科技日報記者 張佳欣
美國俄勒岡大學化學家在9日的《ACS能源快報》上發表論文稱，他們開發出一種更清潔的方法，可利用電化學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，為鋼鐵行業帶來新變革。
鐵及其合金在現代工業中極為重要。傳統高爐煉鐵雖能將鐵礦石轉化為純金屬鐵，但存在耗能高、空氣污染嚴重等問題。電化學煉鐵將電流通過含有鐵原料的液體，實現金屬分離。與高溫高爐相比，電化學工藝可大幅減少空氣污染物排放，同時還能節省大量能源。
此前的研究已經利用電化學工藝，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化為金屬鐵。然而，面對天然鐵礦石時，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化為金屬鐵的氧化物，是開發全電化煉鋼工藝的重要一步。
他們先制備了高比表面積、具有內部孔洞和連通空腔的氧化鐵顆粒，研究其納米級形態對電化學反應的影響，再將其轉化為微米級顆粒模擬天然礦石形態。實驗中，團隊設計了一種特殊陰極，在電流通過時從含氧化鐵顆粒的氫氧化鈉溶液中提取金屬鐵。
結果顯示，在電流密度為每平方厘米50毫安時，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，能更高效生產電化學鐵。
研究人員估算，在實驗所用電流密度下，鐵的生產成本可低于每噸600美元，與傳統煉鐵成本相當。并且，使用納米級孔隙率顆粒時，電流密度可大幅提高，這與工業電解槽電流密度相近。
不過研究人員也表示，該技術要實現商業化應用，還需進一步研究，并開發使氧化鐵原料孔隙率更高的技術。
