《新型节能稀土金属电解槽获新突破》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2020-03-23
  • 在内蒙古包头瑞鑫稀土金属材料股份有限公司(以下简称“包头瑞鑫”)生产车间内,一个长2.2米、宽1.8米,高1米的电解槽吸引了笔者。

    据了解,这就是万安电解槽,也是世界最大的镨钕生产基地里的大杀器。

    “我们将电解槽中放入氟盐溶液,通入1.5万安培的直流电,炉温保持在1000℃左右,将稀土镨钕氧化物倒入电解槽中,氧离子到阳极氧化为二氧化碳排出,稀土离子到阴极还原为金属液滴从下面的细管中滴出。”企业研发团队代表、正高级工程师郭海涛说。

    郭海涛坦言,万安电解槽研制的难点就在于熔盐电解过程中,使用的高温熔融氟盐体系的侵蚀能力非常强,找到适合的槽体材料及工具配件是关键。

    目前,国内生产镨钕金属产品主要采用6千安培的小电解槽生产技术。而包头瑞鑫的研发团队深耕稀土金属工业电解槽及电解技术,从6千安培小电解槽到3万安培大电解槽都进行了工业化试验,最终生产工艺锁定到1.5万安培电解槽工艺技术。

    稀土金属钕和镨钕合金产品是国内外生产小到箱包纽扣、手机配件,大到风力发电机、航天领域所用磁性材料原件的关键原料,它的稳定性直接影响到磁性材料配件应用的稳定性。

    包头瑞鑫采用的1.5万安培稀土熔盐电解技术不仅单炉产量高,炉龄长,电耗低,而且产品一致性好,得到国内外用户的高度评价,“我们的工艺技术不断发展进步,一直引领国内外稀土金属电解技术的发展方向。”郭海涛自信满满地说。

