　鎂是一種金屬元素，從含鎂的礦石到金屬鎂抑或是耐高溫的氧化鎂，這項技術(shù)已經(jīng)在世界工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域一成不變地使用了近200年。氧化鎂廣泛應(yīng)用于鋼鐵、陶瓷、水泥、玻璃等需要高溫?zé)捴频哪突鹦袠I(yè)。氧化鎂的純度不同，生產(chǎn)出的產(chǎn)品會有高下之分。以鋼鐵行業(yè)為例，我國生產(chǎn)的鋼產(chǎn)量占世界鋼鐵總量的百分之六十，但所生產(chǎn)的大部分是粗鋼，這是因為煉鋼爐的耐火材料難以達到生產(chǎn)特殊鋼的環(huán)境所致，而耐火材料最基礎(chǔ)也是最重要的合成原料就是氧化鎂。水泥、玻璃等行業(yè)生產(chǎn)高端產(chǎn)品亦是如此。

 

　　氧化鎂主要是從海水和從菱鎂礦中制備，其生產(chǎn)制備過程中污染非常嚴(yán)重。菱鎂礦在轉(zhuǎn)化氧化鎂的過程中需要“高溫煅燒”，其目的是用高溫去除菱鎂礦中的二氧化碳，二氧化碳由此大量散發(fā)到空氣中。據(jù)統(tǒng)計，每煉制一百噸氧化鎂，散發(fā)到大氣的二氧化碳多達一百一十噸。全球科學(xué)家們已有共識，導(dǎo)致地球變暖的“溫室效應(yīng)”的根源就是二氧化碳超量排放。

 

　　氧化鎂的另一個來源是從海水提取。而這種工藝目前需要大量使用氨水，而氨水是劇毒品。

 

　　氧化鎂第三種制備方式是“燃料電池”制備氧化鎂法。這種方法需使用金屬鎂與鉑結(jié)合才能產(chǎn)生電能。鉑又稱鉑金，其開采難度遠遠高于黃金，鉑屬于稀有貴金屬。這不僅造成“燃料電池”投入成本昂貴，而且規(guī)�；a(chǎn)氧化鎂也受到鉑儲量、產(chǎn)量的極大限制。綜上所述，在環(huán)境污染問題嚴(yán)重，制備成本高的限制條件下，氧化鎂的制備方法亟需優(yōu)化。

 

　　在持續(xù)探索的過程中，研發(fā)團隊將視線聚焦在“燃料電池”發(fā)電機發(fā)展空間上。

另辟蹊徑創(chuàng)造“新法”

 

　　正是基于這樣一個創(chuàng)新方向的理論判斷，“研究中心”的研發(fā)團隊，經(jīng)過潛心研究，終于創(chuàng)造出一種無“燃料電池”發(fā)電工藝，但卻完全拋棄了鉑或其他貴金屬作為催化劑的方法。如此“新法”，在燃料電池的歷史上，是一次顛覆性的創(chuàng)新，有巨大的潛在優(yōu)勢。

 

　　一、角度獨特。

 

　　借鑒燃料電池的生產(chǎn)工藝但卻不再使用貴金屬，還可以制備出高級別的氧化鎂，這是一個創(chuàng)新，更是一個奇跡。

 

　　“研究中心”采用的是引入特殊碳材料與金屬鎂結(jié)合的方式，實現(xiàn)化學(xué)變化。改造碳材料同樣是一場高科技的研發(fā)，經(jīng)過多次的攻關(guān)，新的碳材料實用技術(shù)終于成功。“研究中心”團隊將處理過后碳材料稱為“碳基”材料。這也是“新法”的核心技術(shù)。“新法”技術(shù)的運用使燃料電池生產(chǎn)工藝發(fā)生了質(zhì)變。

 

　　二、“新法”具有的優(yōu)勢。

 

　　第一、降低成本，增加電能。“新法”每生產(chǎn)一噸超純氧化鎂投入約人民幣8000-12000元，可產(chǎn)出價值約28000-41000元的超純氧化鎂，同時還可產(chǎn)生約2000-2100度優(yōu)質(zhì)直流電能。

 

　　第二、零排放、無污染源產(chǎn)生。“新法”運用“碳基”技術(shù)可以讓金屬鎂與水和空氣結(jié)合，不排放任何液體、氣體和廢棄的固體物。產(chǎn)生電能后，其唯一實存物體就是超純氧化鎂。

 

　　第三、提高了氧化鎂的純度。新法制備的氧化鎂純度可達到99.5%到99.95%。目前高等級的氧化鎂工業(yè)制備技術(shù)掌握在日本、荷蘭、美國、以色列、德國手中。以日本為例，其生產(chǎn)的氧化鎂的純度為99.5%，而研發(fā)中心新法制備的氧化鎂純度可達到99.95%。

 

