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2025年1月8日，美國能源部(DOE)工業(yè)效率與脫碳辦公室宣布為14項(xiàng)鋼鐵低碳技術(shù)研究提供資金支持，這些投資將加速創(chuàng)新技術(shù)的開發(fā)，以確保美國鋼鐵工業(yè)在快速變化的全球市場中的適應(yīng)力和競爭力，并為整個(gè)國家經(jīng)濟(jì)的供應(yīng)鏈創(chuàng)造積極的連鎖效應(yīng)。
1、變革性的未來鐵燧巖選礦流程
城市/州：明尼蘇達(dá)州德盧斯
聯(lián)邦資助：$3,100,000
項(xiàng)目牽頭：明尼蘇達(dá)大學(xué)德盧斯分校
合作伙伴：美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室
明尼蘇達(dá)大學(xué)德盧斯分校(University of Minnesota-Duluth)與美國鋼鐵公司(U.S. Steel)合作，旨在開發(fā)一種變革性的新選礦工藝，將明尼蘇達(dá)州的煫巖礦石提升到直接還原(DR)等級。這一新的綜合流程將展示如何以每小時(shí)1 噸的規(guī)模處理工業(yè)原料。這種方法將設(shè)法把DR 級球團(tuán)生產(chǎn)的總體能源需求降低 25%，通過提高效率把鐵回收率提高 3-5%，并通過減輕煉鐵過程中DR豎爐內(nèi)的粘結(jié)來提高球團(tuán)質(zhì)量。由于對DR 級礦石的需求不斷增加，改善DR 級球團(tuán)的供應(yīng)是推動DR 技術(shù)深入鋼鐵生產(chǎn)領(lǐng)域的關(guān)鍵因素，可減少能源消耗，提高DR 級材料供應(yīng)的產(chǎn)量。
2、MagneLite：采用新型低成本工藝?yán)玫推肺坏V石生產(chǎn)磁鐵礦
城市/州： 北卡羅來納州達(dá)勒姆
聯(lián)邦資助：$2,500,000
項(xiàng)目牽頭：三角洲研究所
合作伙伴：Gunnadoo Consulting, LLC、塔爾能源有限責(zé)任公司
RTI 及其合作伙伴旨在利用創(chuàng)新的二氧化碳礦化工藝，從廣泛存在的黑云母巖和超黑云母巖中提取高品位磁鐵礦，在該工藝中，二氧化碳與輸入材料發(fā)生反應(yīng)，形成磁鐵礦，并將二氧化碳封存在固相中。由于二氧化碳礦化反應(yīng)，這項(xiàng)新技術(shù)可以在顯著凈負(fù)排的情況下運(yùn)行，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將努力證明每噸高品位磁鐵礦封存 2.4 噸二氧化碳的能力。如果取得成功，體現(xiàn)排放量為顯著負(fù)值的球團(tuán)可作為現(xiàn)有堿性燃料生產(chǎn)的直接解決方案，并為通過傳統(tǒng)加工路線提供體現(xiàn)排放量極低的鋼材提供了一條途徑。
3、零排放還原煉鐵技術(shù) (FERR0)
城市/州： 德克薩斯州休斯頓
聯(lián)邦資助：$2,988,838
項(xiàng)目牽頭：Lunar Resources, Inc
合作伙伴:豐杜拉克蘇必利爾湖奇佩瓦部落政府、德克薩斯農(nóng)工大學(xué)、Icon Technology、西門子美國公司
Lunar Resources, Inc. 及其合作伙伴旨在展示一種創(chuàng)新的鐵生產(chǎn)技術(shù)，以克服與熔融氧化物電解 (MOE) 相關(guān)的陽極降解難題，熔融氧化物電解是一種用于鐵礦石商業(yè)生產(chǎn)的突破性新工藝。 該項(xiàng)目將努力消除與 MOE 反應(yīng)器惡劣運(yùn)行環(huán)境相關(guān)的材料難題，延長運(yùn)行壽命，使其超過傳統(tǒng)陽極的 1000 倍。陽極耐久性是 MOE 技術(shù)取得商業(yè)成功的主要障礙。這項(xiàng)創(chuàng)新將減少對新興 MOE 陽極供應(yīng)鏈的依賴，并降低運(yùn)行能耗、實(shí)現(xiàn)原鐵生產(chǎn)電氣化和減少排放。
4、基于選擇性滲碳法的碎屑中銅的分離
城市/州： 科羅拉多州戈?duì)柕?
