عملکرد آهن می تواند در حاشیه یک به روزرسانی اصلی باشد. دانشمندان یک روش تمیزتر و الکتروشیمیایی برای استخراج آهن ایجاد کرده اند که روزی می تواند با کوره های انفجار سنتی رقابت کند تا اینکه آلودگی را کاهش دهد.
این تیم با سفارشی کردن ذرات اکسید آهن و بهینه سازی شرایط الکتریکی ، با ساختن جاده به سمت تولید فولاد سبزتر در مقیاس صنعتی ، تولید کارآمد فلزات با درجه حرارت پایین را بدست آورده است.
تجدید نظر در آهن با الکتروشیمی
آهن و آلیاژهای آن مانند فولاد و چدن برای زیرساخت ها و تولید مدرن ضروری هستند و تقاضای جهانی برای این مواد همچنان در حال افزایش است. به طور سنتی ، آهن با استفاده از کوره های انفجاری از سنگ معدن استخراج می شود ، فرایندی که مقادیر زیادی انرژی را مصرف می کند و آلودگی قابل توجهی در هوا ایجاد می کند.
اکنون ، محققانی که امروز (9 آوریل) گزارش می دهند حروف انرژی ACS یک جایگزین تمیزتر ایجاد کرده اند. با استفاده از الکتروشیمی برای استخراج آهن از سنگ آهن مصنوعی ، روش آنها می تواند روزی با کوره های انفجاری هم با بهره وری و هم با هزینه رقابت کند.
پل کمپر ، نویسنده مطالعه مربوطه می گوید: “شناسایی اکسیدها که می توانند در دمای پایین به فلز آهن تبدیل شوند ، گام مهمی در توسعه فرآیندهای تولید فولاد کاملاً برق است.”
تخریب فرآیند الکتروشیمیایی
در این روش الکتروشیمیایی ، برق از یک مایع حاوی مواد غنی از آهن عبور می کند که فلز را بدون نیاز به گرمای استثنایی جدا می کند. این روش می تواند به میزان قابل توجهی انتشار گازهای گلخانه ای ، از جمله گازهای گلخانه ای ، دی اکسید گوگرد و ذرات گرد و غبار را کاهش داده و بهره وری انرژی را بهبود بخشد. در کار قبلی ، تیم Kempler نشان داد که اکسید ذرات آهن جامد (III) را می توان در محلول هیدروکسید سدیم در دمای نسبتاً کم (176-194 درجه فارنهایت یا 80-90 درجه سانتیگراد) به آهن خالص کاهش داد. با این حال ، سنگ معدن آهن طبیعی ، اغلب متراکم ، نامنظم و ناخالصی ، برای این روش یک چالش بوده است.
برای غلبه بر این ، کاملر با محققان آناستازیا کونوولاوا و اندرو گلدمن همکاری کرده است تا کشف کند کدام نوع مواد سنگ آهن مانند می تواند از مقیاس این روند پاک کننده بهتر پشتیبانی کند.
تنظیم یک اکسید آهن برای نتایج بهتر
اول ، محققان ذرات اکسید آهن با سطح بالا را با دهانه های داخلی و حفره های همبند تهیه می کنند تا چگونه بررسی کنند اندازه نانو مورفولوژی ذرات بر واکنش الکتروشیمیایی تأثیر می گذارد. آنها سپس برخی از آنها را در ذرات اکسید آهن در سراسر میکرومتر تبدیل کردند تا از مورفولوژی سنگ معدن طبیعی تقلید کنند. این ذرات فقط حاوی چند ناخالصی از اثری مانند کربن و باریم بودند. این تیم یک کاتد تخصصی را برای بیرون کشیدن فلز آهن از محلول هیدروکسید سدیم حاوی ذرات اکسید آهن در هنگام عبور جریان از آن طراحی می کند.
در آزمایشات ، اکسیدهای آهن متراکم به آهن ابتدایی کاهش می یابد یا به چگالی جریان 50 میلیون اینچ در اینچ ، شبیه به بار سریع باتری های لیتیوم یون ، به صورت انتخابی تبدیل می شوند. در مقابل ، ذرات سست تخلخل بالاتر و در نتیجه سطح بالاتر ، تولید کارآمدتر آهن الکتروشیمیایی را نسبت به آنهایی که شبیه هماتیت طبیعی متخلخل از سنگ آهن هستند ، تسهیل می کند.
کارآیی ، قیمت و راه پیش رو
محققان هزینه بالقوه روش خود را برای صنایع دستی الکتروشیمیایی ارزیابی کرده اند. با چگالی فعلی مورد استفاده در آزمایشات ، آنها تخمین می زنند که آهن را می توان با کمتر از 600 دلار در هر تن متریک (0.60 دلار در هر کیلوگرم) تولید کرد ، که قابل مقایسه با تولید سنتی آهن است.
این مطالعه نشان می دهد که چگالی جریان بسیار بالاتر ، تا 600 میلی لیتر در هر سانتی متر مربع ، مشابه موارد مورد استفاده در سلولهای الکترولیز صنعتی ، می توان هنگام استفاده از ذرات با تخلخل نانومندی ، به دست آورد. پیشرفت پیشرفته تر در طراحی سلولهای الکتروشیمیایی و تکنیک های ایجاد مواد اولیه از اکسید آهن ترجیحات بیشتر قبل از این فناوری که پذیرش تجاری را مشاهده می کند.
مرجع: “مسیرهای تولید الکتروشیمیایی آهن در مقیاس با کاهش مستقیم Fe2O3” 9 آوریل 2025 ، حروف انرژی ACSحرف
doi: 10.1021/acsenergylett.5c00166
نویسندگان بودجه وزارت انرژی ایالات متحده ، خدمات علوم ، خدمات برای انرژی اساسی را تشخیص می دهند.
