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由西安交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院單智偉教授團(tuán)隊承擔(dān)的國內(nèi)首條“1000噸/年3N5A級高品質(zhì)鎂示范線建設(shè)”項目，9月29日，在榆林市府谷縣順利通過驗收。中國科學(xué)院金屬研究所楊院生教授領(lǐng)銜的專家組對項目技術(shù)和工藝裝備給予高度評價，一致認(rèn)為達(dá)到國際領(lǐng)先水平，并建議加快技術(shù)的推廣應(yīng)用。
這意味著西安交大在高品質(zhì)鎂冶煉技術(shù)方面取得重大成果，也驗證了單智偉教授科研團(tuán)隊已攻克硅熱法工業(yè)化量產(chǎn)高品質(zhì)鎂的難題，為陜西“鎂業(yè)之都”——府谷金屬鎂產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展、進(jìn)一步做好鎂業(yè)“大文章”奠定良好基礎(chǔ)。
破解硅熱法工業(yè)化量產(chǎn)高品質(zhì)鎂技術(shù)難題
“原鎂的應(yīng)用范圍，主要表現(xiàn)在鎂合金生產(chǎn)、煉鋼脫硫、稀土合金、金屬還原、腐蝕保護(hù)及其它領(lǐng)域。鎂的密度小、比強(qiáng)度高，并能與鋁、銅、鋅等金屬構(gòu)成高強(qiáng)度合金，因而是重要的合金元素。就以鎂合金為例，由于具有良好的輕量性、切削性、耐蝕性、減震性、耐沖擊性，且尺寸穩(wěn)定，如今已在交通運(yùn)輸、電子工業(yè)、醫(yī)療器械、軍事工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為新型材料的發(fā)展方向之一?！?0月12日，單智偉教授在接受本報記者采訪時介紹說。
據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會鎂業(yè)分會統(tǒng)計，目前，我國的原鎂產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的80%以上，列世界第一;陜西的原鎂產(chǎn)量占全國的60%左右，居全國第一，而陜西的原鎂主要出自榆林府谷縣。
近些年，府谷隨著原煤-煤炭熱解-發(fā)電-硅鐵-鎂冶煉的產(chǎn)業(yè)鏈不斷壯大，鎂業(yè)異軍突起，引起廣泛關(guān)注。從2012年到至今，府谷原鎂產(chǎn)量連續(xù)10年穩(wěn)居全球第一，鎂產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)?shù)貎H次于能源化工的支柱產(chǎn)業(yè)，約占全縣規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值的四分之一。府谷發(fā)展高品質(zhì)原鎂，具有明顯的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢和資源優(yōu)勢。
但在新時代背景下，一方面，國家節(jié)能減排不斷推進(jìn)，新能源汽車、重型貨車等對輕量化材料需求迫切，加上我國鎂資源礦石總儲量居世界第一，發(fā)展鎂產(chǎn)業(yè)潛力較大;另一方面，鎂冶煉產(chǎn)生的二氧化碳已成為鎂應(yīng)用國家關(guān)注的焦點(diǎn)，現(xiàn)有的鎂冶煉工藝制約了原鎂生產(chǎn)，也自然影響著原鎂的應(yīng)用。因此，我國推進(jìn)高品質(zhì)鎂冶煉技術(shù)、高質(zhì)量發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈，把“綠色冶煉、提升性能、擴(kuò)大應(yīng)用”作為主要目標(biāo)。
單智偉教授說：“如何解決高品質(zhì)原鎂冶煉技術(shù)問題，消除市場上原鎂雜質(zhì)含量多、波動大占主導(dǎo)地位的現(xiàn)象，這是推動鎂產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急和必要基礎(chǔ)。世界上95%的原鎂生產(chǎn)是通過硅熱法進(jìn)行提取，因為其冶煉技術(shù)門檻相對較低，原料豐富易取。但長期以來，研究領(lǐng)域認(rèn)為硅熱法自身的固有屬性，會導(dǎo)致無法規(guī)?；a(chǎn)出高純度的原鎂。我們的技術(shù)目標(biāo)，就是要攻克這個難題?！?
