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【光明日報】鹽湖提“鋰”——記西安建筑科技大學(xué)王磊創(chuàng)新團隊
發(fā)布日期:2023-02-07    作者:    來源:    點擊量:3367   分享到:

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提起新能源汽車,就能想到“鋰電池”。但鋰從何而來?卻鮮有人知道。實際上,全球70%以上的鋰都提取自富含礦物質(zhì)的鹽湖。由于提取鋰的技術(shù)長期難以突破,我國不得不長期依賴進口。

西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院王磊團隊錨定國家需求,自主創(chuàng)新探索出路,并從陜西西安赴青海冷湖、格爾木和柴旦等地,將自主創(chuàng)新的核心技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,使鋰的提取成本從3萬元/噸以上降至1.5萬元/噸之內(nèi),且更加環(huán)保,大大降低了我國對進口鋰資源的依賴。

扎根“無人區(qū)”挑戰(zhàn)高難度

2021年,新能源汽車市場爆發(fā)式增長,汽車鋰電池的主要原材料碳酸鋰成為限制發(fā)展的壁壘。早在2016年,我國發(fā)布的《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2016—2020年)》中,鋰便被列入“國家戰(zhàn)略性礦產(chǎn)”目錄,搞定鋰,就是將戰(zhàn)略“命脈”掌握在了自己手中。

“鹽湖鹵水中提鋰成本相對較低,可以直接獲得工業(yè)級碳酸鋰,再經(jīng)過提純就可轉(zhuǎn)化為深加工鋰產(chǎn)品?!蓖趵谡f,要大力開發(fā)我國的鋰資源,“鹽湖提鋰”技術(shù)非常關(guān)鍵。

王磊所講的“鹽湖提鋰”技術(shù)實踐地點,位于青海冷湖、格爾木等地。但這些地區(qū)湖水中鋰含量極低,品質(zhì)又差,以往很少有人愿意在這兒投資,是鹽湖提鋰的“無人區(qū)”。

“這里的鹽湖中鋰離子含量僅為0.06克/升,已是全球最低,且稟賦差,提取難度極大?!蓖趵诒硎?,盡管資源條件很差,但他們還是選擇進入這個“無人區(qū)”,啃下最難啃的硬骨頭,不僅是相信過硬的自主研發(fā)技術(shù),更重要的是,要為國家盡可能多地收集鋰資源。

2017年9月,王磊帶領(lǐng)團隊在冷湖建設(shè)第一個中試站。同年12月,中試生產(chǎn)線順利投產(chǎn),將以傳統(tǒng)方法提取碳酸鋰的成本降低一半以上,其經(jīng)濟性、環(huán)保性均達到了世界先進水平,為我國有價貴金屬開發(fā)提供了強有力的技術(shù)保障。

經(jīng)過幾年發(fā)展,目前,年產(chǎn)量達數(shù)千噸的生產(chǎn)線正在為國家輸出著寶貴的鋰資源。

巧用“膜分離”解決提鋰難題

??王磊為何能如此有信心,敢于在青海挑戰(zhàn)無人看好的鹽湖提鋰?關(guān)鍵就在于他和團隊自主研發(fā)的以膜分離技術(shù)為核心的固相離子束縛材料。

??“這種新材料能制作成薄膜,就像一層濾網(wǎng),在提鋰過程中,將鋰離子吸附在濾網(wǎng)上,將其余雜質(zhì)過濾?!蓖趵诮榻B。

??誰能想到,這項核心技術(shù),最早是為凈化污水而研發(fā)。2016年,王磊團隊以膜分離技術(shù)為核心的一系列科技創(chuàng)新成果在寧夏、甘肅等地廣泛應(yīng)用于市政和工業(yè)水處理,產(chǎn)值逾3億元。

“要在原始創(chuàng)新上取得突破?!边@是王磊內(nèi)心始終的堅持。畢業(yè)于給排水工程專業(yè)的他,擅長逆向思維——“凈化污水,是去除礦物質(zhì)污染物,保留水資源。那么,反過來想,不就能從水中提取貴金屬嗎?”這就是固相離子束縛材料用于提取鋰的思路起點。

