电化学新工艺提取铁更清洁

科技日报北京4月9日电 （记者张佳欣）美国俄勒冈大学化学家在9日的《ACS能源快报》上发表论文称，他们开发出一种更清洁的方法，可利用电化学工艺从合成铁矿石中提取铁，并表示该方法在成本上有望与高炉冶炼相当，为钢铁行业带来新变革。

铁及其合金在现代工业中极为重要。传统高炉炼铁虽能将铁矿石转化为纯金属铁，但存在耗能高、空气污染严重等问题。电化学炼铁将电流通过含有铁原料的液体，实现金属分离。与高温高炉相比，电化学工艺可大幅减少空气污染物排放，同时还能节省大量能源。

此前的研究已经利用电化学工艺，在约80℃—90℃的条件下，直接将含有固体氧化铁颗粒和氢氧化钠的溶液转化为金属铁。然而，面对天然铁矿石时，低温工艺的选择性欠佳。

研究人员表示，确定能够在低温下转化为金属铁的氧化物，是开发全电化炼钢工艺的重要一步。

他们先制备了高比表面积、具有内部孔洞和连通空腔的氧化铁颗粒，研究其纳米级形态对电化学反应的影响，再将其转化为微米级颗粒模拟天然矿石形态。实验中，团队设计了一种特殊阴极，在电流通过时从含氧化铁颗粒的氢氧化钠溶液中提取金属铁。

结果显示，在电流密度为每平方厘米50毫安时，致密氧化铁还原选择性最高，与快速充电锂离子电池情况相似。且孔隙率更高、比表面积更大的疏松颗粒，相比孔隙率低的天然赤铁矿，能更高效生产电化学铁。

研究人员估算，在实验所用电流密度下，铁的生产成本可低于每吨600美元，与传统炼铁成本相当。并且，使用纳米级孔隙率颗粒时，电流密度可大幅提高，这与工业电解槽电流密度相近。

不过研究人员也表示，该技术要实现商业化应用，还需进一步研究，并开发使氧化铁原料孔隙率更高的技术。