超导耦合技术开辟低碳绿色发展新路径——北京科技大学李素芹教授的创新之路
发布时间：2026-08-14
当水处理行业还在为药剂残留难题困扰，当堆积如山的尾矿侵占土地、威胁生态安全时，一项源于高能物理领域的尖端技术正在悄然跨界，为资源环境治理开辟出一条全新路径。北京科技大学冶金与生态工程学院李素芹教授团队历经十余年深耕，将超导高梯度磁分离（S-HGMS）技术从实验室推向产业化前沿，用“零电阻”及“超强磁”的超导特性破解工业废水处理与固废高值利用的世纪难题，让中国科技创新的光芒闪耀在日内瓦国际发明展的领奖台上。
一、从高能物理到资源环境：一场跨界的技术革命
提到“超导”，大多数人首先想到的是电子对撞机、散裂中子源、航空航天、量子计算等高端领域。超导是指某些物质在低温条件下电阻降为零的特性——在超导状态下，电阻率突然消失，电流可以毫无阻力地形成强大电流，从而产生“超强磁场”。这本是物理学最前沿的领域，但李素芹教授敏锐地察觉到，超导“零电阻”带来的超强磁场、“完全磁性”产生的特殊效应，或许可为打破工业污染治理瓶颈找到新的突破口。
她带领团队另辟蹊径，创造性地将超导高梯度磁分离技术引入资源环境领域，打破了超导技术仅服务于大科学工程的固有认知。十余年的潜心研究，实现了多项重大突破。
二、技术解码：超导高梯度磁分离的“超能力”
超导高梯度磁分离技术的核心优势，在于其独特的物理特性。常规电磁技术受制于电阻发热和磁场强度上限，难以实现工业级的深度净化；而超导技术凭借“零电阻”效应，可以在极小的空间内产生常规磁体无法企及的超强磁场。
这种超强磁场带来的“磁絮凝”效应，能够将水中微米、纳米级的弱磁性乃至非磁性颗粒强行“团聚”，形成可快速捕集的絮体。无论是弱磁性氧化铁、非磁性氧化钙，还是SiO₂等微纳米颗粒，都能在超导磁场中被同步捕获。
三、三大应用场景：从“治污”到“资源化”的全链条突破
3.1 场景一：转炉除尘水——“秒级净化”的绿色奇迹
在钢铁企业的转炉车间，浑浊的除尘水曾是环保工程师的长期困扰，传统处理工艺不仅需要添加大量药剂，还需要庞大的沉淀池。
李素芹教授团队研发的超导高强磁处理技术，上演了“秒级净化”奇迹——不改变原有流程、无需添加药剂和磁种，仅用几十秒就将水中悬浮物（SS）从8000mg/L降至5mg/L以下，脱除率高达99%以上。
更值得称道的是，通过工艺调整，这些被分离的污染物能变身为宝贵资源——回收的铁元素可制备高附加值的氧化铁红或纳米α-Fe₂O₃，真正实现“变废为宝”。与传统工艺相比，该技术占地面积减少60%以上，运行成本降低50%。
3.2 场景二：循环冷却水——从“化学阻垢”到“物理阻垢”
工业循环水因钙镁离子富集易形成水垢及生物粘泥，导致垢下腐蚀和设备效率下降。传统化学阻垢缓蚀剂不仅运行成本高，还存在药剂残留风险。
在国家“十三五”重大专项支持下，李素芹团队开发了超导耦合技术，通过物化-超导HGMS协同作用，让水中成垢离子形成大颗粒沉降，同时改变水分子缔合结构，提高钙镁离子过饱和度。更神奇的是，超强磁场能诱导晶体发生晶格畸变，使水垢难以在设备表面附着。
仅将循环水浓缩倍数从2.5提升至3.5，就能实现节能3%以上、节水10%—25%的显著效益。每推广应用于100万吨规模的循环水系统，每年可节水数十万吨，相当于一座中型水库的蓄水量。
3.3 场景三：固废资源化——从“尾矿围城”到“城市矿山”
尾矿堆积如山，既侵占土地又浪费资源。李素芹团队利用超导“完全磁性”产生的超强磁场，成功实现了固废中有价物的分离与提取。超导HGMS技术成功实现低品位难选铁矿中弱磁性铁元素的富集提取，生产高品位铁精粉；也实现了铁尾矿中SiO₂的分离与提纯，制备高附加值α-Fe₂O₃。此外，团队还开发了超导HGMS耦合尾矿制备高纯二氧化硅技术，SiO₂品位可达99%以上。
四、产业化落地：从实验室到生产线的“最后一公里”
技术的价值，最终要在生产线上检验。李素芹团队注重“产学研用”的结合，多项专利成果已完成工程转化。
目前，超导耦合技术已在钢铁、化工、矿山等多个行业实现规模化应用。团队开发的成套超导耦合创新技术与装置，已在转炉除尘水处理、循环冷却水阻垢缓蚀、尾矿资源化利用等场景中落地运行。
产业化实践中，该技术还拓展至酸性废水和电镀等废水重金属的脱除、绿色供水等领域。团队研发的超导HGMS-FeOOH耦合工艺、超导HGMS-NZVI耦合工艺、超导HGMS-活性炭耦合工艺等多种技术组合，针对不同水质特点提供了差异化的解决方案。
五、学术贡献与国际影响
李素芹教授团队在超导耦合技术领域取得了丰硕的学术成果：
获得国内外发明专利10余项，包括美国、澳大利亚及巴西等国家专利
授权发明专利30余项，其中国际专利8项
多项成果达“国际领先水平”
荣获2024年日内瓦国际发明展创新发明奖
2项研究成果获“INTERNATIONAL BEST RESEARCHER AWARD”
李素芹教授首次提出“钢铁工业用水全生命周期集约化控制”理念，首创焦化废水低成本短程绿色处理技术，开发了超导耦合低碳绿色应用技术。这些成果颠覆性地应用于绿色供水、循环水处理及尾矿提硅提铁高值利用，实现了重大技术突破。
结语
从高能物理的前沿阵地到资源环境的治理一线，李素芹教授团队用十余年的持续攻关，完成了一场精彩的“技术跨界”。当超导的“超强磁”让工业废水实现“秒级净化”，当堆积如山的尾矿被重新定义为“城市矿山”，当一项源于大科学装置的技术真正走进生产车间——“超导耦合技术”正在用实际行动证明：尖端科技与绿色发展，从来不是两条平行线。
正如李素芹教授所践行的，真正的技术创新，不是“为技术而技术”，而是让技术服务于国家战略需求。在“双碳”目标的时代背景下，超导耦合技术开辟的这条低碳绿色发展新路径，正为工业绿色转型提供着一份可复制、可推广的“中国方案”。