科创中国

我国的菱镁矿总储量为36.39亿吨左右，辽宁储量达32.5亿吨，占全国储量的89.3%，占世界储量的25.7%，海城市峰驰耐火材料总公司年产矿石可达100万吨，轻烧氧化镁年产可达19万吨，重烧氧化镁年产可达38万吨，镁碳砖年产6万吨，烧成耐火砖年生产能力可达6万余吨，出口量占70%。建筑行业面临着使用新型绿色胶凝材料以保护整个生态系统免受全球变暖和不利变化的影响的压力。比如，人们生产生活中广泛使用的硅酸盐水泥的生产是CO₂的第二大来源，约占全球的5-8%的CO₂被排放到环境中。为此，这一领域的研究人员在过去几十年中一直在寻找生态友好型水泥。

混凝土是现代工程建造中最常用的材料之一，由于其优异的性能和低廉的价格使其得到迅速发展，被广泛应用于道路、桥梁、隧道、房屋等领域。然而，由于各种不利的环境条件，混凝土在使用过程中会受到不同程度的损坏，其中使用修补材料对受损结构进行加固是一种经济有效的解决方法。若用传统的普通硅酸盐水泥（OPC）对受损混凝土进行修补加固，需要较长时间封锁建筑和交通，严重影响了人们生活和出行。

因此，迫切需要研究和开发新型的修补材料来改善混凝土结构的耐久性。磷酸镁水泥基材料（简称MPC材料）已被认识并作为一种非常有用的超早强修补材料，在修补工程领域以其优异的性能表现出独特优势。

磷酸镁紧急修复材料主要以氧化镁、磷酸盐、水与自行研制具有自主知识产权的外加剂、缓凝剂、砂子配比，通过全自动生产线制成。符合JC/T 2537-2019、Q/CR 659-2018的规定要求。与传统硅酸盐水泥相比，MPC其特性属于类陶瓷，性能介于水泥和陶瓷之间。快速凝结硬化，短时间内形成高强度，粘结性良好，在温度低至-20℃时候仍具备较好的抗冻性和耐磨性，被广泛应用于一些土木结构工程的快速修补。基于上述优点，MPC被认为是最有前途的材料之一，也是一种环境友好的胶凝材料，可在某些方面替代硅酸盐水泥。但原料成本相对较高、耐水性较差。为了降低了磷酸镁水泥自身的经济成本，也绿色化、资源化的处置了固体废弃物，同时也一定程度地改善了磷酸镁水泥的性能。

作为一种新型环保的胶凝材料，磷酸镁水泥被广泛用于混凝土结构工程的快 速修补。 磷酸镁水泥（MPC）属于特种胶凝材料，也被称为化学结合陶瓷，具有凝结速度快、早期强度高、体积收缩率低、耐磨性好、可在低温条件下施工等优点，在路面裂缝修补、固废重金属、生物材料领域等方面有着广泛的应用价值。矿物掺合料相对于MPC的原料来说，容易获得、价格低廉。许多研究表明矿物掺合料对MPC的性能有一定程度的改善作用。因此利用矿物掺合料取代部分原料制备MPC已经成为趋势，目前常见的矿物掺合料主要有氧化铝、硅灰、偏高岭土、粉煤灰、矿渣、钢渣等。磷酸镁水泥既有水泥的部分特征，同时又具备化学结合陶瓷的属性。磷酸镁水泥具有许多优于传统水泥材料的性能：凝结硬化迅速，早期强度高；体积相容性好，粘结强度高；作为修补材料使用，具有优异的耐腐蚀性能，耐磨性能；对钢筋的防锈性能好；抗盐冻、冻融循环能力强；耐热性能好，硬化后转为类似陶瓷的结构，强度反而提高；磷酸镁水泥也有显著的缺点：凝结过快、脆性大、抗冲击性能差；当磷酸镁水泥用作建筑材料时，价格昂贵，性价比较低；且现如今磷资源大多用在农业上，工业用磷少之又少，可能会出现与农业抢磷的现象。但是作为磷酸镁水泥的主要原材料之一的氧化镁通常是由菱镁矿经1700℃左右高温煅烧而成的重烧氧化镁，这种方式获取的重烧氧化镁是一种能耗高、造价高的产品，并且消耗大量不可再生的菱镁矿资源。其次，由于磷酸镁水泥凝结速度非常快，为了不影响其施工操作，通常需要加入较多掺量的缓凝剂来延长凝结时间。目前使用最多的缓凝剂为硼砂或者硼酸，但硼砂或者硼酸的价格又偏贵，同时硼会随着雨水溶解到地下水中，造成“硼害”，而人长期接触硼也会造成慢性肝肾中毒及脑肺水肿，因此有必要降低使用量或不用含硼元素的缓凝剂，这又额外增加了磷酸镁水泥的制备成本。

