السلع
Electrifying Iron: The Future of Green Steelmaking
أهمية الحديد
يُعتبر الحديد في كثير من الأحيان مادة مملة للمستثمرين. إنه يتبع في الغالب الدورات الاقتصادية العالمية ويتقلب بناءً على ذلك. لا أحد يتوقع أن تثلاثي demande الحديد في العقد المقبل بسبب الطلب على البطاريات، أو إنتاج لوحات الطاقة الشمسية، أو ازدهار صناعة الفضاء في ظل سباق الفضاء، أو المخاطر المتزايدة للنزاع العالمي.
لكن هذا يمكن أن يكون جودة.约 90٪ من جميع المعادن التي تُ tinh في الوقت الحالي هي حديد.
الحديد والفولاذ (الذي يتكون من 97٪ حديد) موجودان في كل شيء نستخدمه يوميًا في العالم الحديث:
- البنية التحتية: الجسور، السكك الحديدية، الموانئ.
- البناء: الخرسانة المسلحة، العوارض، السقوف، المسامير والبراغي، إلخ.
- النقل: السيارات، القطارات، السفن.
- الاستخدامات الصناعية: الأنابيب والخطوط الأنابيب، خزانات التخزين، الماكينات الثقيلة،
- الدفاع: السفن الحربية، الدبابات، قذائف المدفعية، البنادق، الرصاص، إلخ.
- الطاقة: الأفران، التوربينات، أعمدة التوربينات الرياح، إطارات لوحات الطاقة الشمسية، إلخ.
- الرعاية الصحية: الأسرة، أدوات الجراحة، إلخ.
- السلع الاستهلاكية: أجهزة المطبخ، الأجهزة، المدافئ، إلخ.
然而，生产铁的过程非常耗碳，主要依赖于一种特殊的煤炭：焦炭。
已经有人尝试用绿色氢取代焦炭，但只有高品质的铁矿石才能与氢一起使用。具有较低铁含量的廉价矿石需要补偿氢与煤相比的更高成本。
我们之前讨论过 传统的高炉工艺可以被一种叫做闪铁还原的新工艺所取代。
来自俄勒冈大学的研究人员正在调查一个更有趣的可能性：不使用高温，只使用电力来精炼铁矿石。这将是世界的一大进步，因为绿色电力可以直接使用，而无需昂贵的转换为氢，并将大大减少全球碳排放。
他们在ACS Energy Letters上发表了这项研究，题为“通过直接还原Fe2O3实现大规模电化学铁制”。
铁矿石到铁金属
铁在自然界中以氧化态存在，特别是赤铁矿（Fe2O3）。要作为工业金属使用，需要去除氧原子。
通常，这是通过添加煤炭来完成的，煤炭中的碳转化为CO2。或者，绿色铁使用氢，氢转化为水（H2O）。
另一个选择是给铁氧化物足够的能量，使氧原子分离并形成氧气（O2）。这是电化学铁制的想法。这是一种电化学反应，在碱性条件下（与酸性相反）效果最佳。
应该注意的是，这个过程也需要非常可扩展，因为铁的年产量是百万吨级别。
铁电还原
为了测试如何使这种反应更高效，研究人员设计了一个定制系统，类似于电池，运行温度仅为82°C（180°F）。
在这个设置中，铁颗粒悬浮在氢氧化钠（NaOH）溶液中，但也可以使用熔融盐（NaCl），并可以产生氯（Cl2）作为副产品。
密集的铁氧化物在50毫安每平方厘米的电流密度下被还原或转化为铁，类似于快速充电锂离子电池。
他们发现，虽然该过程在使用天然矿石时效果良好，但当使用具有不规则大小、密集颗粒和杂质的矿石时，过程的选择性和效率不够。
找到合适的条件
最初测试中发生的一件奇怪的事情是，一些颗粒比其他颗粒更容易被转化为金属铁，没有任何与其大小相关的关联。因此，研究人员开始测试颗粒的纳米结构是否是一个更重要的因素。
宽度为微米的铁氧化物颗粒具有碳和钡杂质，不能很好地还原。
相反，具有较高多孔性和更大表面积的松散颗粒可以促进更高效的电化学铁生产，与密集的天然铁矿石赤铁矿相比。
这可能表明，只有某种形式的铁才适合这个过程。
“确定可以在低温下转化为铁金属的氧化物是开发完全电气化钢铁生产工艺的重要一步。”
使铁电还原具有竞争力
尽管存在这种限制，铁电还原在经济上仍然可以起作用。这是因为该方法使用的能量较少，温度较低，从而降低了铁的生产成本。
使用这种工艺，铁的生产成本将约为每吨600美元。这在经济上是合理的，但与最近估计的高炉/基本氧气炉工艺的钢铁生产成本（约为每吨400美元）相比还不够完美。
为了进一步提高利润，可能需要将铁还原与化学生产相结合。铁制电池可以与氯生产电池相结合，形成氯铁生产单元，可以连接成一个完整的生产工厂。
在考虑到Cl2的生产时，化学工业大量使用这种化学物质，运营的经济效益看起来更好，可能会使其更接近高炉成本。
进一步改进
仅仅依赖具有合适纳米结构的矿石可能会严重限制这项技术的广泛采用，即使经济效益是有利的。总的来说，重新设计整个铁矿业以生产具有低多孔性的赤铁矿是不现实的。
一种替代方法可能是使用新的技术使铁氧化物原料更加多孔，可能通过使用电力或热冲击。
铁矿公司
巴西淡铁
(VALE )
降低铁冶炼成本和碳排放可能会使钢材比现在更受欢迎。当谈到采矿时，规模和良好的地质条件是最重要的，低生产成本可以带来更高的利润和安全，在商品市场不可避免的衰退期间。
巴西公司巴西淡铁是世界上最大的铁和镍生产商，2024年生产了323-330百万吨铁。
该公司也是能源转型相关金属的生产商，例如铜。虽然这些金属在未来可能会变得更加重要，但现在，铁才是公司的核心。
该公司曾经更为多元化，但近年来又重新专注于铁，已将20亿美元的其他金属矿和其他商品（如棕榈油）资产剥离。
来源：巴西淡铁
总体而言，巴西淡铁现在正在从过去的生态灾难中恢复过来，成为巴西最有价值的资产之一，也是世界上（尤其是中国）对铁的主要供应商。巴西和中国正在通过金砖国家商业网络和美国的关税及紧张局势加深的背景下建立更深的联系。
巴西淡铁最新动态
参考研究：
1. Anastasiia Konovalova等人（2025）。通过直接还原Fe2O3实现大规模电化学铁制。ACS Energy Letters第10卷/第4期。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c00166
