Науковці з Орегонського університету у США запропонували технологію електрохімічного виробництва заліза у якості альтернативи традиційним методам.

Новий метод, у якому електричний струм пропускається через рідину, багату на матеріали із високим вмістом заліза, не вимагає високих температур і здатний суттєво скоротити шкідливі викиди, включно із парниковими газами, діоксидом сірки та твердими частинками. Команда науковців під керівництвом Пола Кемплера продемонструвала, що тверді частинки оксиду заліза можуть бути відновлені до чистого заліза у розчині гідроксиду натрію за відносно низьких температур близько 80-90°C.

Однак природні залізні руди переважно мають високу щільність, неоднорідні і наповнені великою кількістю домішок. Тому вони виявились не дуже придатними для отримання заліза у такий спосіб.

Для вирішення цієї проблеми Кемплер та його команда спільно з дослідниками Анастасією Коноваловою та Ендрю Голдманом почали вивчати типи матеріалів, подібних до залізної руди, які могли б сприяти масштабуванню екологічно чистого процесу виробництва заліза. Спочатку науковці підготували частки оксиду заліза з великою площею поверхні, з внутрішніми отворами та сполучними порожнинами для вивчення того, як у наномасштабі їхня форма та розмір впливатимуть на протікання електрохімічних реакцій.

Потім ширина деяких з цих частинок була зменшена до мікрометрової із метою імітувати морфологію природних залізних руд. Ці частинки включали лише кілька слідових домішок, таких як вуглець та барій. Науковці розробили спеціалізований катод для вилучення чистого заліза з розчину гідроксиду натрію, у якому містились частинки оксиду заліза після проходження крізь розчин електричного струму. 

В ході експериментів щільні оксиди заліза відновлювались та перетворювались на чисте залізо за щільності електричного струму 50 міліампер на квадратний сантиметр. Більш неоднорідні частинки з високою пористістю і більшою площею поверхні сприяли ефективнішому отриманню чистого заліза у такий спосіб, ніж ті, які були створені схожими на менш пористі природні залізні мінерали гематити.

За оцінками дослідників, потенціальна вартість їхнього електрохімічного методу виробництва заліза за використання щільності струму у 50 міліампер може складати менше 600 доларів за метричну тонну, або ж 60 центів за кілограм, що співставно із собівартістю традиційних методів виробництва заліза. Дослідження показало, що набагато вищі щільності струму до 600 міліампер на квадратний сантиметр, аналогічні тим, які використовуються в промислових електролітичних осередках, можуть бути досягнуті при використанні частинок з наномасштабною пористістю. Однак потрібні подальші досягнення у проектуванні електрохімічних осередків та методах, щоб зробити вихідну сировину з оксиду заліза більш пористою, перш ніж технологія отримає комерційне застосування. 

Технологічний прогрес ціною знищення екосистем. Як людство розплачується за видобуток рідкоземельних металів

Результати дослідження були опубліковані у журналі ACS Energy Letters

Джерело: SciTechDaily