科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

美國俄勒岡大學(xué)化學(xué)家在9日的《ACS能源快報(bào)》上發(fā)表論文稱，他們開發(fā)出一種更清潔的方法，可利用電化學(xué)工藝從合成鐵礦石中提取鐵，并表示該方法在成本上有望與高爐冶煉相當(dāng)，為鋼鐵行業(yè)帶來新變革。

鐵及其合金在現(xiàn)代工業(yè)中極為重要。傳統(tǒng)高爐煉鐵雖能將鐵礦石轉(zhuǎn)化為純金屬鐵，但存在耗能高、空氣污染嚴(yán)重等問題。電化學(xué)煉鐵將電流通過含有鐵原料的液體，實(shí)現(xiàn)金屬分離。與高溫高爐相比，電化學(xué)工藝可大幅減少空氣污染物排放，同時(shí)還能節(jié)省大量能源。

此前的研究已經(jīng)利用電化學(xué)工藝，在約80℃—90℃的條件下，直接將含有固體氧化鐵顆粒和氫氧化鈉的溶液轉(zhuǎn)化為金屬鐵。然而，面對(duì)天然鐵礦石時(shí)，低溫工藝的選擇性欠佳。

研究人員表示，確定能夠在低溫下轉(zhuǎn)化為金屬鐵的氧化物，是開發(fā)全電化煉鋼工藝的重要一步。

他們先制備了高比表面積、具有內(nèi)部孔洞和連通空腔的氧化鐵顆粒，研究其納米級(jí)形態(tài)對(duì)電化學(xué)反應(yīng)的影響，再將其轉(zhuǎn)化為微米級(jí)顆粒模擬天然礦石形態(tài)。實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種特殊陰極，在電流通過時(shí)從含氧化鐵顆粒的氫氧化鈉溶液中提取金屬鐵。

結(jié)果顯示，在電流密度為每平方厘米50毫安時(shí)，致密氧化鐵還原選擇性最高，與快速充電鋰離子電池情況相似。且孔隙率更高、比表面積更大的疏松顆粒，相比孔隙率低的天然赤鐵礦，能更高效生產(chǎn)電化學(xué)鐵。

研究人員估算，在實(shí)驗(yàn)所用電流密度下，鐵的生產(chǎn)成本可低于每噸600美元，與傳統(tǒng)煉鐵成本相當(dāng)。并且，使用納米級(jí)孔隙率顆粒時(shí)，電流密度可大幅提高，這與工業(yè)電解槽電流密度相近。

不過研究人員也表示，該技術(shù)要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，還需進(jìn)一步研究，并開發(fā)使氧化鐵原料孔隙率更高的技術(shù)。