聯(lián)邦資助：$706,281
項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)：美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室
合作伙伴：卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、紐柯公司
美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室及其合作伙伴旨在開發(fā)一種從廢鋼中去除銅的新型解決方案。通過獨(dú)特的兩階段工藝，利用二氧化碳對廢鋼進(jìn)行選擇性滲碳處理，隨后從廢鋼中熔融分離出銅。該技術(shù)的最大去除潛力可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)廢鋼分揀技術(shù)。鑒于銅含量降低后廢鋼價(jià)值會大幅增加，這種新工藝有可能帶來有利的工藝經(jīng)濟(jì)效益，并提高國內(nèi)廢鋼利用率。
5、從豐富的氧化尾礦中循環(huán)和強(qiáng)化回收氧化鐵以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的直接還原鐵技術(shù)(循環(huán)鐵)
城市/州：紐約州伊薩卡
聯(lián)邦資助：$3,000,000
項(xiàng)目牽頭：康奈爾大學(xué)
合作伙伴：NRRI、明尼蘇達(dá)大學(xué)德盧斯分校、國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室
康奈爾大學(xué)及其合作伙伴旨在利用新型電化學(xué)工藝回收高品位氧化鐵產(chǎn)品(鐵含量大于 68 wt.%)，以便從礦山尾礦和冶金渣(如電弧爐渣)中回收鐵。該工藝可通過擴(kuò)大高品位鐵原料的生產(chǎn)來促進(jìn)脫碳，從而在煉鐵過程中采用直接還原技術(shù)。重點(diǎn)將主要圍繞從非常規(guī)來源生產(chǎn)這些原料，例如鐵礦開采和生產(chǎn)的尾礦和副產(chǎn)品爐渣。
6、通過鈉循環(huán)的脫碳鐵礦還原工藝
城市/州： 賓夕法尼亞州
聯(lián)邦資助：$3,000,000
項(xiàng)目牽頭：Helios Project Ltd.
合作伙伴：Creative Engineers Inc、哈奇公司、國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、紐柯公司
Helios Project Ltd. 及其合作伙伴將推進(jìn)其煉鐵工藝，該工藝采用金屬鈉作為還原劑，在不直接排放二氧化碳的情況下生產(chǎn)金屬鐵。與現(xiàn)有的煉鐵工藝相比，這種新工藝提供了一條在中等溫度下生產(chǎn)直接還原鐵產(chǎn)品的途徑，具有極快的還原動力學(xué)和較低的能源強(qiáng)度。在煉鐵過程中使用金屬還原劑具有新穎性和創(chuàng)新性，可以克服與還原過程直接電氣化相關(guān)的一些技術(shù)障礙。
7、利用人工智能去除廢鋼中銅污染物的模塊化系統(tǒng)
城市/州： 印第安納州馬克爾
聯(lián)邦資助：$3,000,000
項(xiàng)目牽頭：Sortera Technologies, Inc
合作伙伴：印第安納大學(xué)-普渡大學(xué)韋恩堡分校、ThermOhm、麻省理工學(xué)院、賓夕法尼亞大學(xué)
