鋯鉿材料技術創新與應用引領國家高端製造業升級

2021-01-10 中國網科學頻道

——訪中國自主創新鋯鉿分離技術發明人 朱興峰

文/董洋明

2016年5月30日,在全國科技創新大會上,中共中央總書記習近平指出,實現「兩個一百年」奮鬥目標,實現中華民族偉大復興的中國夢,必須堅持走中國特色自主創新道路,面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求,加快各領域科技創新,掌握全球科技競爭先機。這是我們提出建設世界科技強國的出發點。習近平總書記指出,我國科技隊伍規模是世界上最大的,這是產生世界級科技大師、領軍人才、尖子人才的重要基礎。科技人才培育和成長有其規律,要大興識才愛才敬才用才之風,為科技人才發展提供良好環境,在創新實踐中發現人才、在創新活動中培育人才、在創新事業中凝聚人才,聚天下英才而用之,讓更多千裡馬競相奔騰。

這是我們的黨和國家卓越領導人站在中國社會主義建設新時期提出的科技強國總綱領,為中國科技建設提出了新要求,明確了新方向。滄海橫流方顯英雄本色,進入二十一世紀,中國的科技人才英雄輩出,創新成果舉世矚目,而其中一項非常耀眼奪目的成就,便是上海哈峰新材料科技有限公司董事長朱興峰發明的「氧化鋯/氧化鉿混合物的火法分離方法」。這項技術,不僅刷新了世界鋯鉿分離技術的研究水平,更為我國科技強國建設之路注入了極大的新能量。 

高端的新材料決定高端的製造業

當今世界,一個國家高端製造業的水平決定著該國軍用工業、民用工業的總體水平,而高端的新材料又直接決定著高端製造業的水平。高純度的鋯和鉿就是高端新材料的傑出代表。

鋯和鉿,在一般人眼裡就是兩種特殊的金屬材料,並不具備特殊的意義。但事實上,鋯具有獨特的核性能,其中子吸收截面小,在高溫、高壓以及水中有優良的耐蝕性,在核反應堆內又有良好的抗輻照性能,因而經常被用做核反應堆的燃料包殼材料和堆芯結構材料。

而鉿具有可塑性、易加工、耐高溫、抗腐蝕的特性,鉿的熱中子捕獲截面大,是較理想的中子吸收體,可用做原子反應堆的控制棒和保護裝置。

鋯、鉿耐高溫、耐輻蝕及具有獨特的核性能,使得他們不僅在核軍工、核電等工業中可以分別用於反應堆包殼和結構材料、反應堆控制材料,而且在機械製造、化工石油、冶金、製藥、電子等領域也應用廣泛。核工業應用所需的核級鋯、鉿材料更是屬於稀有的金屬材料。

現在我國核電用的鋯管及鋯合金材料由於受分離技術的限制,產品開發與應用與國外相比還有很大差距,致使這一類材料至今仍依賴於進口。

朱興峰介紹,目前世界上高純度鋯、鉿市場份額被幾個國家所佔,法、美、俄等是世界上主要的生產大國,如法國的塞佐司公司的核能海綿鋯的產量約為2000噸/年,德國等歐洲國家也形成了相應的鋯加工產品的生產能力。

在核軍工領域,隨著我國航母等軍事艦艇、軍事裝備的升級換代及軍工的發展,核級鋯、鉿的總需求量更是快速增長。據了解,一艘3萬馬力的核潛艇所用的鋯合金就達20-30噸,只有實現高純度鋯鉿產品的國產化、產業化,才能加快我國高端軍用工業和民用工業的產業升級和持續健康的發展。

鋯、鉿材料對於其他製造業如汽車工業、航空航天飛行器製造,以及無鉿納米氧化鋯在特種刀具行業、陶瓷工業、光纖連接器、特種機械零配件等製造領域的應用廣泛,也有著「加到哪裡哪裡高端」的廣闊市場前景。