    目前,包头瑞鑫已实现了年产8500吨,产值30多亿元的产业规模。

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  • 《寻求稀土材料应用领域的新突破》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-05-17
    • 我国在稀土应用方面又取得一项新的突破。近日,天津大学科学家借助纳米技术,通过添加稀土材料钆,开发出新型纳米颗粒,有望解决传统药物制剂缺陷,实现了靶向药物可视化引导观测,研究中,他们利用生物添加技术,构建出一种多功能稀土上转换纳米颗粒,成功制备了蛋白矿化钆掺杂硫化铜纳米诊疗制剂。 这种可用于光热治疗用的硫铟铜/硫化锌新型纳米颗粒,在660纳米的激光照射下,同时具有固有的光热效应和光动力效应,从而获得了高度的抗肿瘤治疗效果。这一研究不仅为PET可视化引导纳米药物研究提供了一种新方向,也为微创光遗传学技术在体内的实施拓展了新思路。 每一项国内稀土材料应用研发成功并投入使用,都令业界感到兴奋。通过添加稀土材料钆,构建出一种多功能稀土上转换纳米颗粒,成功制备了蛋白矿化钆掺杂硫化铜纳米诊疗制剂的新闻,让我们想起“往钢中加入一定量稀土,就能显著提升了钢铁品质”一事。 中国科学院金属研究所的研究成果显示,在基本不增加钢铁生产成本的前提下,往钢中加入一定量稀土,即可显著提高钢的韧塑性及耐磨、耐热、耐蚀性,这种稀土钢纯净化制备技术显著提升了钢铁品质,推动我国钢铁产业迈上了全球价值链高端。 有人算过一笔账,我国的稀土钢产量若能达到3500万吨/年,那么,每年可消耗混合稀土(以过剩的镧、铈为主)2.1万吨。从这个角度来看,发展稀土钢不但可以促进钢铁产业升级,还可以实现稀土元素的综合利用,对促进稀土行业健康发展同样具有积极作用。 随着《中国制造2025》计划的提出,制造强国的战略目标对其基础产业——材料制造提出了更高、更迫切的发展要求。“经验指导实验”的传统材料研发模式已无法满足新材料研发需求。发展高效率、低成本的材料研发新模式是大力推动包括稀土钆、稀土钢在内的材料发展,支撑先进制造和高新技术发展的迫切需求。 目前,我国稀土行业还存在一些问题,特别是我国稀土产业整体上还处于世界稀土产业链的中低端,持续创新力不强,下游高端产品匮乏等问题制约着稀土产业的发展。因此,加强稀土材料研发与应用迫在眉睫。 一般而言,新材料从研发到应用往往需要经历10至20年的周期。为了缩短这个周期,业界人士提出,稀土材料基因组计划提出以市场和应用为导向的材料研发新模式。根本上是实现“融合”与“协同”。相关科研机构和相关稀土企业应针对应用需求,从材料成分与组织设计、制备加工工艺优化、性能与寿命预测进行全链条一体化研究。 稀土产业作为国家经济结构调整转型的一个新的增长点,发展潜力巨大。下一步,我国将实施“稀土+”战略,不再走依赖卖原材料的老路子,在加大稀土材料在农业、军事、医药等领域的开发方面做文章,促进我国稀土产业由技术优势转化为产业优势、经济优势和战略优势,形成稀土产业链与其它产业链相互支持、良性互动的格局。
  • 《碱性电解槽取得技术突破》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2021-12-09
    • 碱性电解槽是可再生能源大规模制氢的关键装备。日前,中国华能主导研制的世界单槽产能最大碱性制氢水电解槽在苏州下线,可制氢1300标准立方米/小时。今年10月,隆基氢能科技有限公司首台碱性水电解槽下线,单台制氢能力超1000标准立方米/小时。 由于碳达峰、碳中和目标的提出以及氢能产业的加速发展,绿氢在降碳中发挥的作用备受关注,电解水制氢的规模不断扩大。电解槽作为重要的绿氢制取设备,其技术发展及成本优势影响着绿氢规模化发展进程。业内人士认为,碱性电解槽作为我国的主流电解制氢技术,技术水平不断提升。 性能指标不断提升 业内研究显示,与质子交换膜水电解制氢和固体氧化物电解制氢技术相比,碱性电解水制氢是现阶段我国发展最成熟的电解制氢技术,在成本和寿命方面都具有明显的优势。 “目前碱性电解槽已经实现了国产化和大型化,设备投资降到了2000元/千瓦以下,一些电解槽运行寿命超过了20年。”华能清能院氢能部主任王金意说,目前国内绿氢项目还是以碱性电解制氢为主,随着近几年研发投入的加强,碱性电解槽性能也有了显著提升,在保持低成本优势的前提下,关键性能指标已经和质子交换膜电解槽接近。随着科研力量和产业投资的注入,碱性电解制氢技术在规模、成本、性能等综合性能上将保持竞争优势。 不过王金意提醒称,制氢设备并非越大越好。“准确地讲,氢气产量大型化和体积小型化的同时实现,是电解制氢设备的一个发展趋势,解决这一问题的关键是电流密度的提升。通过提升电流密度,实现单台氢气产量的提高和单位产量体积的下降,能够有效降低占地面积和设备投资成本,这对电解制氢的大规模应用推广十分重要。” 寻求进一步降本 相对于煤制氢、天然气制氢等传统化石燃料制氢来讲,碱性电解制氢的成本相对较高。根据目前的可再生能源度电成本、电解制氢的综合能耗,考虑电解槽的投资和运营成本,氢气的生产成本约为25-35元/公斤,而化石燃料制氢的成本约为8-18元/公斤。 此外,目前我国普遍使用的是非石棉基的PPS布,价格低廉,但隔气性差、能耗偏高。今年2月,科技部正式发布《关于对“十四五”国家重点研发计划“氢能技术”等18个重点专项2021年度项目申报指南征求意见的通知》,高效大功率碱水电解槽关键技术开发与装备研制被列入其中,研究内容包括新型非石棉隔膜批量制备技术、大直径碱性电解槽结构优化设计与集成技术等。 对此,王金意分析认为,在制氢产业尚未形成规模的情况下,为避免出现产业环节缺失或发展薄弱的情况,产业上下游协同,实现电解水制氢的经济性尤为迫切。 “目前,用电成本约占电解制氢成本的60%以上,通过电极、隔膜、电解槽等关键材料和核心部件的技术突破,可进一步降低制氢电耗。与此同时,挖掘电解制氢在上游电源、电网侧的储能调峰作用,可获得更优的综合用电价格或辅助服务补偿。”在王金意看来,这不仅有利于拓展绿氢的应用场景,还能保障绿氢的生产时间和消纳渠道,提高效益。 与可再生能源的适配性待加强 “与可再生能源适配性较差”是业内对碱性电解槽制氢的普遍印象。碳达峰、碳中和背景下,可再生能源规模将不断扩大,如何突破适配性难题? 王金意认为,碱性电解槽与可再生能源适配性较差是相对的。相对于质子交换膜电解槽,碱性电解槽的动态响应速率较慢。但在实际应用过程中,基于安全性的考虑,电网并不希望电源或负荷快速变化。 “事实上,提升碱性电解槽与可再生能源的适配性,可以从提高制氢系统的快速响应能力、提高大规模电解制氢的电源效率,以及电源和制氢系统间的耦合控制等方面加以解决。”王金意指出,这也是未来制氢技术发展的重要方向。