近日，在中國科學(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)……作為我國唯一一家專門從事鹽湖綜合研究的機構(gòu)，中國科學(xué)院青海鹽湖研究所打造了一個使成果從實驗室邁向工業(yè)生產(chǎn)的“創(chuàng)新加速器”。
開發(fā)鹽湖鎂基高值化功能材料
生產(chǎn)一噸鉀肥，會析出約十噸氯化鎂。“青海是中國鎂資源大省，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期不足2%。”3月12日，中國科學(xué)院青海鹽湖研究所研究員李麗娟告訴記者。
長期以來，我國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。鎂基功能材料長期依賴進口。
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發(fā)。“氫氧化鎂是阻燃劑中的‘明星’，小到手機殼、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，“我國是全球最大的PVC與氨綸生產(chǎn)國，但所用的高端水滑石主要依賴進口。”
2024年，李麗娟團隊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)品不僅獲得國內(nèi)廠商青睞，還拿到了國外訂單。
“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。”李麗娟對未來充滿期待。
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、顆粒偏細的問題，嚴重制約了生產(chǎn)。
為了給生產(chǎn)線“通經(jīng)活絡(luò)”，中國科學(xué)院青海鹽湖研究所副研究員付振海團隊系統(tǒng)梳理了該企業(yè)工藝流程各作業(yè)單元的運行情況，圍繞細粒高鈉光鹵石礦冷結(jié)晶工藝優(yōu)化開展了系統(tǒng)實驗研究。
“過去做項目時，到了企業(yè)轉(zhuǎn)化一環(huán)才進行中試。”付振海說，“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，來驗證實驗效果，在技術(shù)轉(zhuǎn)化前就拿到了很多寶貴數(shù)據(jù)。”
把實驗室的“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)化為實際工業(yè)生產(chǎn)的過程，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。
“我們開展鹽湖研究，在實驗室內(nèi)往往更關(guān)注可行性。”在實驗室埋頭鉆研20多年的葉秀深說，“實驗室內(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，要想實現(xiàn)傳質(zhì)的均勻，那可不是一件容易的事。”
為完成實驗，科研人員往往追求最理想的實驗條件。葉秀深舉例說，實驗所用的原材料純度往往很高，而且大粒徑的原材料還會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，不太現(xiàn)實。
“過去，鹽湖提鋰工藝在實驗室內(nèi)一兩年就能完成，可一旦投入生產(chǎn)，花十幾年時間也不一定能做到順利提取。”葉秀深說。在“創(chuàng)新加速器”中試車間內(nèi)，科研人員可以把實驗室中瓶瓶罐罐內(nèi)的反應(yīng)，搬到放大的模擬工業(yè)的反應(yīng)器中，開展工程化的驗證放大。
目前，甘河中試基地擁有4個專用平臺和鹽湖鹽礦分離純化、鹽湖鹽礦材料制備兩大通用平臺。近5年完成30余項國家、省、市級重大項目中試及工程驗證。
