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单智伟团队研发高品质镁冶炼技术为陕西“镁业之都”升级奠定基础

  • 发布人:中国镁质材料网
  • 发布时间:2022-10-27
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由西安交通大学材料科学与工程学院单智伟教授团队承担的国内首条“1000吨/年3N5A级高品质镁示范线建设”项目,9月29日,在榆林市府谷县顺利通过验收。中国科学院金属研究所杨院生教授领衔的专家组对项目技术和工艺装备给予高度评价,一致认为达到国际领先水平,并建议加快技术的推广应用。

这意味着西安交大在高品质镁冶炼技术方面取得重大成果,也验证了单智伟教授科研团队已攻克硅热法工业化量产高品质镁的难题,为陕西“镁业之都”——府谷金属镁产业升级发展、进一步做好镁业“大文章”奠定良好基础。

破解硅热法工业化量产高品质镁技术难题

“原镁的应用范围,主要表现在镁合金生产、炼钢脱硫、稀土合金、金属还原、腐蚀保护及其它领域。镁的密度小、比强度高,并能与铝、铜、锌等金属构成高强度合金,因而是重要的合金元素。就以镁合金为例,由于具有良好的轻量性、切削性、耐蚀性、减震性、耐冲击性,且尺寸稳定,如今已在交通运输、电子工业、医疗器械、军事工业等领域得到广泛应用,成为新型材料的发展方向之一。”10月12日,单智伟教授在接受本报记者采访时介绍说。

据中国有色金属工业协会镁业分会统计,目前,我国的原镁产量占世界总产量的80%以上,列世界第一;陕西的原镁产量占全国的60%左右,居全国第一,而陕西的原镁主要出自榆林府谷县。

近些年,府谷随着原煤-煤炭热解-发电-硅铁-镁冶炼的产业链不断壮大,镁业异军突起,引起广泛关注。从2012年到至今,府谷原镁产量连续10年稳居全球第一,镁产业已成为当地仅次于能源化工的支柱产业,约占全县规模以上工业总产值的四分之一。府谷发展高品质原镁,具有明显的产业优势和资源优势。

但在新时代背景下,一方面,国家节能减排不断推进,新能源汽车、重型货车等对轻量化材料需求迫切,加上我国镁资源矿石总储量居世界第一,发展镁产业潜力较大;另一方面,镁冶炼产生的二氧化碳已成为镁应用国家关注的焦点,现有的镁冶炼工艺制约了原镁生产,也自然影响着原镁的应用。因此,我国推进高品质镁冶炼技术、高质量发展产业链,把“绿色冶炼、提升性能、扩大应用”作为主要目标。

单智伟教授说:“如何解决高品质原镁冶炼技术问题,消除市场上原镁杂质含量多、波动大占主导地位的现象,这是推动镁产业健康发展的当务之急和必要基础。世界上95%的原镁生产是通过硅热法进行提取,因为其冶炼技术门槛相对较低,原料丰富易取。但长期以来,研究领域认为硅热法自身的固有属性,会导致无法规模化生产出高纯度的原镁。我们的技术目标,就是要攻克这个难题。”

研究团队基于长期在高纯镁制备技术领域的不懈探索、研发和投入,发明了“含杂气化、梯度冷凝、吸附过滤、净密结晶”的高品质镁制备新技术路线。现已实现百克级5N7 级高纯镁的制备及30kg 级 4N5 级高纯、净密结晶镁锭的制备,同时在不显著影响产量、炉前表现的情况下,在工厂可实现千吨/年3N5A 级高品质镁的稳产、量产。单智伟教授介绍,在实验室环境内,团队首先通过硅热法直接生产出纯度达99.995%的高纯镁,证明了低品质镁并非硅热法的本征属性。随后,在府谷通过校企合作创新模式(政府出经费,科研团队和企业工程师协同攻关),破解了校企合作中的互信难题。经过400多天的奋战,团队进一步发明了“阻热梯凝,温压双控”技术,与企业合作建成了我国第一条“1000吨/年3N5A级高品质镁示范线”,实现了3N5A级高品质镁的工业化连续稳定生产。

推动陕西高端镁产业向自主品牌化发展

2015年11月,由陕西省发改委批复成立的陕西省镁基新材料工程中心是该项目的实施主体,单智伟教授担任中心主任。“中心依托西安交大材料科学和工程学院和金属材料强度国家重点实验室,通过‘政产学研用’的合力,助力我国做强镁产业。规划目标为:立足陕西,将工业化和信息化相结合,颠覆性地革新现有原镁生产工艺,给下游产品的研发和生产提供优质、稳定的原材料,同时积极推进高附加值镁产品的研发和应用;面向全国,帮助我国金属镁产业链做到‘有标准、有体系、有联盟、有法制’,打造中国镁业的精品产业链条,包括材料和装备。”单智伟教授说。

国家“特聘专家”、国家杰出青年基金获得者、2021年国际镁协年度人物的单智伟,现任西安交大材料科学与工程学院院长,兼任金属材料强度国家重点实验室副主任、中国电镜学会常务理事及聚焦离子束专业委员会主任等。同时,还是《中国材料进展》常务副主编、中国材料研究学会理事、中国有色金属理事会理事、国务院学位委员会第七第八届学科评议组成员、教育部高校材料类专业教学指导委员会委员。

作为首席科学家团队,近年来,单智伟教授团队承担多项国家级科研项目和千万级企业横向项目,在《自然》《科学》等国际顶级期刊发表论文100余篇,授权发明专利20余件。相关研究成果荣获国家自然科学奖二等奖、陕西省科学技术奖一等奖、美国TMS学会轻金属分会基础研究最佳论文奖、中国百篇最具影响国际学术论文、中国高等学校十大科技进展等。

“单智伟教授团队的系列研究成果,推动了我国镁工业化生产的技术进步,为中国镁业下游市场供给、综合应用领域拓展提供了坚实的基础保障,也极大地提升了领域节能环保水平。”有专家评说。

“陕西镁产业发展如何,就看府谷”,这是业内人士的共识。府谷也一直在积极引导镁企走品牌化发展道路,推动陕西镁产业向自主化、高端化、集群化和国际化方向发展。

府谷县委书记田小宁在9月29日的项目技术成果总结会上发言说,本项目在府谷的成功实施,为全县金属镁产业升级发展打下了良好基础。府谷县要全力扛起镁产业发展大旗,不断探索新模式,巩固新成果,坚定不移地走好产业升级转型的道路,有效运用“政产学研用”交叉融合优势,做大、做精、做强金属镁产业,创造出镁产业发展的“府谷模式”。

我们有理由相信,随着单智伟团队研发的高品质镁冶炼技术推广应用,必将提升陕西乃至全国整个镁产业链的品质,赢来更加显著的社会效益和经济效益。

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