分離方法創新獨具世界領先水平

鋯鉿分離技術,在當今世界新材料科技競爭中扮演著越來越重要的角色,然而冰凍三尺非一日之寒。在科技競爭如此激烈的今天,要想實現彎道超車,所需要的不僅是膽量和魄力,更是綜合實力。

在天然礦物質中,鋯與鉿相伴而生。鋯中的鉿含量一般為1%-2%,一般工業用鋯,無需從鋯中把鉿分離出去,而作為核工業所用核級鋯,必須進行鋯、鉿分離,產出核級鋯和核級鉿。朱興峰介紹說,當前在世界上核級鋯、鉿分離與製取法大致為火法分離法和溼法分離法。

「美國的MLBK—HCNS法,是目前佔全球2/3海綿鋯生產所採用的方法。法國的技術即CEZUS採用的技術路線,是利用HFCL4與ZRCL4在熔融鹽鋁氯酸鉀中飽和蒸氣壓的差異,於精餾塔中進行分離,用此方法最終得到WHFCL4的30%-50%富集物和原子能級的ZRCL4。此法最大的特點是消耗化工試劑少、『三廢』汙染少,分離流程短,可直接與金屬原工序銜接。其缺點是設備及運送系統卻在350℃-500℃下操作,對設備材料要求高,淨化除雜差,投資大,只適合大型冶煉廠採用。」朱興峰說,我國所需的核工業應用材料,如核級海綿鋯,由於鋯、鉿分離技術的制約等因素,使鋯、鉿等材料及製品主要依賴進口。

「當前我國核軍工、核電產業,在新的歷史時期再次提出了做大做強、創國際一流的口號,堅持自主創新、有力保護國防建設、推動核能和平利用成為我國核工業的戰略目標和決心。鋯、鉿分離形成生產規模及實現鋯、鉿產業化,不僅能結束長期依賴高昂的進口,更為發展核軍工、核電工業提供了保證。」朱興峰說,從某種意義上講,鋯、鉿分離技術科學研究是一項助力國家核工業發展必不可缺的科技攻關和科技創新。

在萬眾期待中,上海哈峰新材料科研有限公司科研人員,在朱興峰的帶領下,歷經刻苦攻關,終於攻克了這一科技堡壘。自2011年始,在鋯、鉿分離技術上孜孜以求,刻苦攻關,終於發明出「氧化鋯/氧化鉿混合物的火法分離方法」。

朱興峰及其團隊研發的鋯、鉿分離技術與國際技術相比更具有優勢,這項技術有效地提高了鋯、鉿新材料規模化生產能力,既降低了生產成本,又實現了綠色環保,同時可以儘快實現規模化生產來降本增效。更為重要的是,「氧化鋯/氧化鉿混合物的火法分離方法」,填補了世界空白,將從此改變我國在軍用與民用工業中高純度鋯鉿材料至今仍依賴於進口的局面。

2015年10月28日,國家知識產權局授予朱興峰發明專利證書(證書號:第1830391號),此項發明被北京連城資產評估有限公司評估價值為93.9822億元。

中國科學家的強國夢報國情

世界科技競賽,從來都是你追我趕,誰若落下一步,再補起來便要付出十倍百倍氣力。因此,對於創新發展的重視程度,各國表現得都很一致。

朱興峰的專利技術甫一問世,便受到了國內和世界科學界的高度重視。對於國內的科技界來說,這實在是一個巨大的驚喜!行業專家們紛紛表示這項發明專利是一項「實現民族科技崛起的技術」,是「新材料的創新與超越」,是「讓中國成為航空發動機製造強國的重要元素」。

而在2014年5月27日,在海口召開的第六屆國際鋯業大會的國際論壇上,有國際公司的代表聽了朱興峰的專利介紹,當場就提出要求技術轉讓或合作,朱興峰當即回絕了他們。他說:「我們自己的專利技術,要為國家提供更多更好的新型材料。計劃用三五年時間,建立一個具有一定規模的鋯鉿生產基地,更好地實現我國的強國強軍夢。」