Sortera Technologies, Inc.公司及其合作伙伴試圖展示創(chuàng)新的廢料處理技術(shù)，將切碎的廢料進(jìn)行兩階段分離：首先是人工智能輔助的圖像識別分揀技術(shù)，然后使用新型的熱機(jī)械分離工藝，選擇性地對銅進(jìn)行反應(yīng)，以幫助機(jī)械分離。含銅量低的廢銅比含銅量高的廢銅更有價(jià)值。低銅廢料的可用性大大降低了對碳密集型礦石金屬(如電弧爐中的直接還原鐵和生鐵)的需求，從而為鋼鐵生產(chǎn)和回收鏈帶來顯著的排放和能源效益。如果這項(xiàng)技術(shù)獲得成功并被更廣泛地采用，將對廢鋼加工業(yè)產(chǎn)生巨大的積極影響。
8、生產(chǎn)直接還原 (DR) 級優(yōu)質(zhì)鐵礦石的高能效粉碎和先進(jìn)分離技術(shù)
城市/州： 內(nèi)華達(dá)州里諾市
聯(lián)邦資助：$2,092,583
項(xiàng)目牽頭：內(nèi)華達(dá)大學(xué)雷諾分校
合作伙伴：猶他大學(xué)、NexGen 材料公司
內(nèi)華達(dá)大學(xué)雷諾分校及其合作伙伴尋求開發(fā)一種新型選礦工藝，利用 X 射線透射分選、高壓磨輥、球磨機(jī)和細(xì)菌絮凝等一系列技術(shù)，從赤鐵礦中生產(chǎn)出直接還原質(zhì)量的高品位鐵礦石。該項(xiàng)目綜合利用各種技術(shù)，以公斤為單位，生產(chǎn)出含鐵量 70% 的精礦和低于 2% 的矸石。通過使用這些節(jié)能技術(shù)，該項(xiàng)目力求將選礦過程中的排放影響降低 50%。由于選礦技術(shù)的新穎整合以及目標(biāo)礦石質(zhì)量和減排潛力的良好表現(xiàn)，該項(xiàng)目可通過促進(jìn) DRI 生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用，對鋼鐵生產(chǎn)過程中的排放產(chǎn)生巨大的下游影響。
9、通過在堿性溶液中對赤泥進(jìn)行電化學(xué)再開采實(shí)現(xiàn)低碳煉鐵技術(shù)
城市/州： 華盛頓州里奇蘭
聯(lián)邦資助：$1,000,000
項(xiàng)目牽頭：太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室
合作伙伴：Polykala Technologies LLC，馬克-馮博士
西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室及其合作伙伴旨在開發(fā)一種電化學(xué)工藝路線，以便從赤泥這種處理成本高昂的廢料中生產(chǎn)出金屬質(zhì)地的低排放鐵。赤泥含有大量氧化鐵，是氧化鋁生產(chǎn)的副產(chǎn)品。事實(shí)證明，通過傳統(tǒng)方法從赤泥中回收鐵具有挑戰(zhàn)性，往往需要將材料儲存起來。
10、利用非熱氫微波等離子體還原鐵礦粉和精礦
城市/州： 伊利諾伊州香檳市
聯(lián)邦資助：$1,000,000
項(xiàng)目牽頭：Starfire Industries
合作伙伴：Vale S.A.、伊利諾伊大學(xué)香檳分校
星火工業(yè)公司及其合作伙伴旨在通過開發(fā)低碳途徑生產(chǎn)直接還原鐵的工藝，大幅降低工藝溫度。利用非熱氫等離子體將顯著降低流化床系統(tǒng)的工藝溫度，比目前的直接還原鐵工藝更有效。該工藝不會直接排放二氧化碳，在使用可再生電力和氫氣的情況下，有可能實(shí)現(xiàn)鐵生產(chǎn)的低碳化。該應(yīng)用有可能解決流化床內(nèi)產(chǎn)生氧化鐵所造成的粘滯問題，以及使用氫氣進(jìn)行鐵的內(nèi)熱還原所帶來的熱管理挑戰(zhàn)。
11、用于碳中和煉鐵的電化學(xué)濕法冶金技術(shù)
城市/州：馬里蘭州巴爾的摩
聯(lián)邦資助：$2,138,281
項(xiàng)目牽頭：約翰霍普金斯大學(xué)
合作伙伴：EDAC Labs, inc、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室
