2017年1月10日，一個振奮人心的消息傳來，昆明理工大學郭忠誠團隊研發(fā)的有色金屬電積用柵欄型鋁基鉛合金復合陽極制備技術，在云南省晉寧工業(yè)園區(qū)，國內外一條柵欄型鋁基鉛合金復合陽極板半自動化生產線建成，經(jīng)過現(xiàn)場的生產測試，全面通過驗收，可實現(xiàn)年產能20萬片柵欄型鋁基鉛合金復合陽極板，該生產線的實施國內外創(chuàng)新高。
郭忠誠表示，柵欄型鋁基鉛合金復合陽極板生產線的成功只是起步，雖然我國有色金屬濕法冶金工業(yè)的鋅、銅、鎳、錳和鈷等電積過程一直使用鉛合金作為陽極材料，但是鉛合金陽極析氧過電位高、機械強度低、鉛溶解及污染金屬產品等關鍵技術問題未能得到根本解決。誰能提前實現(xiàn)技術突破使有色金屬電積過程實現(xiàn)“節(jié)能降耗”，誰就能在有色金屬新材料的研發(fā)與加工行業(yè)中淘到“金子”。因此，開發(fā)新型高效節(jié)能降耗電極材料及其加工技術是昆明理工大學郭忠誠團隊的研究攻關重點。
從2008年起，郭忠誠團隊率先研究開發(fā)柵欄型鋁基鉛合金復合陽極制備技術；到2013年，在云南馳宏鋅鍺股份有限公司曲靖分公司進行了工業(yè)應用試驗，經(jīng)過許多廠家多次反復驗證試驗，最終形成穩(wěn)定型的柵欄型鋁基鉛合金復合陽極板產品。8年的科學研究實踐探索，團隊形成了特色鮮明、優(yōu)勢明顯的有色金屬新材料研發(fā)與技術開發(fā)優(yōu)勢。
注重理論研究，實現(xiàn)技術突破
有色金屬是國民經(jīng)濟建設的重要基礎材料，提煉加工有色金屬新材料和開發(fā)制備技術備受行業(yè)矚目。在國家自然科學基金、科技部火炬計劃、云南省科技創(chuàng)新強省計劃等項目支持下，由昆明理工大學郭忠誠教授為項目負責人組成的創(chuàng)新團隊，提出“柵欄型鋁基鉛合金復合陽極”設計思路，為新技術的開發(fā)提供了創(chuàng)新思路。
該創(chuàng)新團隊首先針對國內外傳統(tǒng)鉛合金陽極導電性差、成本高、槽電壓高、耐腐蝕性差等問題，持續(xù)系統(tǒng)地開展了理論研究和相應的實踐應用，探明了鉛基合金陽極在電積鋅體系腐蝕規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)β-PbO2氧化膜的形成是提高析氧電催化活性和耐腐蝕性的本質原因，陽極表面β-PbO2形成越多，電催化活性和耐蝕性越好，為鉛合金陽極表面陶瓷化處理提供理論依據(jù)。同時，該創(chuàng)新團隊自主研發(fā)了柵欄型鋁基鉛合金復合陽極表面陶瓷化處理新技術，確定了β-PbO2氧化膜的形成條件和規(guī)律，完成了以活性β-PbO2為核心，WC、ZrO2等納米顆粒摻雜改性β-PbO2-WC-ZrO2復合陶瓷膜的成分設計與工藝優(yōu)化，探明了制備體系及材料性能與成分的關聯(lián)機制。
具體應用到工業(yè)化生產中，新材料的制備技術仍在不斷革新。團隊自主研發(fā)了系列有色金屬電積用柵欄型鋁基鉛合金復合陽極制備新技術和鉛基多元合金制備技術。利用鋁優(yōu)良的導電性和鉛合金良好的電化學性能，采用擠壓拉拔復合技術制備鋁基鉛合金復合材料，并將其加工成柵欄型鋁基鉛合金復合陽極板；利用微合金化理論開發(fā)出鋅電積用Pb-Ag-Al合金，A1摻雜到鉛合金中，降低貴金屬銀的添加量；銅電積用Pb-Ca-Cu-Sn-RE合金，添加少量銅可細化鉛合金晶粒，加入銅和稀土有利于提高合金電催化活性和耐腐蝕性。該團隊自主研發(fā)“有色金屬電積用鋁基鉛合金復合陽極制備技術與應用”的科技成果，獲得2016年度中國有色金屬工業(yè)科技進步一等獎。
