本報記者 李倩 張垚
“中鋼熱能院立志將科學技術優勢轉化為工程化能力。”10月30日，中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司（以下簡稱中鋼熱能院）高級工程師郭明聰在2019中國西部煤化工高端論壇暨氫能產業發展大會上指出。
目前，中鋼熱能院具備從產品研發到中試驗證再到工程化應用的能力，可以實現完整的產品研發路線，從小試到中試到現場試驗，具有比較高的科技轉化優勢和工程化能力。該院致力于成為我國煤焦油基新型碳材料、碳碳復合材料及化學功能材料的研發和產業孵化中心，并在國際上引領我國煤焦油基材料科學技術發展。
不斷增加煤焦油高附加值
“我國煤焦油的儲量非常豐富，主要分布在我國的東北地區、內蒙古地區和西北地區。”郭明聰介紹，煤焦油分為高溫煤焦油和低溫干餾煤焦油兩大類。其中，高溫煤焦油可提取煤瀝青和蒽油、萘油。
“中鋼熱能院主要對煤瀝青進行加工利用，形成一些高附加值產品，如特種浸漬劑瀝青、特種黏結劑瀝青、環保型瀝青樹脂、中間相瀝青、針狀焦、各向同性焦、通用型碳纖維、高性能碳纖維、炭微球等；從蒽油、萘油中制取中間相瀝青、高性能碳纖維等。”郭明聰表示。
郭明聰進一步指出，低溫干餾煤焦油分為煤瀝青、輕重油、酚類3類。中鋼熱能院對輕重油進行提取，讓其轉化為清潔燃料；對煤瀝青進行提取，轉化為筑路瀝青、特種黏結劑瀝青、浸漬劑瀝青3類。
中鋼熱能院對煤瀝青的研究主攻樹脂方向和碳材料方向，在樹脂方向，主要將煤瀝青轉化為瀝青樹脂，即特種瀝青，用于電解鋁陽極黏結劑、陰極冷搗糊等；在碳材料方向，將煤瀝青作為原料生產各種不同的焦炭，如針狀焦、各向同性焦、負極焦等，還可作為離子電池的負極材料、超級電容器電極材料等。
發掘高品質煤焦油的更多可能性
郭明聰對中鋼熱能院煤系特種瀝青、煤系針狀焦技術、煤瀝青中間相炭微球技術、煤系儲能碳材料進行了重點介紹。
煤系特種瀝青
郭明聰表示，目前，中鋼熱能院煤系特種瀝青產品有：環保型瀝青樹脂（特種黏結劑瀝青）、浸漬劑瀝青、包覆瀝青、可紡瀝青、中間相瀝青。
瀝青因其含有強致癌芳香烴物質苯并芘（BaP、含量一般大于10000ppm）而被認為具有毒性。參考歐盟對煤瀝青相關產品中BaP低于50ppm的要求，“目前，中鋼熱能院煤瀝青相關產品中BaP穩定在300ppm，優質產品中BaP含量在100ppm左右。此外，中鋼熱能院的特種瀝青有比較好的結焦值、黏結性和滲透性。”郭明聰表示。
據介紹，環保型瀝青樹脂主要應用在電解鋁、冷搗糊黏結劑、預焙陽極黏結劑。“當前，在國際市場上，德國環保型瀝青在全球市場份額中占80%以上。國內使用環保瀝青的廠家有限，中溫煤瀝青、中溫改質瀝青應用比較多，高品質清潔瀝青應用相對較少。中鋼熱能院的環保瀝青可從源頭控制污染物的排放，隨著環保政策的不斷趨嚴，將有更大的市場。”郭明聰指出。
煤系針狀焦技術
針狀焦是一種優質炭素材料，具有良好的導電、導熱性能，主要應用于電爐煉鋼用HP（高功率）、UHP（超高功率）石墨電極，鋰離子電池，核能等領域。
針狀焦按原料的不同，分為油系針狀焦和煤系針狀焦。目前，世界上生產針狀焦的國家主要有美國、英國、日本、韓國及中國。英國、美國只生產油系針狀焦，日本、韓國和中國生產煤系及油系針狀焦。
郭明聰表示，上世紀70年代，我國對針狀焦的研究處于空白，針狀焦主要被國外壟斷。中鋼熱能院從上世紀80年代開始開展針狀焦研究項目，經過近30年的努力，于2007年~2009年完成國內第一條4萬噸/年生產線（溶劑法）建設，也成為2009年以來唯一連續運行的煤系針狀焦生產企業，產品質量與日本持平。國內其他企業直接或間接采用中鋼熱能院的溶劑法工藝。
目前，中鋼熱能院針狀焦已用于超高功率電極（Φ800）及接頭，在吉林炭素、開封炭素、四川炭素等企業應用；用于鋰電碳負極材料領域，在比亞迪、上汽、一汽、北汽、長城等企業應用；還用作超級電容器碳材料。
“未來10年，超級電容器將是運輸行業和自然能源采集的重要組成部分，其中，用于裝配在啟停系統車輛上的超級電容器，將成為其在未來的主要市場。” 郭明聰表示。
煤瀝青中間相炭微球技術
中間相炭微球（MCMB）是一種具有微米級尺寸、球形外觀的炭素材料，主要原料是煤瀝青，是繼針狀焦、碳纖維之后的一種新型碳材料，廣泛用于鋰離子二次電池負極材料、無黏結劑高密高強特碳材料、高性能液相色譜柱填料、高比表面活性炭材料等領域。
目前，世界上具有中間相炭微球生產能力的國家主要有日本和中國，日本基本停產。
2001年，中鋼熱能院與上海杉杉集團聯合建成了我國第一條200噸/年中間相炭微球生產線，實現了鋰離子電池負極材料的國產化，填補了國內空白。中間相炭微球制備工藝復雜、成本比較高，其在國內需求不高，但在某些用途上，中間相炭微球有一定優勢，是焦炭無法取代的。
煤系儲能碳材料
在碳材料方面，中鋼熱能院可以根據不同的使用用途（如能量型、功率型），從源頭調整焦炭結構，制備各種不同焦炭，如流線型焦炭作為負極材料，用于鋰離子電池碳負極材料，能量密度高。中鋼熱能院具備制備各種鋰離子負極材料所需要的各種材料前驅體的能力，且可對其進行電化學和化學測試，進行完整的分析評價。
鋰離子負極材料在國內外有非常廣闊的市場。2016年，全球負極材料出貨量已達到10萬噸以上，鋰離子電池負極材料產業集中度極高，其中，中國和日本是全球主要產銷國，總量占全球負極材料產銷量95%以上。
“中鋼熱能院實現從瀝青到焦炭、從不同結構的原材料出發研究負極材料，可為負極廠商提供技術服務。”郭明聰表示。
此外，在超級電容器電極材料方面，活性炭是商品化超級電容器首選的電極材料。國內此類材料主要靠進口，目前價格在30萬元/噸~40萬元/噸，尤其是近年來國家大力發展新能源汽車，對此類電極材料的需求將呈爆發性增長。但由于高成本、設備腐蝕、廢水、工藝安全、產品穩定性等問題，該材料的發展受到限制，需要通過對原料、工藝的全面深入研究來解決。中鋼熱能院已經完成該材料的小試，目前正在進行中試驗證。