儘管這項技術如今評估價值近百億,可朱興峰本人卻並不富裕。這位出生在江蘇省無錫市新吳區一個農民家庭的孩子,在家排行第三,上有一哥一姐,下有一弟。他在大學裡學的是數學和化學專業,因而命運註定他大半生奮鬥在化工研究領域。2011年5月,他參加了在包頭市召開的國際鋯業大會,他了解到鋯與鉿分離技術,還是一個世界性難題。於是,他從此把目光聚焦到鋯與鉿分離技術課題上,並好奇地研究起來。這一研究,不但付出了兩年的全部心血,甚至在研究最緊要的關頭,為了保障資金投入,他毅然賣掉了名下的房產,為實現心中的強國夢,不惜傾家蕩產、孤注一擲。

苦心人天不負,朱興峰一往無前的氣勢和化學家獨特的思路,最終使得研究獲得成功,隨之而來的便是巨大的利益誘惑。面對國際買家提出的數十億元天價的收購,朱興峰毅然決然一口回絕。

朱興峰認為,他們這一代人,出生在國家最困難的時期,靠黨和國家的培養和教育才能有今天,對於祖國和人民有著更加深厚的感情,對於金錢的引誘有著天然的抵抗力。因此,不管是在研發時期,還是在成果展示期,朱興峰都在始終堅持一個信念,那就是科技創新的成果要服務於國家和民族的發展,不能為了錢財而放棄初心,要堅持不懈,實現科研成果的產業化應用,服務服從於實現兩個一百年偉大目標的中國夢而奮鬥不息。

科技創新成果亟待產業化應用

國際領先的高新技術研發出來了,既然已經決定不會賣給國外,那麼朱興峰接下來面臨的首要問題,便是實現技術成果的產業化應用。

在當前國內科技界,像朱興峰這樣依靠個人以及企業團隊的力量,在軍工領域和民用工業領域研究出如此具有創新性的國際領先技術,是一件不可思議的事情。對此,朱興峰是平靜的,他在積極爭取多方關注的同時,也為技術的產業化應用多方奔走。

「500人的生產團隊,50人的管理團隊,在上海要拿下這樣生產規模的土地太難了。」在上海周邊考察了好幾個地方後,朱興峰最終將目光定格在一江之隔的啟東。「這裡有太多上海轉移過來的產業,造船業、航空航天產業、汽車產業,這些都是鋯鉿新材料的用武寶地。」在他看來,鋯鉿項目不僅能大幅提升當地已有產業的製造水平,啟東也將因為一大批新材料的運用而成為沿海製造業的新高地。

2015年9月23日,中國鋯、鉿分離技術產業發展新聞發布會在上海舉行。在發布會上,上海哈峰新材料科技有限公司董事長朱興峰滿懷信心地宣布:未來三年,上海哈峰新材料科技有限公司將把握「一帶一路」、長江經濟帶、上海自貿區建設等國家戰略帶來的新機遇,在江蘇啟東投資100億元,興建一個佔地3400畝、年產規模達200000噸鋯、3000噸鉿的鋯、鉿生產基地。

目前,基地的建設正在有序推進,朱興峰也對此寄予了厚望。從開始研發鋯鉿分離技術開始,他就期待著這一天。而隨著國家對於科技強國戰略部署的不斷升級,朱興峰及其發明的技術,將在航空發動機、潛艇液壓渦輪製造等國家戰略級科技發展進程中起到越來越重要的作用。

對此,朱興峰認為,從「兩彈一星」開始,中國的科技界前輩和學者便將中國傳統的家國天下思想貫穿到工作中,從而使得新中國的科技建設不斷取得飛躍。如今,中國新生代科學家有幸躬逢盛事,我們擁有著比先輩們更加優越的物質條件,有著國家高層領導的高度重視,凝聚著全民族最為關注的目光,就必然要在世界科技強國競賽中交出滿意的答卷。

而基礎科技的研發和創新,是一切科技創新的基礎,是決定未來科技世界競賽排名的奠基石。因此,我們要不斷鼓勵科研人員沉下心來,潛心投入基礎科技的研究中去,允許他們犯錯,允許他們失敗,鼓勵他們創新,鼓舞他們奮進,從而凝心聚力,上下一心,為習近平總書記提出的科技強國夢奠定堅實的實踐基礎和強大的技術保障!