1.随着菱镁矿资源被高度开采，产生了大量难以在耐火材料行业利用的高铁、高钙、高硅废弃菱镁矿，本成果成分利用了杂质成分较高的特点，通过添加助烧剂降低煅烧温度得到的烧结氧化镁粉制备出合格的磷酸镁水泥，从源头上解决了烧结氧化镁的能耗高的问题；

2.通过煅烧菱镁矿后收集CO₂来对烧结氧化镁进行碳化处理，将煅烧菱镁矿产生的CO₂回收利用，在通入烧结后的氧化镁对其进行碳酸化处理，将处理后的氧化镁制备磷酸镁水泥，可使缓凝剂的掺量降低。

相对于一般土木建筑工程所用的通用水泥而言，特种水泥是指具有某些独特性能，适合特定的用途，或能发挥特殊作用并赋予建筑物特别功能的水泥品种，包括特性水泥和专用水泥。如具有膨胀特性的膨胀水泥、专门用于油气井固井用的油井水泥等。

特种水泥的诞生大大拓展了水泥产品的应用范围和层次，是国内重大工程不可或缺的基础材料。发展特种水泥，也是我国水泥行业推进供给侧结构性改革、实现高质量发展目标、培育行业发展新动能的重要体现。

2020年中国特种水泥产量约占水泥总产量的1.3%，产量约为3100万吨。与欧美发达国家占比6%-10%相比，仍有较大差距，我国水泥工业的特种化程度还远远不够。“十四五”期间，中国特种水泥将快速发展，主要原因有：根据国家经济形势，“十四五”期间政府仍会保持较高强度基建投入，水泥需求总体稳定。超常规的工程建设环境和工程规模会为特种水泥的应用带来更多的机会。（2）“碳达峰”“碳中和”推动行业重构，加速中小企业的退出，为大企业兼并重组，提高行业集中度提供了机会。（3）“一带一路”的推进，特种水泥将有机会与我国的海外工程建设项目配套，为大企业实施国际化战略提供机会。截止到2020年底，全国约有3440家获证水泥企业（有效生产许可证），其中有250家左右具备特种水泥生产能力的企业，绝大多数特种水泥生产企业可同时从事通用水泥的生产。我国硫（铁）铝酸盐水泥生产和应用技术已基本成熟，生产企业有19家，产能超过500万吨，2019年实际产量约140万吨。

党的二十大报告提出必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。目前我国重点推进固废处理关键共性技术装备发展，固废处理技术装备龙头企业已形成各自的优势领域，并不断拓展延伸实现产业链更完整的企业格局。目前国家每年固体废物年产生总量超过100亿吨，固废合理处置及再生利用迫在眉睫，固废处理技术装备需求不断扩大，但我国有关MPC研究才刚刚起步，较发达国家有较大差距，因此加强这方面的研究显得十分必要和迫切。而磷酸镁水泥在固化固体废弃物方面也又较大的优势，主要因为磷酸镁水泥有很好的生物相容性，可以同时固化各种废弃材料。

