近日，在中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所甘河中試基地內(nèi)，白色粉末狀的氫氧化鎂阻燃劑與鎂鋁水滑石穩(wěn)定劑，正源源不斷地從示范性生產(chǎn)線上產(chǎn)出。穩(wěn)定生產(chǎn)不足半年，這些產(chǎn)品便成為替代進(jìn)口的“搶手貨”。
將鹽湖“鎂害”變廢為寶、為鉀肥生產(chǎn)線通經(jīng)活絡(luò)……作為我國(guó)唯一一家專門從事鹽湖綜合研究的機(jī)構(gòu)，中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所打造了一個(gè)使成果從實(shí)驗(yàn)室邁向工業(yè)生產(chǎn)的“創(chuàng)新加速器”。
開(kāi)發(fā)鹽湖鎂基高值化功能材料
生產(chǎn)一噸鉀肥，會(huì)析出約十噸氯化鎂。“青海是中國(guó)鎂資源大省，堆積如山的氯化鎂一度被當(dāng)成‘鎂害’處理。受技術(shù)水平制約，鹽湖鎂資源利用率長(zhǎng)期不足2%。”3月12日，中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所研究員李麗娟告訴記者。
長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)在高端鎂基功能材料產(chǎn)業(yè)化與規(guī)模化制備技術(shù)方面，一直未能取得突破。鎂基功能材料長(zhǎng)期依賴進(jìn)口。
與鹽湖打了數(shù)十年交道的李麗娟，始終關(guān)注著鹽湖鎂基高值化功能材料的開(kāi)發(fā)。“氫氧化鎂是阻燃劑中的‘明星’，小到手機(jī)殼、冰箱殼，大到通信電纜，其應(yīng)用范圍很廣泛。”李麗娟介紹，高端的鎂基水滑石熱穩(wěn)定劑，主要應(yīng)用在透明PVC與氨綸類高分子材料中，“我國(guó)是全球最大的PVC與氨綸生產(chǎn)國(guó)，但所用的高端水滑石主要依賴進(jìn)口。”
2024年，李麗娟團(tuán)隊(duì)攜手青海艾特克鹽湖科技有限公司，在甘河中試基地內(nèi)建起了2000噸特殊形貌氫氧化鎂阻燃劑和2000噸微納鎂基水滑石熱穩(wěn)定劑產(chǎn)業(yè)化示范線。相關(guān)產(chǎn)品不僅獲得國(guó)內(nèi)廠商青睞，還拿到了國(guó)外訂單。
“我們希望在鹽湖旁邊建設(shè)更大規(guī)模的生產(chǎn)線，生產(chǎn)高端的鎂基高值化功能材料。”李麗娟對(duì)未來(lái)充滿期待。
鹽湖中的光鹵石礦，是生產(chǎn)鉀肥的主要原料。此前，青海一鉀肥企業(yè)的光鹵石礦存在氯化鈉含量偏高、顆粒偏細(xì)的問(wèn)題，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)。
為了給生產(chǎn)線“通經(jīng)活絡(luò)”，中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所副研究員付振海團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)梳理了該企業(yè)工藝流程各作業(yè)單元的運(yùn)行情況，圍繞細(xì)粒高鈉光鹵石礦冷結(jié)晶工藝優(yōu)化開(kāi)展了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究。
“過(guò)去做項(xiàng)目時(shí)，到了企業(yè)轉(zhuǎn)化一環(huán)才進(jìn)行中試。”付振海說(shuō)，“現(xiàn)在，我們利用中試基地的浮選、分解結(jié)晶、蒸發(fā)等裝置，來(lái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)效果，在技術(shù)轉(zhuǎn)化前就拿到了很多寶貴數(shù)據(jù)。”
把實(shí)驗(yàn)室的“可行性”搬到生產(chǎn)車間
從0到1的突破，再到工業(yè)生產(chǎn)1到100的飛躍……在中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所甘河中試基地主任葉秀深眼里，前者是驗(yàn)證創(chuàng)新概念、理念及可行性的關(guān)鍵步驟，而后者則是將可行性轉(zhuǎn)化為實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程，這其中涉及工藝、裝備、原材料等諸多復(fù)雜因素，其難度之大，絲毫不亞于從0到1的突破。
“我們開(kāi)展鹽湖研究，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)往往更關(guān)注可行性。”在實(shí)驗(yàn)室埋頭鉆研20多年的葉秀深說(shuō)，“實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的反應(yīng)器都是瓶瓶罐罐，大小類似紙杯，用勺子輕輕一拌就能讓原材料均勻混合。但到了工業(yè)生產(chǎn)階段，反應(yīng)器卻變成了幾立方米甚至幾百立方米的大塊頭，要想實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)的均勻，那可不是一件容易的事。”
為完成實(shí)驗(yàn)，科研人員往往追求最理想的實(shí)驗(yàn)條件。葉秀深舉例說(shuō)，實(shí)驗(yàn)所用的原材料純度往往很高，而且大粒徑的原材料還會(huì)被磨成粉以提高反應(yīng)速率。然而，在大批量的工業(yè)生產(chǎn)中，做到這兩點(diǎn)，不太現(xiàn)實(shí)。
“過(guò)去，鹽湖提鋰工藝在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)一兩年就能完成，可一旦投入生產(chǎn)，花十幾年時(shí)間也不一定能做到順利提取。”葉秀深說(shuō)。在“創(chuàng)新加速器”中試車間內(nèi)，科研人員可以把實(shí)驗(yàn)室中瓶瓶罐罐內(nèi)的反應(yīng)，搬到放大的模擬工業(yè)的反應(yīng)器中，開(kāi)展工程化的驗(yàn)證放大。
目前，甘河中試基地?fù)碛?個(gè)專用平臺(tái)和鹽湖鹽礦分離純化、鹽湖鹽礦材料制備兩大通用平臺(tái)。近5年完成30余項(xiàng)國(guó)家、省、市級(jí)重大項(xiàng)目中試及工程驗(yàn)證。