後記:

作為一名工作多年的媒體人,我們每天都會面對各種各樣的採訪對象,所獲取的信息也是五花八門,這是一把雙刃劍。既能讓我們通過橫向的角度,看到更多的世情百態;也使得我們很難專心致志地注視某一個領域某一個人物,從而獲得更加深度的理解和報導。

但這一切在朱興峰面前顯然是個例外。即使對科技了解而不求深解的我們,也能通過系統的渠道和材料,獲知他發明的鋯鉿分離技術的重要性;即使對於其創業創新的經歷了解得尚不夠全面,也能為其博大的家國天下情懷所折服。因為這種理想和情懷,超越了行業的界別,屬於中華民族全體的共識;而這種創新和務實,更是我們這個古老的民族屹立於世界之林的堅強保障。

事實上,這不是我們第一次接觸科技系統外的科學家和科技創新,但是,與系統內的研究人員相比,我們深知,朱興峰們付出的研究和心血要更多,要實現技術產業化的難度也更大。這需要我們政府有關部門加大關注和扶持力度,也需要一些體制和機制的革新和創新。

儘管如此,歷經千難萬險,朱興峰還是將這一技術留在了中國,並且其產業化進程也在努力推進。對於我們來說,只有為其大力鼓與呼,吸引社會更多層面的關注,理解之,響應之,幫助之,扶持之,才能形成合力,共同推進中國的科技創新進程。

