鹽湖提“鋰”
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的鹽湖。由於提取鋰的技術長期難以突破,我國不得不長期依賴進口。
西安建築科技大學環境與市政工程學院王磊團隊錨定國家需求,自主創新探索出路,並從陝西西安赴青海冷湖、格爾木和柴旦等地,將自主創新的核心技術實現產業化,使鋰的提取成本從3萬元/噸以上降至1.5萬元/噸之內,且更加環保,大大降低了我國對進口鋰資源的依賴。
紮根“無人區”挑戰高難度
2021年,新能源汽車市場爆發式增長,汽車鋰電池的主要原材料碳酸鋰成為限製發展的壁壘。早在2016年,我國發布的《全國礦產資源規劃(2016—2020年)》中,鋰便被列入“國家戰略性礦產”目錄,搞定鋰,就是將戰略“命脈”掌握在了自己手中。
“鹽湖鹵水中提鋰成本相對較低,可以直接獲得工業級碳酸鋰,再經過提純就可轉化為深加工鋰產品。”王磊說,要大力開發我國的鋰資源,“鹽湖提鋰”技術非常關鍵。
王磊所講的“鹽湖提鋰”技術實踐地點,位於青海冷湖、格爾木等地。但這些地區湖水中鋰含量極低,品質又差,以往很少有人願意在這兒投資,是鹽湖提鋰的“無人區”。
“這裏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。”王磊表示,盡管資源條件很差,但他們還是選擇進入這個“無人區”,啃下最難啃的硬骨頭,不僅是相信過硬的自主研發技術,更重要的是,要為國家盡可能多地收集鋰資源。
2017年9月,王磊帶領團隊在冷湖建設第一個中試站。同年12月,中試生產線順利投產,將以傳統方法提取碳酸鋰的成本降低一半以上,其經濟性、環保性均達到了世界先進水平,為我國有價貴金屬開發提供了強有力的技術保障。
經過幾年發展,目前,年產量達數千噸的生產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wang磊lei為wei何he能neng如ru此ci有you信xin心xin,敢gan於yu在zai青qing海hai挑tiao戰zhan無wu人ren看kan好hao的de鹽yan湖hu提ti鋰li?關guan鍵jian就jiu在zai於yu他ta和he團tuan隊dui自zi主zhu研yan發fa的de以yi膜mo分fen離li技ji術shu為wei核he心xin的de固gu相xiang離li子zi束shu縛fu材cai料liao。
“這種新材料能製作成薄膜,就像一層濾網,在提鋰過程中,將鋰離子吸附在濾網上,將其餘雜質過濾。”王磊介紹。
誰能想到,這項核心技術,最早是為淨化汙水而研發。2016年,王磊團隊以膜分離技術為核心的一係列科技創新成果在寧夏、甘肅等地廣泛應用於市政和工業水處理,產值逾3億元。
“要在原始創新上取得突破。”這是王磊內心始終的堅持。畢業於給排水工程專業的他,擅長逆向思維——“淨化汙水,是去除礦物質汙染物,保留水資源。那麼,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於提取鋰的思路起點。
此後,借助自主研發的固相離子束縛技術,秉持“一湖一材料,一湖一工藝”的思路,他們研發出“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,進而沉鋰得到相關產品。
“這是一項真正的原始創新技術,解決了以往對鎂鋰選擇分離效率低、穩定性低及存在汙染等問題,一舉攻克了從低濃度、超高鎂鋰比的鹵水中提取鋰,並一次達到電池級的難題。”王磊說。
打通創新鏈產業鏈破解融合困境
青海地區冬天是零下20多攝氏度的嚴寒。團隊成員、柴旦地區生產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,淩晨才回去,三四點又冒著嚴寒回到了車間。”