研究團(tuán)隊基于長期在高純鎂制備技術(shù)領(lǐng)域的不懈探索、研發(fā)和投入，發(fā)明了“含雜氣化、梯度冷凝、吸附過濾、凈密結(jié)晶”的高品質(zhì)鎂制備新技術(shù)路線?，F(xiàn)已實現(xiàn)百克級5N7 級高純鎂的制備及30kg 級 4N5 級高純、凈密結(jié)晶鎂錠的制備，同時在不顯著影響產(chǎn)量、爐前表現(xiàn)的情況下，在工廠可實現(xiàn)千噸/年3N5A 級高品質(zhì)鎂的穩(wěn)產(chǎn)、量產(chǎn)。單智偉教授介紹，在實驗室環(huán)境內(nèi)，團(tuán)隊首先通過硅熱法直接生產(chǎn)出純度達(dá)99.995%的高純鎂，證明了低品質(zhì)鎂并非硅熱法的本征屬性。隨后，在府谷通過校企合作創(chuàng)新模式(政府出經(jīng)費(fèi)，科研團(tuán)隊和企業(yè)工程師協(xié)同攻關(guān))，破解了校企合作中的互信難題。經(jīng)過400多天的奮戰(zhàn)，團(tuán)隊進(jìn)一步發(fā)明了“阻熱梯凝，溫壓雙控”技術(shù)，與企業(yè)合作建成了我國第一條“1000噸/年3N5A級高品質(zhì)鎂示范線”，實現(xiàn)了3N5A級高品質(zhì)鎂的工業(yè)化連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。
推動陜西高端鎂產(chǎn)業(yè)向自主品牌化發(fā)展
2015年11月，由陜西省發(fā)改委批復(fù)成立的陜西省鎂基新材料工程中心是該項目的實施主體，單智偉教授擔(dān)任中心主任?！爸行囊劳形靼步淮蟛牧峡茖W(xué)和工程學(xué)院和金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實驗室，通過‘政產(chǎn)學(xué)研用’的合力，助力我國做強(qiáng)鎂產(chǎn)業(yè)。規(guī)劃目標(biāo)為：立足陜西，將工業(yè)化和信息化相結(jié)合，顛覆性地革新現(xiàn)有原鎂生產(chǎn)工藝，給下游產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的原材料，同時積極推進(jìn)高附加值鎂產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用;面向全國，幫助我國金屬鎂產(chǎn)業(yè)鏈做到‘有標(biāo)準(zhǔn)、有體系、有聯(lián)盟、有法制’，打造中國鎂業(yè)的精品產(chǎn)業(yè)鏈條，包括材料和裝備?！眴沃莻ソ淌谡f。
國家“特聘專家”、國家杰出青年基金獲得者、2021年國際鎂協(xié)年度人物的單智偉，現(xiàn)任西安交大材料科學(xué)與工程學(xué)院院長，兼任金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實驗室副主任、中國電鏡學(xué)會常務(wù)理事及聚焦離子束專業(yè)委員會主任等。同時，還是《中國材料進(jìn)展》常務(wù)副主編、中國材料研究學(xué)會理事、中國有色金屬理事會理事、國務(wù)院學(xué)位委員會第七第八屆學(xué)科評議組成員、教育部高校材料類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會委員。
作為首席科學(xué)家團(tuán)隊，近年來，單智偉教授團(tuán)隊承擔(dān)多項國家級科研項目和千萬級企業(yè)橫向項目，在《自然》《科學(xué)》等國際頂級期刊發(fā)表論文100余篇，授權(quán)發(fā)明專利20余件。相關(guān)研究成果榮獲國家自然科學(xué)獎二等獎、陜西省科學(xué)技術(shù)獎一等獎、美國TMS學(xué)會輕金屬分會基礎(chǔ)研究最佳論文獎、中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文、中國高等學(xué)校十大科技進(jìn)展等。
“單智偉教授團(tuán)隊的系列研究成果，推動了我國鎂工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)步，為中國鎂業(yè)下游市場供給、綜合應(yīng)用領(lǐng)域拓展提供了堅實的基礎(chǔ)保障，也極大地提升了領(lǐng)域節(jié)能環(huán)保水平。”有專家評說。
“陜西鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展如何，就看府谷”，這是業(yè)內(nèi)人士的共識。府谷也一直在積極引導(dǎo)鎂企走品牌化發(fā)展道路，推動陜西鎂產(chǎn)業(yè)向自主化、高端化、集群化和國際化方向發(fā)展。
府谷縣委書記田小寧在9月29日的項目技術(shù)成果總結(jié)會上發(fā)言說，本項目在府谷的成功實施，為全縣金屬鎂產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展打下了良好基礎(chǔ)。府谷縣要全力扛起鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展大旗，不斷探索新模式，鞏固新成果，堅定不移地走好產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型的道路，有效運(yùn)用“政產(chǎn)學(xué)研用”交叉融合優(yōu)勢，做大、做精、做強(qiáng)金屬鎂產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)造出鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“府谷模式”。
我們有理由相信，隨著單智偉團(tuán)隊研發(fā)的高品質(zhì)鎂冶煉技術(shù)推廣應(yīng)用，必將提升陜西乃至全國整個鎂產(chǎn)業(yè)鏈的品質(zhì)，贏來更加顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
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