相關焦點

  • 稻城鋯鉿反萃取原理種類
    稻城鋯鉿反萃取原理種類鋯鉿反萃取原理CWL型離心萃取機是新型的上懸式設計,萃取效率高,功耗低,節能環保,是目前應用非常廣泛的一款。同等處理量情況下,器功耗是傳統離心萃取機的1/3----1/10;(4) 選用全氟高分子材料構造,可耐濃酸、混合酸及有機溶劑腐蝕;(5) 兩相物料接觸時間短,節約萃取劑的投入成本。(6) 離心萃取機佔地面積小,綜合投資成本低。
  • 韓國資助的鋯,鈦,稀土精煉技術
    澳大利亞戰略材料公司宣布,其韓國合作夥伴鋯技術公司(Zirconium Technology Corporation)獲得了韓國政府的450萬美元贈款,將用於兩家公司的合資企業發展。資金將用於ASM和ZironTech的項目,以開發一種低排放,高純度的金屬精煉技術,該技術可應用於鋯,鈦和稀土永磁合金。 參與該計劃的公司在新聞稿中表示,該技術旨在用更環保,更具可持續性和更具成本效益的替代方案代替傳統的能源密集型金屬化工藝。
  • 材料基因工程引領我國材料科技創新—新聞—科學網
    我國集成電路製造業所需的八大類器材中,12英寸矽片、光刻膠、氟聚醯亞胺膠等近千種關鍵材料大量依賴進口,高端引線框架、接插件材料也依賴進口。而且,發達國家已在搶佔未來制高點的新材料上加大創新力度,潛在新的短板將逐漸顯現,創新力不足、搶佔制高點難,以及資源保護和利用能力不強,嚴重製約可持續發展。材料基因工程的實施,可有效地解決新材料發展的瓶頸問題,促成材料科學技術的革命性發展。
  • 鋯棒的性能及應用
    鋯在加熱時能大量吸收氧,氫,氮等氣體,可用作貯氫材料; 鋯的耐蝕性比鈦好, 接近鈮、鉭。鋯主要以礦物形式存在於自然界,鋯在地殼中錯的含量居第20位,比常見的金屬銅,鉛,鎳, 鋅多,卻被稱為稀有金屬", 是因為製取工藝較為複雜, 不易被經濟的提取。另外,在已發現的40多種鋯鉿礦床中,具有工業開採價值的只有10種左右,用於工業生產的僅有鋯英石和斜鋯石兩種。
  • 引領超材料高速發展 光啟技術重定義新一代智能裝備機體結構
    理論水平和實踐能力如果不相匹配,則可能會淪為紙上談兵;要真正晉升為創新型國家,還需要認真審視我國科技創新成果轉化能力。  作為全球製造業一哥,我國製造業雖然有著全產業形態、全產業鏈的獨有優勢,但卻「全而不強」,自主創新能力、核心製造能力和盈利能力整體偏弱,部分核心關鍵部件仍受制於人。
  • 北京高端製造業基地:支撐高精尖項目快速落地
    原標題:北京高端製造業基地:支撐高精尖項目快速落地中關村新興產業前沿技術研究院全面投入運營、中關村(房山)高端製造前沿技術創新中心啟用、中關村智能應急裝備產業園揭牌……10月30日,位於北京市房山區的北京高端製造業基地傳來一連串好消息,以此為起點,這個北京唯一以「製造業」為名的園區,正式按下高端製造業發展的「加速鍵」。
  • 鉿基氧化物材料有望成為未來晶片的選擇?
    鉿基氧化物最先被研究並得到應用的領域是先進CMOS技術中的高K/金屬柵技術。自45nm技術節點開始,特別是28nm以下的先進CMOS技術普遍採用的高 K/金屬柵技術均以鉿基氧化物作為核心材料,被摩爾定律的提出者評價為 CMOS技術發明以來最大的技術革命。
  • 鉿基氧化物材料有望成為未來晶片的選擇?
    鉿基氧化物最先被研究並得到應用的領域是先進CMOS技術中的高K/金屬柵技術。自45nm技術節點開始,特別是28nm以下的先進CMOS技術普遍採用的高 K/金屬柵技術均以鉿基氧化物作為核心材料,被摩爾定律的提出者評價為 CMOS技術發明以來最大的技術革命。
  • 道恩股份致力做全球高分子材料領域引領者
    從航天航空到家電通訊、汽車交通、醫療衛生,甚至日常的家居生活,隨處可見道恩材料的身影,「道恩製造」正在影響並改變著我們的生活。  10月30日,新動能·新煙臺「雲端聚焦製造業創新」全國媒體煙臺採風行走進山東道恩高分子材料股份有限公司,了解其轉型升級,瞄準全球高分子材料領域引領者的發展壯大之路。  產品為根!
  • 中國光致變色技術獲突破 產業創新升級迎來新機遇
    自2010年開始,孟繼本教授就帶領技術團隊開始了我國光致變色技術產業化的工作,並且成功實現了「優唯視」陽光變色材料的標準化生產,成為國際上光致變色行業的技術引領者和最大的規模化生產的專業生產商,為新經濟的創新升級提供了一種「出色」的功能材料。至今已將「優唯視」陽光變色材料成功地應用到了軍事偽裝、智能穿戴設備、智能防偽、抗紫外節能建材、汽車貼膜、紡織服裝、創意視覺包裝等二十多個行業。
