1944年，威拉德·道（WillardDow）對美國參議院表示，“從浩瀚的大海中提取出閃閃發(fā)光的鎂金屬，這是人類的一種壯舉和成就。即便是從前最有想象力的煉金師，也沒能想象出這一景象?！碧帐湘V業(yè)（Dow Magnesium，原譯為道屋化學(xué)）曾是有史以來最大的鎂金屬生產(chǎn)商。在美國德克薩斯州自由港市（Freeport），陶氏鎂業(yè)曾運營了一個世紀，期間這個鎂廠從海水中提取了數(shù)百萬噸金屬鎂。陶氏鎂業(yè)認為，從海水中提鎂是人類文明向前邁出的重要一步。

圖1。陶氏在德克薩斯州Freeport的前工廠，用于從海水中分離鎂的水池（左）和冷卻鎂犧牲陽極（右）。

            鎂有很多優(yōu)點：普通合金比鋁輕1/3，比鋼輕3-4倍。鎂易于壓鑄且具經(jīng)濟性，有利于大規(guī)模制造。與碳纖維復(fù)合材料等其它輕質(zhì)材料相比，鎂的應(yīng)用更具有可擴展性。但嚴格來說，陶氏鎂業(yè)著迷的并不是鎂材料的技術(shù)特性。他們喜歡鎂，因為它也是唯一可以由海水制成的結(jié)構(gòu)材料。

圖2:陶氏鎂業(yè)公司的海報顯示了海水中鎂的含量

        盡管陶氏鎂業(yè)的海水煉鎂業(yè)務(wù)取得了成功，但鎂并沒有發(fā)展成為一個大型的全球性產(chǎn)業(yè)。大多數(shù)輕量化產(chǎn)品都應(yīng)用鋁，而當(dāng)今世界使用的鋁的質(zhì)量大約是鎂的50倍。鎂之所以艱難競爭，至少有一個原因：鎂業(yè)沒有真正講述出自己的故事，或者至少沒有把鎂的故事講得很好，沒有說服潛在客戶放棄對鋁和鋼的投資。1966年，當(dāng)時的國際鎂協(xié)主席Roger Wheeler批評了協(xié)會的會員，他說：“鎂行業(yè)中缺乏成熟和完善的營銷技巧?！?2003年，福特前工程師Gerald Cole感嘆道，“鎂的一個主要問題，是供應(yīng)端沒有足夠的專注者?！?/span>

        除非有十分明確的技術(shù)和市場收益，否則（編者注:指西方）很少有人會投資于鎂的產(chǎn)品開發(fā)，而且在20世紀，很少有人認真理解陶氏鎂業(yè)對鎂的見解和實踐：這是一個不用采礦就能制造金屬的機會。但是，時過境遷，在21世紀，認知應(yīng)該會發(fā)生變化了。

一切都在改變

        這是一個徹底變革的10年。新冠疫情和俄烏戰(zhàn)爭使許多人意識到，在具有共同價值觀的國家建立更短、更清潔的供應(yīng)鏈至關(guān)重要。這些價值觀越來越注重減少人類的活動對環(huán)境和社會的影響，同時保持高質(zhì)量的生活。降碳、脫碳以減少氣候變化，已成為餐桌上的話題，但脫碳只是可持續(xù)性故事的一部分。畢竟，碳中和的技術(shù)仍然會對環(huán)境產(chǎn)生嚴重影響。例如，采礦作業(yè)中的尾礦庫，如果坍塌或者泄漏，仍然會破壞生態(tài)系統(tǒng)并造成人員死亡。最終，最好的情況是不需要開采或不存在尾礦庫。

另一方面，物質(zhì)及材料減量化是一種技術(shù)創(chuàng)新，注重于“用更少的資源做更多的事”，在消耗大量自然資源的同時實現(xiàn)更高的經(jīng)濟產(chǎn)出。幾乎所有新技術(shù)，都通過提高產(chǎn)品質(zhì)量或減少產(chǎn)品生產(chǎn)所需的資源輸入為客戶創(chuàng)造價值。智能手機、太陽能和電池，就是實現(xiàn)物質(zhì)及材料減量化的3個產(chǎn)品例子。此外，對減少供應(yīng)鏈的環(huán)境和社會影響的日益關(guān)注，還會促使許多行業(yè)加快物質(zhì)減量化。鑒于這些趨勢，陶氏對鎂的愿景似乎更具有預(yù)見性（圖3）。