　　“研究中心”展廳展示的用“新法”制備的超純氧化鎂，其色彩、亮度與其它氧化鎂有明顯的區(qū)別。因其純度勝過日本宇部化學(xué)生產(chǎn)的超高純氧化鎂，所以命名為超純氧化鎂。

 

　　第四、智能化的生產(chǎn)工藝流程。制備超純氧化鎂的生產(chǎn)車間高度高智能化，一個千噸超純氧化鎂的生產(chǎn)車間，只需要二到三名操作工，其余則只用幾名檢修人員對生產(chǎn)設(shè)備進行日常維護即可。

 

　　第五、巨大的發(fā)展空間。“新法”制備出的超純氧化鎂運用的領(lǐng)域十分廣泛，中國耐火材料協(xié)會會長周寧生教授對此初步總結(jié)出幾個方面：

 

　　其一、可合成世界上目前還無法實現(xiàn)高純度的尖晶石。

 

　　其二、可以做成納米氧化鎂。

 

　　其三、可以做成滑板、坩堝、燒結(jié)氧化鋁、溶膠等方面更加尖端的產(chǎn)品。

 

　　其四、具體到鋼鐵行業(yè)，以唐山市的鋼鐵產(chǎn)業(yè)而言，如果使用超純氧化鎂將會產(chǎn)生節(jié)能、降污、提高鋼鐵等級的巨大效益。

“新法”與電能

 

　　“新法”來源于燃料電池技術(shù)，燃料電池電極材料可用風(fēng)能、太陽能的“垃圾電”、水能的“棄水電量”制取。“新法”燃料電池技術(shù)則可將棄風(fēng)、棄光、棄水的能量進行儲存和利用，進一步提升清潔能源的使用效率，極具發(fā)展前景。

 

　　“新法”借鑒燃料原電池的發(fā)電方式，在制備超純氧化鎂的同時產(chǎn)生電能。“新法”發(fā)電方式有大型、中型、小型之分。

 

　　“新法”電池屬于單體化、小型化；中型化的“新法”發(fā)電方式可以滿足一個大型生產(chǎn)企業(yè)發(fā)電需求，而大型化的“新法”發(fā)電可以為一個中等城市提供2000兆瓦的發(fā)電量，完全可以滿足其日常需要。

 

　　目前，電動汽車方興未艾，電動汽車如果引入“新法”將會產(chǎn)生巨大變化。

 

　　第一、電池本體無需更換。這得益于“插板”技術(shù)的應(yīng)用。所謂“插板”是將發(fā)電源材料制成一個與電池主體獨立的個體，這是因為回收超純氧化鎂的需要，即“插板”就是超純氧化鎂的回收器。“插板”可以更換，而電池主體不動，這就是“新法”電池的“永久性”。

 

　　第二、電池能量密度大。因為使用了新的“碳基”技術(shù)，一組“插板”的行駛里程可超過1500公里。

 

　　第三、無需充電。“插板”即插即用，從此不再有充電之勞。又因為小巧的“插板”重量不足一千克，可隨車攜帶多塊。這基本上解決了續(xù)航問題。

 

　　“新法”的運用或?qū)⑹请妱悠嚢l(fā)展的福音。

 

　　“新法”的研發(fā)團隊

 

　　這是一個由教授、專家、學(xué)者等高科技人才組成的團隊，其中不乏行業(yè)的領(lǐng)軍人物。團隊的牽頭人梁靚，2004年就讀南京大學(xué)材料學(xué)專業(yè)，雖然身材高高大大，但不乏一副文文靜靜的書生氣。

 

　　出生在唐山的梁靚，父親是唐鋼老一代的耐火材料專家。或許是耳濡目染、也或許是遺傳基因。梁靚對材料學(xué)有濃厚的興趣，這也造就了他在材料領(lǐng)域敏銳的眼光。

 

　　2010年，就讀期間，從所熟悉的一位學(xué)長那里，他了解到，在電池生產(chǎn)工藝中有一種碳材料在燃料電池生產(chǎn)中可以打破原有的工藝流程，其前景廣闊。

 

　　使用活性金屬用于發(fā)電，早在1800年由意大利物理學(xué)家伏特發(fā)明，一直沿用至今。如果可以用碳材料替代鉑等貴金屬，這將會是一次劃時代的創(chuàng)新。然而，這還只是理論論證階段。由理論到實踐還有一段漫長的路。

 

　　基礎(chǔ)材料是微觀領(lǐng)域的科學(xué)，位于尖端科學(xué)的前沿。一個新的方法的誕生，必須對所設(shè)計產(chǎn)品各個環(huán)節(jié)進行量化，這需要精確而復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算，這是一個難關(guān)。梁靚請來了自己的忘年交，理論數(shù)學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)專家陳澤森教授。經(jīng)過精確的數(shù)學(xué)建模，嚴(yán)密的分析和計算，最終完成“新法燃料電池”的各項參數(shù)的量化分析，這為下一步如何工程實現(xiàn)，提供了扎實的數(shù)據(jù)支撐。