約翰霍普金斯大學(xué)及其合作伙伴旨在為電化學(xué)生產(chǎn)金屬鐵開發(fā)一種替代性低排放途徑。這種低溫直接電氣化工藝在使用可再生電力的情況下，有可能大幅減少煉鐵過程中的二氧化碳排放量，并將在一系列不同品質(zhì)的礦石上進(jìn)行演示，以評估其適用性。該項(xiàng)目的主要創(chuàng)新在于電積前將Fe3+ 還原為Fe2+ 的配比步驟，這可以顯著提高電池效率和生產(chǎn)率。電積步驟中產(chǎn)生的酸循環(huán)(直接與浸出步驟重新整合)可減少煉鐵過程中的排放和能源需求，同時(shí)生產(chǎn)出適合電弧爐煉鋼的高質(zhì)量金屬鐵原料材料。
12、評估電弧爐煉鋼用電解鐵的性能
城市/州： 賓夕法尼亞州匹茲堡
聯(lián)邦資助：$1,100,000
項(xiàng)目牽頭：卡內(nèi)基梅隆大學(xué)
合作伙伴：Electra、Nucor
卡內(nèi)基梅隆大學(xué)及其合作伙伴希望進(jìn)一步了解 Electra 的低碳電解鐵產(chǎn)品在電弧爐鋼鐵生產(chǎn)中的性能。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將通過工藝建模、實(shí)驗(yàn)室氧化試驗(yàn)和熔煉試驗(yàn)，評估在現(xiàn)有電弧爐生產(chǎn)中引入這種新型鐵產(chǎn)品對排放、質(zhì)量和效率的影響。在電弧爐生產(chǎn)中使用新型低碳原料材料具有廣泛的潛在影響。
13、生產(chǎn)無二氧化碳滲碳生鐵的石墨芯感應(yīng)熔煉技術(shù)
城市/州： 明尼蘇達(dá)州德盧斯
聯(lián)邦資助：$2,997,738
項(xiàng)目牽頭：明尼蘇達(dá)大學(xué)德盧斯分校
合作伙伴：Metcovery II, LLC、國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室
明尼蘇達(dá)大學(xué)德盧斯分校及其合作伙伴將對流動感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行放大和演示。該熔爐采用新穎的石墨吸收芯概念，專門用于將低品位DRI 預(yù)處理成滲碳生鐵產(chǎn)品。與現(xiàn)有的DRI 冶煉技術(shù)相比，這種鐵產(chǎn)品不含煤矸石，并且經(jīng)過滲碳處理。它適合作為電弧爐中商品生鐵的高價(jià)值替代品。美國電弧爐中使用的大量生鐵極有可能被碳強(qiáng)度較低的DRI 替代，從而在保持高生產(chǎn)率和具有經(jīng)濟(jì)競爭力的電弧爐鋼鐵生產(chǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)大幅減排。
14、用還原生物浸出法從不同鐵礦石來源生產(chǎn)改良DRI 原料
城市/州：密歇根州霍頓
聯(lián)邦資助：$1,035309
項(xiàng)目牽頭：密歇根理工大學(xué)
密歇根理工大學(xué)試圖開發(fā)一種新型還原性生物浸出工藝，利用金屬還原微生物群落從含鐵量極低(<20 wt.%鐵)的礦山尾礦中回收高純度氧化鐵。生物浸出后，浸出液的再氧化將產(chǎn)生一種氧化物產(chǎn)品，適合用作直接還原鐵生產(chǎn)的原料，這是一種排放量大大降低的鋼鐵生產(chǎn)途徑。該技術(shù)只需較低的能源投入和最少的基礎(chǔ)設(shè)施即可在大型工廠運(yùn)行。該工藝可為尾礦庫所在的前采礦社區(qū)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)、排放和社區(qū)效益。
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