辽宁科技大学是国内唯一的一所以菱镁资源化高效利用、镁质胶凝材料及制品等为主要教学、研究方向的高等学校。2009年，辽宁科技大学成立镁建材科研团队，与海城峰驰集团合作，成立辽宁科技大学科大峰驰镁建材研究院(简称“研究院”)、辽宁科大中驰镁建材科技有限公司；2020年，“研究院”入驻辽宁镁质新材料产业园区(国内唯一镁建材产业示范园区)，为园区开展新技术研发、成果转化、产品标准制定、知识产权申报、检验认证、人才培养、论坛交流、国际合作等全方位技术服务，科技助力镁建材全产业链创新发展。2020年，辽宁科大中驰镁建材科技有限公司的“硫氧镁保温板技术研发及应用市场”项目认定为“鞍山市科技小巨人种子项目”。“研究院”是以辽宁省镁资源与镁质材料工程研究中心(2011年省科技厅)为依托，以峰驰集团为科研基地，与大连理工大学、上海交通大学、南京航空航天大学等知名高校、中国建材研究总院为合作基础，建立起科研团队，在本、硕、博等人才培养方面居国内领先水平，在镁质建筑材料研究上取得了重大突破。

“研究院”重点研究方向是低品位菱镁资源高值高效利用、镁质胶凝材料水化机理研究及制品技术开发、冶金渣固废绿色资源化利用等，取得一批具有原始创新、集成创新的自主知识产权成果。尤其研发海洋环境抗腐蚀材料、核辐射固结材料、极端条件快速修补材料等关键技术，可广泛用于海洋、核工业、机场跑道修复等工业与民用、军事领域。

近年来，团队已完成十余项国家、地方纵向科研课题和近百项企业横向合作项目，投入科研经费1000余万元。获得各种成果及竞赛奖10余项，发明专利50余项，发表SCI等收录论文50余篇。主编出版国家“十二五”规划教材《建筑材料与检测》，参与7个国家标准、行业及团体标准的编制并发布、实施。执笔“镁建材行业指导目录”、“辽宁省镁建材行业“十二五”、“十三五”和“十四五”发展规划等。

团队负责人毕万利，男，教授，硕士生导师，中国菱镁行业协会副会长，中国无机盐工业协会镁盐专家组专家，辽宁省非金属矿工业协会副会长。主编出版国家“十二五”规划教材《建筑材料与检测》，发表论文20余篇，其中9篇被SCI、EI收录；获得国家发明专利2项；参与“十二五”国家科技支撑计划项目3项，完成省级项目10项。参与制定国家建材标准3项，省标准1项。

团队通过在不同地区建设示范性工程进行产品的推广，例如：中国铁路沈阳局集团负温下铁路轨枕道钉锚固工程、鞍山电力铁塔混凝土地基示范工程、长春市白山加油站地面修复示范工程、长沙市同远防水抗渗修复材料工程、中国三冶集团有限公司路面混凝土修复工程。编制了《镁质粘结剂/结构补强剂用氧化镁》、《建筑用镁质粘结剂/结构补强剂》等标准，为打造全国最大的镁建材产业园区。镁建材产产业，经过近70年的快速发展，我国菱镁行业企业数量不断增加，行业规模持续扩大，技术能力、管理水平快速提升，已形成镁质建筑材料、镁质耐火材料、镁质化工材料、金属镁与镁合金四大产业体系。海城市菱镁矿资源保有储量 26.4亿吨，占全国的61.8%，占世界储量的25%，是全国乃至全世界最重要的菱镁原材料生产基地，素有“世界镁都”的美誉。近年来，镁质建材在国家政策的大力支持下，基于其防火阻燃、轻质高强、安全环保、保温隔热、隔声吸音、防霉、防虫蛀等优良性能，已成为最具发展前景，最有爆发式增长潜力的产业发展方向。大力发展镁质建材是海城市推进菱镁资源高值高效利用，菱镁产业转型升级和全产业链发展的重要突破口，是助力实现菱镁产业千亿规模目标的重要途径。因此，为充分发挥海城市菱镁资源优势，加快推进海城市菱镁产业转型升级，促进我国菱镁行业高质量持续发展。磷酸盐镁水泥具有快凝、早强、高强、粘结力高、耐磨、耐酸碱腐蚀、抗冻等优点，兼有水泥、陶瓷和耐火材料的主要优点，属于化学键结合材料，是一种非常有研究价值、节能环保的新型土木工程材料。与普通***盐水泥等其它无机胶凝材料相比，磷酸镁水泥的独特性能体现在以下6个方面：1)凝结时间短，在20℃以上温度时几分钟内就迅速凝结硬化;2)早期强度高，1 h抗压强度可达20MPa以上，3 h可达到35MPa以上;3)环境温度适应性强，既能在常温下保持快硬高强的特性，又能在低温(-20 ℃~5 ℃)环境下迅速凝结硬化，并保证一定的早期强度，同时该材料还具有耐高温和耐急冷急热的性能;4)与旧混凝土的粘接强度高，净浆和砂浆的1d 粘结强度可分别达到6.0MPa和4.0MPa以上;5)变形小，与普通混凝土之间的变形性能匹配很好;6)耐磨性、抗冻性、抗盐冻性能和防钢筋锈蚀等耐久性能较好。因此，磷酸镁水泥广泛用于桥梁、路面和机场跑道的快速修补工程中，在机场、防护工事等军事工程的抢修抢建方面尤其显示出其卓越的优势。

