今年是“十五五”规划开局之年,我省进一步发挥非煤矿产资源禀赋,以科技创新驱动产业增值,推动资源优势加速转化为产业发展优势。8月17日,中共山西省委宣传部、山西省人民政府新闻办公室举行“转型路上的奋进者”系列第十场记者见面会。来自中北大学、山西银光华盛镁业股份有限公司、山西华兴铝业有限公司和山西中润铝业有限公司、中科晶电信息材料股份有限公司、国电投(山西)铝业有限公司的5位产学研一线代表,围绕“做强资源优势 打造新能源金属材料产业高地”主题,与记者见面交流。
破解高端材料“最难啃的骨头”
材料是工业发展的基石,很多重大装备、重大工程的突破,归根到底都源于材料的跨越。5位代表分别讲述了在各自领域里曾遇的“最难啃的骨头”。
中北大学材料科学与工程学院院长王强从事轻金属材料及变形加工研究近30年。他坦言,由于镁合金本身的晶体结构特性,塑性极差,非常难变形。“如果用面粉打个比方:铝合金就像是白面,既能手擀又能刀削,还能挤压拉伸,花样繁多;而镁合金就像是玉米面,变形很难,想做成复杂形状更难。”经过多年潜心研究,团队掌握了这种材料的特殊变形属性,开发了多项专用技术及设备,“现在已经能把‘玉米面’做到像‘白面’一样,能手擀、能刀削、能挤能拉”。目前,已经成功开发出性能优异、形状复杂的大型镁合金构件,并实现了工程化应用。
谈到材料突破之难,山西银光华盛镁业技术中心副主任王小刚说,镁合金生产要用到一种叫镁锆的中间合金,成本很高,一吨十几万元。但传统工艺里锆元素容易抱团,就像面粉和水搅不匀,全是疙瘩,这种“疙瘩”会“遗传”到最终的镁合金产品上。团队从材料冶金基础原理入手,从原料配比到设备调试,每一个细节反复打磨。最终创新采用超声辅助分散复合工艺,让“遗传基因”变好了。原料利用率直接提升30%以上,每年光这一项就节约成本近500万元。
山西华兴铝业、山西中润铝业科技创新部负责人杨桐说,高品质产品开发和绿色转型,是铝产业一块很难啃的“硬骨头”。拿低钠氧化铝来说,降钠的工艺技术完全能够实现,但现实矛盾也很突出:把钠指标降下来,生产成本随之抬升,可高品位氧化铝在市场上却卖不出对应的高价。今年他们采取两条措施:一是持续开展技术攻关、设备升级,把高品质产品带来的额外成本压缩下来;二是推行优质优价机制,让高品位材料拿到合理的市场溢价。
中科晶电晶体技术中心负责人高佑君介绍,企业生产的6英寸砷化镓衬底,是由纯度99.999%以上的镓和砷合成的第二代半导体材料。它的主要性能是由其中掺杂的万分之几甚至百万分之一的微量掺杂元素决定的,任何微量杂质引入或者晶体缺陷都会导致产品参数的巨大变化。在砷化镓衬底的开发过程中,做出合格的样品难,更难的是持续稳定地产出高品质产品。为稳定产品性能,他们持续开展上千次试验,最终实现了对产品质量的稳定控制。
国电投(山西)铝业计划经营部主任马志博印象最深的是从氧化铝溶液里“提锂”,“那里的锂浓度比传统盐湖卤水还低十倍,难度真可以说是‘大海捞针’”。团队打造了耐强碱、耐高温的专用锂吸附剂,并把技术变成“嵌入式”系统直接嫁接到现有生产线上。“锂回收率冲到了75%以上。这不仅让我们变废为宝,更补齐了山西铝土矿综合利用和锂资源产业的关键短板。”
从“按吨卖”到“按零件卖”
这些技术突破最终变成了什么产品?5位代表带着大家了解了这些技术或产品在现实世界里的模样。
王强分享了学校参与研制的装备亮相纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年阅兵的视频,“其中多个装备上就使用了我们开发的铝镁合金产品”。2015年纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利70周年阅兵时,参研的装备走过天安门广场。上个月长征十号乙运载火箭回收也用到了学院开发的双金属材料及部件,实现了国产化替代。团队开发的高性能铝合金传动行动构件应用,首次实现了以铝代钢,解决了装备超重无法定型的难题;高强耐热镁合金构件实现了以镁代铝,用于多个飞行器的研制。实验室先后开发100余种铝镁合金构件,研制配套5万余件(套),广泛应用于陆海空天装备,最近还开发了人形机器人用镁合金零件。