2016年8月26日，中國有色金屬工業(yè)協(xié)會對昆明理工大學等相關單位所承擔的“柵欄型鋁基鉛合金復合陽極制備技術與應用”項目進行了科技技術成果評價。評價報告中指出，柵欄型鋁基鉛合金復合陽極，與現(xiàn)有傳統(tǒng)鉛基合金陽極相比，成本降低了5%—20%，鋅電積過程中電流效率提高2%—6%、槽電壓降低0.05—0.15V、直流電耗2800—3100kWh，陰極電流密度可以升高到1000A/m2以上，提高了陰極產品的品級率。
加速市場推廣，覆蓋全球范圍
在我國，科研與創(chuàng)新成果有一個實難破解的困境——如何將科研成果及時有效轉化？而這個問題在郭忠誠團隊的技術研發(fā)與推廣應用過程中并未出現(xiàn)，原因在于產品推廣與研發(fā)在該團隊中是同時進行著。
郭忠誠除了昆明理工大學冶金與能源工程學院的教授身份外，還有一個在業(yè)界叫得響的身份——昆明理工恒達科技股份有限公司董事長。在整個項目推進過程中，郭忠誠擔負著多重任務：既是技術突破的研發(fā)者，又是產品應用推廣的推銷員，還是公司經(jīng)營管理的管理者。
昆明理工恒達科技股份有限公司是由自然人、昆明理工大學、紅塔創(chuàng)新投資股份有限公司等股東構成，是一個典型的混合所有制企業(yè)，2014年9月在新三板掛牌上市，時機成熟時到創(chuàng)業(yè)板IPO。作為整個項目的依托主體，公司將核心業(yè)務確定在新型節(jié)能降耗電極材料、高效儲能材料及其制備技術，并且以節(jié)能降耗電極新材料、高效儲能新材料的產品設計和產業(yè)化生產為主業(yè)，因此在從最初的設計到產品的生產與供應，整個產業(yè)鏈條上下游之間的環(huán)節(jié)被全部打通、順利推廣應用。
2014年昆明理工恒達科技股份有限公司在云南省晉寧工業(yè)園區(qū)建成國內外首條柵欄型鋁基鉛合金復合陽極板半自動化生產線，年生產能力超過20萬片；同年，產品首次在云南金鼎鋅業(yè)有限公司大規(guī)模成功應用；2015年，產品逐步推廣應用于株洲冶煉集團股份有限公司、湖南軒華鋅業(yè)有限公司、鑫聯(lián)環(huán)保科技股份有限公司、巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司、云南祥云飛龍再生科技股份有限公司、云南永昌鉛鋅股份有限公司、西部礦業(yè)股份有限公司等，實現(xiàn)銷售收入2.2億元，利稅4000余萬。近三年來給產品用戶企業(yè)帶來累計新增產值約68.909億元，新增利潤約5.18億元的經(jīng)濟效益。
豐厚的市場回報是源于過硬的產品技術，郭忠誠團隊通過系統(tǒng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及對比分析表明：柵欄型鋁基鉛合金復合陽極板與傳統(tǒng)鉛基合金陽極板比，鋅電積過程電流效率可提高2%—6%、槽電壓可降低0.05—0.15V、電流密度可升高至1000A/m2以上、0#鋅的品級率高、產品采購成本低于傳統(tǒng)鉛基合金陽極板。
由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會組織，邀請有關院士及專家對該成果進行了鑒定，結論是：柵欄型鋁基鉛合金復合陽極制備技術攻克了多個技術難題，革新了鍍膜工藝技術，延長了陽極使用壽命。尤其是對濕法冶金電積過程的節(jié)能降耗和陰極產品質量的提高提供了技術保障，對濕法冶金行業(yè)陽極的升級改造和科技進步具有推動作用。該項目整體技術在有色金屬電積領域處于國際領先水平，技術經(jīng)濟指標先進，生產實踐表明技術先進、工藝穩(wěn)定、重現(xiàn)性好、成熟度高。
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