31.08.2006

Разработан метод производства железа электролизом

Создание железа (читай — чугуна и стали) электролизом, а не обычным плавлением могло бы предотвратить эмиссию миллиарда тонн углекислого газа в атмосферу каждый год. Так говорит Дональд Сэдовей (Donald Sadoway) из Массачусетского технологического института (MIT), который разработал и опробовал «зелёный» способ производства железа электролизом его оксидов.

Если процесс, продемонстрированный в условиях лаборатории, будет масштабирован, он смог бы устранить потребность в обычной выплавке, которая выпускает в атмосферу почти тонну углекислого газа на каждую тонну произведённой стали.

При обычной технологии железную руду соединяют с коксом. Кокс реагирует с железом, производя CO2 и угарный газ, и оставляя сплав железа с углеродом — чугун, который потом можно переплавить в сталь.

В методе Сэдовея железную руду смешивают с растворителем — диоксидом кремния и негашёной известью — при температуре 1600 градусов по Цельсию — и пропускают через эту смесь электрический ток.

Отрицательно заряженные ионы кислорода мигрируют к положительно заряженному аноду, откуда кислород уходит прочь. Положительно заряженные ионы железа мигрируют к отрицательно заряженному катоду, где они восстанавливаются до железа, которое собирается у основания ячейки и откачивается.

Подобный процесс используется в производстве алюминия (и требует приличного расхода электроэнергии), оксид которого настолько устойчив, что не может быть фактически восстановлен при помощи углерода в доменной печи, в которой, к примеру, производят чугун. И понятно, что сталелитейная промышленность никогда не имела никакой причины переходить на электролиз железной руды, так как она легко восстанавливается углеродом.

Но если правительства разных стран начнут налагать большие налоги на эмиссию парниковых газов — углекислого, в частности, то новый метод производства чугуна мог бы стать более привлекательным. Правда, от лабораторных установок такого рода до установок промышленных, как оценивают учёные, пройдёт 10-15 лет.

Автор работы говорит, что самое большое препятствие — найти практичный материал для анода. В экспериментах он использовал анод, сделанный из графита. Но, к сожалению, углерод реагирует с кислородом, выбрасывая столь же большое количество углекислого газа в воздух, как при обычной выплавки чугуна.

Идеальные платиновые аноды, к примеру, слишком дороги для крупномасштабного производства. Но выход, возможно, есть — в подборе неких стойких металлических сплавов, которые формируют оксидную плёнку на своей внешней поверхности, но всё ещё проводят электричество. Также можно использовать проводящую керамику.

Другая проблема состоит в том, что новый процесс использует много электричества – приблизительно 2 тысячи киловатт-часов на тонну полученного железа. Так что экономический и даже экологический смысл в новом способе производства чугуна появится лишь при условии, что электроэнергия эта будет выработана каким-либо экологическим, и при этом дешёвым, способом, без эмиссии углекислого газа. Это признаёт и сам автор метода.

Источники:

1. MEMBRANA