  • 創新引領智能製造 奇點汽車亮相2018世界製造業大會
    【每日科技網】  5月25日,以「創新驅動 製造引領 擁抱世界新工業革命」為主題的2018世界製造業大會和2018中國國際徽商大會在安徽合肥隆重召開。大會旨在打造世界製造業創新發展的高端交流平臺,為促進位造強國建設、推動世界製造業創新發展貢獻安徽力量。
  • 碳纖維:引領製造業的未來
    碳纖維的發展目標,就是在未來的製造業中大規模取代金屬材料。它是如此重要,因而2020浦江創新論壇專設「碳纖維複合材料產業創新發展高峰論壇」展開討論。   國家「973」首席科學家、上海碳纖維複合材料創新研究院首席科學家、東華大學材料科學與工程學院教授餘木火在接受《新民周刊》記者採訪時表示:碳纖維材料的優勢在許多領域可以得到充分體現。
  • 攻關先進材料 賦能高端裝備
    佛山桃園先進位造研究院經佛山市人民政府批准,由佛山高新技術產業開發區管理委員會與佛山高新技術產業開發區南海園管理局、廣東省科學院新材料研究所三方共同建設,旨在推進現代材料表面塗層技術成果產業化應用,打造高端裝備專用先進塗層產研創新示範平臺,推動佛山高端裝備產業轉型升級。
  • 《產業技術創新能力發展規劃(2016-2020年)》印發
    ,兼顧製造業轉型升級需求,聚焦國家重大戰略,以企業為主體,產學研用相結合,採用企業法人等形式,建設國家製造業創新中心,重點開展產業前沿及共性關鍵技術研發、智慧財產權保護運用、科技成果商業化應用、標準制定、公共服務、人才培訓、國際合作等工作,提升我國製造業創新能力。
  • 2020實創匯論壇:數字經濟賦能產業,高端製造引領發展
    由杭實集團主辦的「數字經濟賦能產業,高端製造引領發展」主題實創匯2020年四季度論壇於在西溪溼地成功舉辦。朱少傑表示,杭實集團堅持通過戰略引領、政策傳導、觀念培育、資源嫁接、政策資金支持等綜合措施,大力推動系統製造企業數位化升級,在不平凡的2020年,取得了可喜的成績:2020年1-10月實現營業收入1168億元,同口徑計算較上年同期增長24%。做優存量的同時,聚焦戰略性新興產業布局,推動新製造業計劃落地。
  • 中國青年化學家元素周期表專輯:鑥/鉿/鉭
    代言人:魯照永 代言元素:鑥 Lu(lutetium) 代言人:魯照永 南開大學 關於魯照永 魯照永教授的研究領域是天然產物全合成,主要探索新的合成方法和合成策略在全合成中的應用
  • 全國人大代表孫東明:大力推進科技創新 促進產業轉型升級
    2018年4月,瀋陽材料科學國家研究中心通過科技部論證,成為材料領域全國第一個國家研究中心,中心依託於中科院金屬研究所,是我國高性能材料研究與發展的重要基地。港珠澳大橋的橋墩採用了金屬所開發的重防腐蝕技術。金屬研究所李依依院士團隊開發的稀土鋼及金屬構築成形等技術,支撐鞍鋼集團、沈鼓集團、瓦軸集團、大連重工等企業突破了材料和部件的"卡脖子"問題,推動了遼寧鋼鐵和裝備製造業的發展。
  • 創新應用推動化工產業升級增長 贏創再提「超越化學邊界」
    跨界突破:創新應用推動化工產業升級再增長  據相關媒體統計,製造業96%的產品都與化工有著密不可分的關聯性,可見化工之於國民經濟的重要性。但對於中國來說,儘管近年來整體化工行業保持較高的增長速率,但產業結構仍處於「大而不強」的狀態。
  • 創新引領發展和支撐現代化經濟體系建設的作用分析
    [7] 產業創新化是通過技術轉移給傳統產業導入技術,使得舊產業脫胎換骨、升級成新業態的過程,推動舊的產業通過技術創新、組織創新和模式創新實現向新產品、新業態、新技術、新模式的升級。舊產業直接搭載新技術,省去了舊的產業技術路線,可以實現「彎道超車」。在通信技術設備領域,中國的華為,就是「彎道超車」的代表。
  • 南寧大力發展實體經濟 南南鋁技術升級位世界前列
    2017年4月20日,習近平總書記在考察廣西南南鋁加工有限公司時指出,一個國家一定要有正確的戰略選擇,我國是個大國,必須發展實體經濟,不斷推進工業現代化、提高製造業水平,不能脫實向虛。他還說,上一次是看傳統產品,今天看了新產品、高端產品,鳥槍換炮了。  殷殷囑託,歷歷在目。