王小刚分享了三个场景:高铁“复兴号”每节车厢的行李架,“过去用铝合金,一个12公斤,换成我们的镁合金后,一个只有6公斤”;汽车轮毂方面,公司建成了国内第三条锻造镁合金轮毂生产线,18寸的轮毂最轻能做到5.2公斤,比同样大小的铝轮毂轻了将近三分之一;笔记本电脑外壳很多就是镁合金做的,公司开发的YGB21材料,实现了常温冲压成形,产品已经打入了国际知名品牌供应链,单品年销售额超过3000万元。
高佑君从手机和汽车的角度说明砷化镓的应用。手机里的功率放大器PA“主要负责放大发出的信号,没有它,你的信息就很难发出去”;低噪声放大器LNA“主要负责接收信息,没有它,你就收不到清晰的信号”。汽车尾灯、刹车灯、转向灯以及各类仪表的红黄色指示灯都是砷化镓芯片制作的。
马志博说,外贸“新三样”——新能源汽车、锂电池、太阳能电池,“它们的命脉都紧紧握在‘碳酸锂’手中”。“碳酸锂既是筑牢技术壁垒的基石,更是国家能源战略的核心资产。如果没有碳酸锂,我们今天‘充电五分钟,通话两小时’的美好生活,可能还只是一个遥不可及的梦想!”
把“资源账”变成“财富账”
把“资源账”变成“财富账”,这是我省新能源金属材料产业急需解决的问题。把这份“资源账”变成“财富账”,产业突破的关键在哪里?
王强认为,本土高校在该领域均形成鲜明的研究特色,具有较强的创新能力。目前的突破点就在于抓住新能源风口,把资源优势转化为技术、产业、经济优势。6月份,省委、省政府批准,中北大学牵头筹建“新能源金属材料山西省实验室”。实验室将从三个维度精准赋能:技术攻关“强链”,“靶向攻克‘绿色加工’技术,延链补链,突破产业瓶颈,推动由‘初级原材料’向‘高端材料、高端产品’转变,把‘按吨卖’变为‘按零件卖’,把利润留下来”。成果转化“增效”,深化产学研用,对接宁德时代等头部企业需求,大力开拓下游高端应用市场;打通中试堵点,加快成果转化落地,形成新质生产力。人才培育“聚力”,定制化培养复合型人才,构建开放协同生态,为产业高质量发展提供源头活水。
在“老产业”迈向“新赛道”的过程中,各位代表也亮出了具体打算。
王小刚表示,山西银光华盛镁业股份有限公司作为“链主”企业,从资源优势走向产业优势,方向很明确:横向拓赛道、纵向深加工、生态聚合力。目前公司已建成7条深加工产线,从矿山到终端产品全链贯通。新赛道上,人形机器人是重点布局的方向,还要在高端板材、精密型材、高阻燃、高导热等功能性镁合金上持续深耕,把山西的镁资源优势真正转化为产业竞争力。
马志博说,作为传统有色冶炼企业,正全力冲刺两条转型赛道。第一是抓智能制造,给生产装上“加速器”——关键岗位已实现无人化值守。第二是抓全链条融合,打破只卖单一产品的旧格局,深挖氧化铝生产过程中的伴生资源价值,把“废”变“宝”。“上周,在开局起步‘十五五’新闻发布会忻州专场上提到要推动新型电力体系建设,我们正同步发力绿电直连。”
杨桐表示,下一步重点抓好三件事。第一是做实绿色化,全速推进600MW绿电直连风电项目落地,同步配套储能设施。第二是做优智能化,依托智能化决策系统实现过程精准调控,提升氧化铝、电解铝铝液、金属镓产品品质。第三是做强高端化,加快高导铝合金、6N以上高纯镓工艺试验与新材料研发。
一材一世界,一业一乾坤。新能源金属材料,既是工业的“粮食”,更是发展新质生产力、做强高端制造的重要基石。从实验室微观技术攻坚到生产线全链条布局,从矿石绿色采选到精密晶体制造,一批绿色创新、品质高端的新材料,正持续为我省转型发展夯基固本。(本报记者 姚毅)