 

　　參數(shù)化設(shè)計完成后，隨即轉(zhuǎn)入電池原理樣機的試制。這項工作由北京理工大學(xué)機械與車輛學(xué)院董明明教授統(tǒng)籌。在團隊全體成員的同心協(xié)力下，最終“新法”技術(shù)全部準(zhǔn)備工作“修成正果”，可以進行實驗性的具體操作了。經(jīng)過多次試驗，終于在2018年8月26日，成功地制備出超純氧化鎂的樣品。

 

　　“研究中心”展廳，十幾種國內(nèi)、國外氧化鎂的樣品擺放在櫥柜中。“新法”煉制的超純氧化鎂樣品，獨樹一幟、潔白晶瑩、熠熠生輝，仿佛是一只高傲的白天鵝，展現(xiàn)出與眾不同風(fēng)采。

 

　　成功驗收

 

　　2020年12月2日，由國內(nèi)頂尖級的耐火材料專家、中國耐火材料協(xié)會會長周寧生領(lǐng)銜，包括鋼鐵冶金、燃料電池、高溫材料領(lǐng)域的十一位專家，共同組成的評審團隊對“新法”進行了驗收檢查。經(jīng)過嚴(yán)格的審核，最后對“新法”給出了“電力聯(lián)動生產(chǎn)、清潔無害、發(fā)展前景廣闊，社會效益、經(jīng)濟效益顯著，可以廣泛用于鋼鐵、水泥等生產(chǎn)企業(yè)，屬國際先進的科學(xué)技術(shù)”。這一鑒定結(jié)論表明，“新法”不僅填補了國內(nèi)高純氧化鎂生產(chǎn)的空白，而且成了全球氧化鎂生產(chǎn)領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。

 

　　目前，研發(fā)團隊已經(jīng)集合了一批年輕、朝氣蓬勃的博士、碩士隊伍。萬事俱備、只待東風(fēng)！

 

　　唐山政府部門的支持

 

　　唐山，南臨渤海，北依燕山，是一座有著百年歷史的重工業(yè)老城，也同時是全國重要的能源生產(chǎn)基地，其鋼鐵的產(chǎn)量就占了全國的百分之五十。其它諸如陶瓷、煤炭等在全國也具有舉足輕重的地位。重工業(yè)城市意味著工業(yè)人口的大比例，面對世界百年未有之大變局，城市轉(zhuǎn)型、發(fā)展技術(shù)含量更高、構(gòu)建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系更顯迫切，這也是唐山追求的目標(biāo)。

 

　　發(fā)展經(jīng)濟靠科技、靠人才，這是城市經(jīng)濟發(fā)展重要的基礎(chǔ)所在。唐山引進高�？蒲性核�。2019年北京交通大學(xué)在唐山興辦研究生院；2020年北京理工大學(xué)與唐山合作辦學(xué)。“燃料電池”的項目正是在這樣一個大背景下，落戶到了唐山海港經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。

 

　　2020年4月12日，梁靚與唐山海港經(jīng)濟開發(fā)區(qū)黨工委書記、管委會主任黃玉剛第一次接洽。入駐開發(fā)區(qū)，有其一套規(guī)則，原本準(zhǔn)備進行詳細完整的介紹，但剛把主要的技術(shù)先進性及工藝環(huán)節(jié)介紹完，黃玉剛馬上表態(tài)說：“你們的四個項目，我們?nèi)�，一個也不許給別人，要錢要物，我們?nèi)ε浜稀?rdquo;外表樸實無華，但性格卻雷厲風(fēng)行。這讓梁靚很感動，他知道唐山海港經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)就是這個團隊棲息的梧桐。以后的辦事效率是快節(jié)奏的，從開始洽談到“研究中心”注冊及入駐，僅用了十二天的時間。入駐的廠區(qū)是一座6000平方米的超大廠房，并配套了500平方米的辦公樓區(qū)。

 

　　之后，唐山市政府部門更是明確表示“開發(fā)區(qū)給予的前期資金落實后，其后續(xù)資金由唐山市政府負責(zé)”。唐山政府部門的辦事效率和領(lǐng)導(dǎo)風(fēng)格讓研發(fā)團隊信心倍增。

 

　　據(jù)悉，“新法”團隊的目標(biāo)是在2022年底之前完成千噸級超純氧化鎂生產(chǎn)。這標(biāo)志著我國在尖端耐火材料生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)邁出了實質(zhì)性的一步。這更為我國在鋼鐵、陶瓷、水泥，以及發(fā)電領(lǐng)域的產(chǎn)品位于世界前端，提供了可靠的技術(shù)保障。