单智伟（左四）团队在实验室。西安交通大学供图

■本报记者 李嫒

近日，西安交通大学材料科学与工程学院教授单智伟团队在《自然-材料》发表论文，提出了一种全新的镁纯化策略。他们在工业条件下实现了铝杂质的高效、低成本去除，突破了低铝高纯镁大规模制备的关键技术难点。目前，该技术已应用于相关企业的工业产线上。

“很多时候，解决产业难题的关键线索，并不在高深的理论推演里，而是藏在最日常、最不起眼，甚至最令人厌烦的生产细节中。”论文通讯作者单智伟这样总结。

发现一个反常现象

镁是重要的战略金属，在交通轻量化、高端战略金属还原及生物医用等领域具有广阔应用前景。当前全球约80%的原镁依赖硅热法生产。该工艺虽然具有成本和规模化优势，但伴有杂质含量高、波动大的顽疾。其中，铝杂质尤为突出，不仅含量普遍偏高，而且在工业生产中波动最为剧烈。

研究数据显示，在实际生产过程中，铝含量可在21毫克/千克至845毫克/千克之间大幅变化，波动幅度跨越了五个纯度等级。由于不同纯度品等级之间差价显著，也直接降低了生产厂家的经济效益。一直以来，铝杂质波动的顽疾都被视为该工艺的一种伴生物。

为此，研究团队对铝杂质的产生、传递和沉积机理进行了全面的剖析研究。这项研究的过程也伴随着大大小小的困难。

在单智伟看来，破解产业难题的关键恰恰在于找对思路。他坦言，团队曾在梳理工厂实际生产数据时发现一个反常现象：同一天生产出的原镁，铝含量却忽高忽低、波动剧烈。“可同一天的原料、工人操作、工艺条件都基本稳定，这在逻辑上是说不通的。”

把目光投向生产现场

正是这一“说不通”，让团队把目光投向生产现场。在科研团队眼中，令人头疼的产业顽疾，其答案往往就藏在最贴近生产的细节之中。

他们注意到一个让工人很头疼的场景——炼镁还原罐的罐口每天都会结一层硬垢，如同家里烧水壶壶底的水垢。这层垢必须每天清理，否则影响装料和传热，工人常常要耗费大量体力刮擦。带着疑问，团队对这层“令人讨厌的垢”进行了系统分析，检测出一种稳定的“氟铝钙氧”化合物。

在此前的研究中，团队已明确，镁里的铝杂质是以氟化铝形式存在的。两条线索一交汇，思路瞬间清晰：既然垢中富集钙、氟、铝、氧等元素，是否可以反向利用氧化钙，主动“捕获”氟化铝中的铝，使其转化为稳定化合物并以垢相析出，从而实现镁与铝的高效分离。

如同用磁铁吸附铁屑，团队就此找到了氧化钙这一关键“吸铝剂”。论文第一作者、西安交通大学博士生郑芮通过实验证实，添加氧化钙可将镁中铝含量从约109.5毫克/千克降低至6.3毫克/千克，杂质去除率超过90%。

经过几轮迭代优化，团队采用更低成本、更易获取且可循环利用的炼镁原料——煅烧白云石（氧化钙和氧化镁的混合物）作为滤材，铝含量满足高纯镁标准的产品比例由原先接近零提升至83.3%，实现了从“偶然达到”到“稳定获得”的跨越。

最令团队振奋的是那一刻的豁然开朗：原来被工人天天嫌弃、必须费力清除的罐垢，竟藏着破解铝杂质波动的核心密码。原理看似简洁，但如果没有十余年的机理积累与产业认知，单智伟团队也很难从繁杂现象中抓住这一核心突破点。

为金属纯化提供新范式

依托与原镁企业泰达煤化的长期合作及陕西省镁基新材料中试基地，单智伟团队第一时间将成果同步至企业。在专利被授权之前，这一“沉积物启发”的滤材筛选技术已经在工业产线上得到推广应用，并产生了显著的经济和社会效益。

数据显示，该方法的纯化成本较主流真空蒸馏技术成本降低约96%，为低成本规模化制备低铝高纯镁提供了切实可行的路径，为向下游高端应用提供稳定、优质且经济的原材料奠定了技术基础。

“我们更开心的是技术给整个产业链带来的‘连锁反应’。”单智伟告诉《中国科学报》，镁里的铝不全是以金属形态存在的，有一部分是以化合物的形态存在，比如氟化铝。它们就像“隐形的捣蛋鬼”，会进入下游产品里。

单智伟举例说，海绵钛生产就可能深受其害。钛在电子芯片领域特别重要，镁是制备钛的还原剂，如果原镁里铝杂质控制不好，铝会遗传到钛里，一旦进去就很难再被赶走，像粘了胶水一样。单智伟指出：“芯片级钛要求极高，铝杂质多了就报废了。”

再比如生物医疗领域，镁合金可以做可降解骨钉，但如果铝杂质含量高，在人体内积累就可能增加阿尔茨海默病风险。“我们把铝杂质含量降下来，对医疗器械也是大好事。”单智伟说。

传统的研究认为，对于本来就要加入铝的镁合金而言，原镁有铝杂质无所谓。而单智伟团队的最新实验证明这一传统看法与事实大相径庭。

“我们发现即便是镁中只有不到1/10000的铝杂质含量，也能显著劣化纯镁的耐腐蚀性能。我们正在整理这项成果，希望整个镁合金领域都能因为这个发现而受益。”单智伟表示，这项技术不仅帮企业显著提高了利润，更让下游的钛、电子、生物医疗等产业都受益，随之而来的就是对行业标准的修订。

与此同时，单智伟团队还进一步拓展出镁中其他杂质的调控方法，为金属纯化提供了全新范式。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41563-026-02561-2