Доменные печи уходят в прошлое? Новая экологическая технология добывает металл без огня

Ученые из Орегонского университета в США предложили технологию электрохимического производства железа в качестве альтернативы традиционным методам.

Новый метод, в котором электрический ток пропускается через жидкость, богатую материалами с высоким содержанием железа, не требует высоких температур и способен существенно сократить вредные выбросы, включая парниковые газы, диоксид серы и твердые частицы. Команда ученых под руководством Пола Кемплера продемонстрировала, что твердые частицы оксида железа могут быть восстановлены до чистого железа в растворе гидроксида натрия при относительно низких температурах около 80-90°C.

Однако природные железные руды преимущественно имеют высокую плотность, неоднородны и наполнены большим количеством примесей. Поэтому они оказались не очень пригодными для получения железа таким образом.

Для решения этой проблемы Кемплер и его команда совместно с исследователями Анастасией Коноваловой и Эндрю Голдманом начали изучать типы материалов, подобных железной руде, которые могли бы способствовать масштабированию экологически чистого процесса производства железа. Сначала ученые подготовили частицы оксида железа с большой площадью поверхности, с внутренними отверстиями и соединительными полостями для изучения того, как в наномасштабе их форма и размер будут влиять на протекание электрохимических реакций.

Затем ширина некоторых из этих частиц была уменьшена до микрометровой с целью имитировать морфологию природных железных руд. Эти частицы включали лишь несколько следовых примесей, таких как углерод и барий. Ученые разработали специализированный катод для извлечения чистого железа из раствора гидроксида натрия, в котором содержались частицы оксида железа после прохождения через раствор электрического тока

В ходе экспериментов плотные оксиды железа восстанавливались и превращались в чистое железо при плотности электрического тока 50 миллиампер на квадратный сантиметр. Более неоднородные частицы с высокой пористостью и большей площадью поверхности способствовали более эффективному получению чистого железа таким образом, чем те, которые были созданы похожими на менее пористые природные железные минералы гематиты.

По оценкам исследователей, потенциальная стоимость их электрохимического метода производства железа при использовании плотности тока в 50 миллиампер может составлять менее 600 долларов за метрическую тонну, или 60 центов за килограмм, что сопоставимо с себестоимостью традиционных методов производства железа. Исследование показало, что гораздо более высокие плотности тока до 600 миллиампер на квадратный сантиметр, аналогичные тем, которые используются в промышленных электролитических ячейках, могут быть достигнуты при использовании частиц с наномасштабной пористостью. Однако требуются дальнейшие достижения в проектировании электрохимических ячеек и методах, чтобы сделать исходное сырье из оксида железа более пористым, прежде чем технология получит коммерческое применение.

Результаты исследования были опубликованы в журнале ACS Energy Letters

Источник: SciTechDaily