艱苦的環境,不能阻擋創新的腳步。僅幾個寒暑,王磊團隊就實現了從原始創新到產業化發展的跨越,其關鍵在於創新性地提出了“研究院+有限公司+種子基金”的創新鏈、產業鏈深度融合模式。在王磊看來,以往理論驗證、中試、資金、市(shi)場(chang)化(hua)等(deng)都(dou)相(xiang)對(dui)獨(du)立(li),需(xu)要(yao)來(lai)回(hui)協(xie)調(tiao),不(bu)確(que)定(ding)性(xing)高(gao),不(bu)論(lun)哪(na)個(ge)環(huan)節(jie)出(chu)現(xian)問(wen)題(ti),都(dou)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)市(shi)場(chang)化(hua)失(shi)敗(bai),這(zhe)也(ye)是(shi)創(chuang)新(xin)鏈(lian)到(dao)產(chan)業(ye)鏈(lian)轉(zhuan)化(hua)最(zui)困(kun)難(nan)的(de)症(zheng)結(jie)。經(jing)過(guo)反(fan)複(fu)探(tan)索(suo)與(yu)實(shi)踐(jian),他(ta)們(men)成(cheng)功(gong)打(da)通(tong)了(le)這(zhe)些(xie)環(huan)節(jie)。
2017年nian,由you陝shan西xi省sheng科ke技ji廳ting支zhi持chi,王wang磊lei依yi托tuo西xi安an建jian築zhu科ke技ji大da學xue優you勢shi學xue科ke,組zu建jian了le陝shan西xi省sheng膜mo分fen離li技ji術shu研yan究jiu院yuan,圍wei繞rao膜mo分fen離li科ke學xue和he技ji術shu進jin行xing基ji礎chu研yan究jiu和he技ji術shu開kai發fa,為wei產chan業ye化hua提ti供gong共gong性xing技ji術shu平ping台tai。依yi托tuo平ping台tai,王wang磊lei又you組zu建jian了le由you團tuan隊dui控kong股gu,重zhong點dian研yan發fa高gao性xing能neng超chao濾lv、微濾、納濾、正滲透等膜分離產品與設備的創新企業和種子基金,形成了“基礎研究—應用開發—成果轉化—企業孵化—資本運營”的全產業鏈轉化新模式。
“這種模式把基礎研究平台、科學研究基地與成果轉化推上了快速通道,跨越了從基礎研究到技術創新的‘死亡穀’。”依托於此,他們目前已在節能環保、新能源新材料、醫療器械三大領域孵化了十餘家高科技企業,申請專利80餘項,已授權專利40餘項,其中30餘項已實現了轉化生產,專利轉化近億元。
創(chuang)新(xin)鏈(lian)帶(dai)動(dong)產(chan)業(ye)鏈(lian),產(chan)業(ye)鏈(lian)反(fan)哺(bu)創(chuang)新(xin)鏈(lian)。更(geng)多(duo)人(ren)才(cai)迅(xun)速(su)成(cheng)長(chang),所(suo)孵(fu)化(hua)的(de)企(qi)業(ye)既(ji)是(shi)生(sheng)產(chan)基(ji)地(di),也(ye)是(shi)實(shi)踐(jian)基(ji)地(di),更(geng)是(shi)深(shen)度(du)研(yan)發(fa)基(ji)地(di)。在(zai)這(zhe)一(yi)鏈(lian)條(tiao)上(shang),團(tuan)隊(dui)培(pei)養(yang)出(chu)碩(shuo)、博士創新型人才近200名,形成了基礎研究、技術開發、工程應用、管理等完備的人才體係。他們在《自然通訊》等國際、國內期刊上發表70餘篇高水平論文,出版《水處理膜汙染結構參數與微觀作用評價方法》等7部著作。
“未來,我們將繼續堅持麵向世界科技前沿、麵向經濟主戰場、麵向國家重大需求、麵向人民生命健康,不斷向科學技術廣度和深度進軍。圍繞膜分離技術,加快推動科研成果轉化,以關鍵核心技術服務經濟社會。”王磊說。
(本報記者 張哲浩 李 潔 本報通訊員 詹鵬超)
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