圖3 陶氏公司為推廣鎂而制作的藝術(shù)海報

鎂對物質(zhì)和材料減量化的作用和貢獻

        采用智能手機，提供從單一手持來源獲取大量知識的途徑，并以此實現(xiàn)信息的材料減量化。當(dāng)下在利用的太陽能、風(fēng)能和電池技術(shù)，正用于能源領(lǐng)域的材料減量化。同樣，利用陶氏和海德魯鎂業(yè)幾十年來商業(yè)化使用的電化學(xué)技術(shù)，不經(jīng)采礦過程就從海水中提煉出鎂金屬，是原鎂生產(chǎn)實現(xiàn)物質(zhì)減量化的唯一途徑。

        鎂金屬更佳的輕量化特性，使其能夠消除車輛中使用的某些金屬部件75%的自重，這將使消費者能夠使用相同的能源行駛更遠的距離。這一舉措，支持了數(shù)十年來通過在美國實施CAFE標準而設(shè)置的運輸脫碳。在電動汽車時代，使用鎂而不是鋁和鋼，將使汽車制造商能夠在每輛車上使用更少的電池，為消費者提供相同的行駛里程。

        因此可以認為，從物質(zhì)減量化、材料減量化角度，海水煉鎂對金屬領(lǐng)域的支持作用，可相當(dāng)于太陽能利用對清潔能源的支持，作用和貢獻巨大。

        陶氏鎂業(yè)和挪威海德魯鎂業(yè)使用的電化學(xué)技術(shù)，包括4個主要步驟：濕法冶金、脫水、電解和金屬鑄造。在第一步中，從海水或從鉀鹽或海鹽作業(yè)產(chǎn)生的廢鹽水中獲得鹽水濃縮物。這些鹽水濃縮物經(jīng)過提純和蒸發(fā)，得到純鎂鹽水合物。之后，使用各種類型的脫水技術(shù)處理，以生產(chǎn)不含水的無水鎂鹽。開發(fā)或利用的電化學(xué)煉鎂技術(shù)，會使用不同的脫水技術(shù)，因此脫水技術(shù)從未整合為單一的一種方法。然后，將無水鎂鹽熔化并電解以制備金屬鎂。金屬鎂是從電化學(xué)電解槽中“提取”出來，用于制造各種鎂產(chǎn)品，包括用于鋁工業(yè)的純鎂錠、用于壓鑄的鎂合金錠，或直接將鎂液送去鑄造。這一過程的副產(chǎn)物，包括水、氯和從鹽水中去除的少量雜質(zhì)，但不會產(chǎn)生大量的殘渣。

        相比之下，中國企業(yè)在20世紀90年代和21世紀初采用的皮江法工藝，其工藝與陶氏和海德魯開發(fā)的工藝完全不同。皮江法工藝不利于未來發(fā)展，它使用大量的能源作為高溫?zé)崮?，并在煅燒鎂礦、生產(chǎn)硅鐵等還原劑以及工藝過程的高溫加熱時直接排放二氧化碳。盡管皮江法有其缺點，但這種工藝得益于成本結(jié)構(gòu)，該成本結(jié)構(gòu)依賴于燃煤和廉價人力資源。這使得西方生產(chǎn)商幾乎不可能與中國生產(chǎn)商競爭，在中國政府推出出口退稅之后，更刺激了廉價和非清潔生產(chǎn)的鎂產(chǎn)品的出口。

        然而，鎂市場開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)變。隨著中國努力實現(xiàn)工業(yè)脫碳，中國的生產(chǎn)商現(xiàn)在也越來越難獲得低廉的煤炭電力和廉價勞動力，并且大多數(shù)人開始進入中產(chǎn)階級。此外，電化學(xué)鎂將從太陽能和電池的發(fā)展中受益匪淺，從而在新的生產(chǎn)地區(qū)釋放出低成本生產(chǎn)的潛力。