技术转让或者技术合作入股等方式，合作项目和金额双方进行协商。团队依靠鞍山镁产业集群化优势，利用自身技术优势和辽宁科技大学的技术支持成立了辽宁科大中驰镁建材科技有限公司，辽宁科大中驰公司办公室地址位于东北地区最大的钢铁工业城市鞍山，辽宁省鞍山市高新区千山中路185号，于2019年01月28日在鞍山市市场监督管理局注册成立，注册资本为500（万元），在公司发展壮大的4年里，我们始终为客户提供好的产品和技术支持、健全的售后服务，我公司主要经营镁建材技术产品研发、制作、销售、安装、调试、维护、技术咨询服务；技术转让；技术培训服务；产品技术检测服务；耐火材料及五金建材销售。我国拥有特种水泥60种以上，是世界上品种最为齐全，同时生产量最大的国家。截至2020年年底，特种水泥许可企业中，有大坝水泥106家、抗硫酸盐硅酸盐水泥99家、硫（铁）铝酸盐水泥19家、铝酸盐水泥17家，特种水泥系列标准已经有30余个。特种水泥的性能要求高，对生产工艺条件、原材料选择、过程质量监控、检测方法等多方面提出更严苛的控制目标。针对工程个性化技术需要，适当调整特种水泥指标的控制范围，能够起到更好的管控作用。目前寻求资金投入建设生产磷酸镁水泥的建材企业，需要合作企业拥有特种建材生产资质。预计年生产10万吨，需要场地面积3000m^2， 菱镁矿石中，氧化镁含量低于37%的矿石由于镁含量不足，杂质含量高，此前无法用来生产镁制品，只能作为废弃矿石抛弃，公司每年利用的低品位尾矿石可达10万吨，带来500万元的纯利润，从源头上实现了对菱镁矿石的充分利用。发挥地缘优势，作为我省县域经济发展的排头兵，鞍山海城市菱镁矿资源丰富，目前探明保有储量26.4亿吨，占全省的74.4%、全国的61.8%、全世界的1/4。围绕这一资源发展起来的菱镁产业，是当地最为重要的支柱产业。为了让菱镁资源优势尽快转化为产业优势，近年来，海城市奋力书写深度开发菱镁产业“原字号”篇章，围绕补链、延链、强链，全力做精菱镁产业上游，做深菱镁产业下游，持续加快菱镁产业迈向价值链供应链中高端，让镁更“美”。企业以磷镁为核心的胶凝材料、快凝材料、快硬材料、高强材料、锚固材料、注浆材料、防腐材料、耐水材料等特种建筑材料的研制，