资源化工与能源材料研究部

资源化工与能源材料研究部聚焦发展流态化过程强化及放大新理论与方法，开发流态化强化关键工艺与技术，解决资源与能源高效清洁转化、粉体及储能材料等领域的重大问题。2025年在JACS、Nano Micro Letters、Energy & Environmental Science等国际重要学术期刊发表SCI论文40余篇，申请发明专利20余项。

重点进展一：万吨级绿氢流化床直接还原炼铁示范线投产运行

面向钢铁工业绿色低碳发展的国家重大需求，研究部在流态化基础、粘性粉体流态化过程强化理论方法研究，以及千吨级直接还原铁试验等基础上，突破了传统技术颗粒粘结失流和还原效率低的难题，建立了氢气非内扩散流化床直接还原铁（HIFRI）新技术。与鞍钢集团等合作建成全球首套万吨级绿氢流化床直接还原铁示范，2025年8月实现全流程稳定运行，生产出金属化率95%的绿色近零碳直接还原铁产品，助力钢铁工业绿色低碳创新发展，为国家实现碳达峰碳中和战略目标提供强有力的科技支撑。

图1 万吨级绿氢流化床直接还原炼铁示范线

重点进展二：空间微重力环境下单液滴燃烧合成功能颗粒材料

为验证我国未来地外探索中“太空原位制造”的科学可行性，探索弱重力非常规条件下的雾化火焰合成机制，研究部研制了“预混平焰+单液滴发生”的一体化燃烧器。历经18个月的在轨实验，首次在空间微重力条件下实现自由飞行单液滴的稳定点火与燃烧，揭示了液滴与高温金属表面发生“热态反弹/冷态黏附”的类莱顿弗罗斯特动力学行为，并首次完成单液滴燃烧合成功能颗粒材料的全流程验证，标志着我国在空间原位制备关键颗粒材料方面取得重要突破。

图2神舟21号下行样品交接仪式

重点进展三：流化床颗粒改性制备关键技术及应用

针对粉末冶金混合粉团聚严重、烧结致密化与尺寸稳定性差，以及增材制造雾化球形粉功能单一、可打印性不足，导致高反射率、高熔点及金属基复合材料难以高质量成形、性能与精度受限的问题，研究部提出了流化床颗粒原位沉积包覆改性、强化形性一体化调控的新思路，通过揭示细粉失流机理并开发外场辅助强化流化技术，实现改性相在流态化颗粒表面的可控形核生长与均匀沉积，进而阐明改性粉末在烧结与打印过程中的致密化、组织演变及形变调控规律，形成了流态化粉体改性强化形性一体化新技术。该技术已在株洲硬质合金、安泰科技等多家企业获得工业应用，相关成果获中国颗粒学会技术发明一等奖。

图3 粉体改性强化形性一体化调控