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美國大藍科技公司(Big Blue Technologies)已經(jīng)正式開始在科羅拉多州丹佛的試驗系統(tǒng)上生產(chǎn)原鎂(圖1)，該系統(tǒng)采用了一種專有的碳熱還原工藝。公司通過現(xiàn)代高溫真空工藝解決方案，目的在于推出世界上最節(jié)能、最環(huán)保的原鎂生產(chǎn)工藝。公司計劃生產(chǎn)鎂錠、顆粒、粉末和合金，以加快鎂金屬消費應用。

圖1大藍色技術的共同創(chuàng)始人 BorisChubukov(右)和AaronPalumbo(左)展示公司專有真空碳熱還原工藝生產(chǎn)的首批鎂錠

大藍色技術公司原屬博爾德科羅拉多大學，隨后公司從該大學剝離，從事由美國能源署先進可再生能源項目部(ARPA-E)資助的400萬美元的研究項目。大藍色技術利用國家科學基金會和科羅拉多州經(jīng)濟發(fā)展辦公室提供的發(fā)展資金，將其工藝規(guī)模擴大了1000倍以上，創(chuàng)建了一個生產(chǎn)速度接近2 kg鎂/小時的系統(tǒng)。

碳熱還原工藝

目前，世界上大約85%的原鎂，采用在中國使用的皮江工藝。皮江工藝是一種硅熱過程，需要使用硅鐵。另外，皮江法還具有很高的能源和勞動力負擔，使得在中國境外實施成本高昂。

相比之下，碳熱還原過程在概念上更簡單，使用的能量密度更低，步驟更少(圖2)。碳熱還原過程中，碳被用來還原氧化鎂，在1600℃以上產(chǎn)生鎂金屬蒸氣和副產(chǎn)物一氧化碳氣體。

圖2 碳熱還原工藝與皮江(硅熱)工藝對比

要制造鎂錠，必須冷卻鎂氣體。從歷史上看，這種化學過程很難實現(xiàn)，因為在驟然冷卻過程中，一些鎂會氧化并形成不純的鎂粉末。這些粉末的輸送過程風險極高，需要更多的工藝過程才能凈化和形成大塊鎂錠。

科羅拉多大學博爾德分校的基礎研究，幫助開發(fā)了一種減少氧化的方法。該工藝(大藍色技術正在實施)能夠通過將氣態(tài)鎂冷凝到回收介質(zhì)中捕獲氣態(tài)鎂，從而比較容易且安全地回收鎂(圖3)。公司還專注于物料處理、防止形成火團細粉，其中包括精煉，這些都是生產(chǎn)過程的重要層面。

圖3 采用公司自主生產(chǎn)工藝露天完成原鎂錠的鑄造工序

大藍技術首席技術官Boris Chubukov博士說：“將(回收介質(zhì))納入，我們可以維持總氧化鎂錠的回收率超過91%，這推動了我們產(chǎn)品的經(jīng)濟價值?！?

除了比皮江工藝更為有效之外，公司的碳熱還原方法更環(huán)保。如果生產(chǎn)過程中采用可再生能源，則從氧化鎂開始，到形成純鎂錠，總工藝排放量小于2 kg CO2/kg Mg。根據(jù)氧化鎂、電和碳(該工藝的三大輸入)的來源，大藍色技術提供的總工藝排放量在0.5–12 kg CO2/kg Mg之間。

Boris Chubukov博士說：“我們的工藝可以使排放量接近凈零，但這帶來了額外的成本，市場似乎不愿意為綠色鎂支付高價。不管怎樣，我們的技術是未來環(huán)境影響的證明。我們產(chǎn)生的廢物很少，不使用任何工藝水，而且可以消除所有的排放?！?

與業(yè)內(nèi)大多數(shù)其它鎂生產(chǎn)商不同，藍色科技公司在生產(chǎn)原鎂的過程中，與任何特定的鎂礦產(chǎn)都沒有關聯(lián)。該公司在公開市場上從世界各地的各種礦產(chǎn)(包括海水、水鎂石和菱鎂礦)中獲取氧化鎂。他們將機會視為技術成就，而不是傳統(tǒng)的采礦項目，從而為技術的實施方式和實施地點提供了靈活性。

“通過簡單的方式生產(chǎn)原鎂。在過去的6年里，我們一直在這樣做。開發(fā)和推廣一種工藝技術，可以與中國在該行業(yè)的主導地位展開競爭，這才是真正的去風險挑戰(zhàn)和機遇?！?

擴大生產(chǎn)規(guī)模

隨著試點系統(tǒng)的正式運行，大藍科技公司的團隊正在繼續(xù)迭代設計和操作，努力提高效率，降低商業(yè)規(guī)模擴大計劃的風險。

Boris Chubukov博士說：“世界各地鎂廠的歷史部署，確保我們的擴大戰(zhàn)略是安全的，并為與市場條件和潛在的地緣政治貿(mào)易變化相適應提供了豐富的背景。我們的工藝簡單、靈活、易于擴展，以適應市場增長，同時緩和市場波動。我們的商業(yè)案例不僅僅是大幅減少環(huán)境影響，我們確實做到了這一點，而且確保我們具有成本競爭力的技術能夠幫助鞏固國內(nèi)制造業(yè)。”

大藍科技的下一步是建立一個模塊化的更大規(guī)模生產(chǎn)示范廠。在與合作伙伴的合作下，該公司已開始在懷俄明州Cheyenne附近的一個工廠開展這項工作，而公司的總部、研發(fā)和實驗業(yè)務仍設立在丹佛。