此后,借助自主研發(fā)的固相離子束縛技術(shù),秉持“一湖一材料,一湖一工藝”的思路,他們研發(fā)出“高效吸附+解吸+沉鋰”分布式綠色鹵水提鋰極簡工藝,通過對鹽湖鹵水的吸附—解吸,一步獲得適合新能源汽車電池使用的沉鋰溶液,進而沉鋰得到相關(guān)產(chǎn)品。

??“這是一項真正的原始創(chuàng)新技術(shù),解決了以往對鎂鋰選擇分離效率低、穩(wěn)定性低及存在污染等問題,一舉攻克了從低濃度、超高鎂鋰比的鹵水中提取鋰,并一次達到電池級的難題?!蓖趵谡f。

打通創(chuàng)新鏈產(chǎn)業(yè)鏈破解融合困境

??青海地區(qū)冬天是零下20多攝氏度的嚴寒。團隊成員、柴旦地區(qū)生產(chǎn)項目負責人崔征回憶道:“最初時他們5人擠住在1間屋子,條件非常艱苦,凌晨才回去,三四點又冒著嚴寒回到了車間?!?/span>

??艱苦的環(huán)境,不能阻擋創(chuàng)新的腳步。僅幾個寒暑,王磊團隊就實現(xiàn)了從原始創(chuàng)新到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的跨越,其關(guān)鍵在于創(chuàng)新性地提出了“研究院+有限公司+種子基金”的創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈深度融合模式。在王磊看來,以往理論驗證、中試、資金、市場化等都相對獨立,需要來回協(xié)調(diào),不確定性高,不論哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,都可能導(dǎo)致市場化失敗,這也是創(chuàng)新鏈到產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)化最困難的癥結(jié)。經(jīng)過反復(fù)探索與實踐,他們成功打通了這些環(huán)節(jié)。

??2017年,由陜西省科技廳支持,王磊依托西安建筑科技大學(xué)優(yōu)勢學(xué)科,組建了陜西省膜分離技術(shù)研究院,圍繞膜分離科學(xué)和技術(shù)進行基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā),為產(chǎn)業(yè)化提供共性技術(shù)平臺。依托平臺,王磊又組建了由團隊控股,重點研發(fā)高性能超濾、微濾、納濾、正滲透等膜分離產(chǎn)品與設(shè)備的創(chuàng)新企業(yè)和種子基金,形成了“基礎(chǔ)研究—應(yīng)用開發(fā)—成果轉(zhuǎn)化—企業(yè)孵化—資本運營”的全產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)化新模式。

??“這種模式把基礎(chǔ)研究平臺、科學(xué)研究基地與成果轉(zhuǎn)化推上了快速通道,跨越了從基礎(chǔ)研究到技術(shù)創(chuàng)新的‘死亡谷’?!币劳杏诖?,他們目前已在節(jié)能環(huán)保、新能源新材料、醫(yī)療器械三大領(lǐng)域孵化了十余家高科技企業(yè),申請專利80余項,已授權(quán)專利40余項,其中30余項已實現(xiàn)了轉(zhuǎn)化生產(chǎn),專利轉(zhuǎn)化近億元。

創(chuàng)新鏈帶動產(chǎn)業(yè)鏈,產(chǎn)業(yè)鏈反哺創(chuàng)新鏈。更多人才迅速成長,所孵化的企業(yè)既是生產(chǎn)基地,也是實踐基地,更是深度研發(fā)基地。在這一鏈條上,團隊培養(yǎng)出碩、博士創(chuàng)新型人才近200名,形成了基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)、工程應(yīng)用、管理等完備的人才體系。他們在《自然通訊》等國際、國內(nèi)期刊上發(fā)表70余篇高水平論文,出版《水處理膜污染結(jié)構(gòu)參數(shù)與微觀作用評價方法》等7部著作。

??“未來,我們將繼續(xù)堅持面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,不斷向科學(xué)技術(shù)廣度和深度進軍。圍繞膜分離技術(shù),加快推動科研成果轉(zhuǎn)化,以關(guān)鍵核心技術(shù)服務(wù)經(jīng)濟社會?!蓖趵谡f。