太陽能、風(fēng)能和地?zé)岬瓤稍偕茉矗档土穗娏Τ杀竞吞寂欧?，而世界各國政府的碳稅和其他措施使二氧化碳排放成本更高，這使鎂生產(chǎn)商開始意識到直接排放二氧化碳沒有技術(shù)或經(jīng)濟激勵。相比之下，使用海水的電化學(xué)生產(chǎn)工藝（其本身就可脫碳）將開始變得更有吸引力。事實上，電化學(xué)鎂生產(chǎn)對未來非常有吸引力，甚至中國也在努力減少勞動密集型皮江法工藝的運營，以支持使用電化學(xué)技術(shù)從鹽水中生產(chǎn)鎂的新投產(chǎn)工廠。很快，利用電化學(xué)技術(shù)生產(chǎn)鎂，可能成為世界上最具經(jīng)濟競爭力的輕質(zhì)金屬生產(chǎn)途徑之一。

        同樣，與原鋁或鋼生產(chǎn)相比，鎂更容易脫碳。使用傳統(tǒng)技術(shù)，還原鋁和鐵都需要使用碳去除氧。這些生產(chǎn)過程導(dǎo)致了全球10%的二氧化碳排放。盡管創(chuàng)業(yè)公司花費數(shù)億美元和數(shù)十年時間試圖找出如何在不排放二氧化碳的情況下制造鋼鐵和鋁，但在一個世紀內(nèi)，鎂已經(jīng)沒有直接排放二氧化碳。鎂鹽本身不含氧，鎂電解的溫度比鋁電解和鋼鐵生產(chǎn)低得多，這意味著鎂消耗的能量要少得多。

        原鎂的生產(chǎn)有可能成為世界上最清潔的提煉冶金工藝。在鎂產(chǎn)品的壽命結(jié)束時，還有更多的益處。鎂在腐蝕時變成氫氧化鎂，最終以可溶性碳酸氫鹽的形式返回海洋。此過程能夠自動封存二氧化碳。然后，它可以從海水中產(chǎn)生，而不會向大氣中排放二氧化碳。這使得鎂成為唯一固有的循環(huán)型結(jié)構(gòu)金屬。

        鋁和鋼注定具有線性價值鏈。它們將始終需要固體礦物自然資源的投入，并將始終輸出不會封存二氧化碳的廢物。所有金屬都可以回收，但絕不是無限循環(huán)的：每次回收金屬時，金屬都會以殘渣（譬如鋁灰）或礦渣的形式而出現(xiàn)損耗，因此鋁等金屬只能平均回收10-15次，之后會成為廢料。

        海水中的鎂，不需要通過開采固體礦產(chǎn)資源而獲取，也避免建造尾礦庫，這兩者都會造成嚴重的危害。例如，鐵礦石開采可能會造成嚴重影響，比如澳大利亞的Juukan峽谷遭到破壞，導(dǎo)致力拓首席執(zhí)行官（CEO）辭職。用海水中的鎂替代采礦，是消除這些有害環(huán)境和社會影響的唯一途徑。

重回未來

        世界將永遠會需要采礦來生產(chǎn)一些金屬。除了在合金開發(fā)方面取得突破外，鎂將無法實現(xiàn)鋼和鋁的某些功能，至少在很長一段時間內(nèi)是如此。即使如此，通過在車輛和其它車輛上使用更多的鎂金屬，也有可能最大限度地減少維持社會高質(zhì)量生活所需的采礦量，并繼續(xù)人類經(jīng)濟發(fā)展。

正如大眾汽車和主要汽車制造商幾十年來所證明的那樣，鎂是一種非凡的材料，可作為運輸脫碳和材料減量化的重要手段，但是目前鎂的利用極不充分，用量還并不大。

        在您的下一次聚會上，您可以跟您的朋友講，我們可以用海水制造電動汽車、自行車、直升機、飛機和衛(wèi)星。事實上，所有這些產(chǎn)品中都已經(jīng)采用了鎂。顯然，未經(jīng)礦業(yè)開發(fā)而制造的鎂金屬，為未來的美好前景帶來了希望，這一舉措對地球資源和環(huán)境的負面影響甚微?？梢哉f，海水中的鎂，是21世紀的金屬。

        100年前，陶氏鎂業(yè)的從業(yè)者就有了這樣的愿景和實踐。到今天，隨著氣候變化危機和社會影響的攀升，這一遠景的時代才真正來臨。無需采礦且低碳排放的鎂金屬的復(fù)興，將是最終的“重回未來”的技術(shù)突破，也將是這種金屬和這個行業(yè)對世界重要的貢獻。

        （本站聲明：凡本網(wǎng)轉(zhuǎn)載自其它媒體的文章，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責(zé)。來源：尚鎂網(wǎng)）