电化学方法制铁研究的进展

许 茜 黎阿巧 孙晨藤 程红伟 邹星礼 鲁雄刚

(1.省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室，上海 200444； 2.上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室，上海 200444； 3.上海大学材料科学与工程学院，上海 200444)

钢铁的生产与使用是人类文明发展的里程碑，对现代社会产生了深远的影响。铁及其合金在未来很长时间内也将是工业生产和生活中应用最广泛的材料。目前，主要采用铁矿石通过高炉还原、转炉吹炼和炉外精炼高效率生产钢铁，但一直采用焦炭作还原剂和燃料。焦炭是由不可再生资源煤炭经炼焦获得的，随着煤炭资源的消耗，碳还原制铁的方法将受限于化石燃料枯竭。此外，用焦碳作还原剂生产钢铁还伴随有大量CO2气体的排放。每生产1 t钢铁约产生1.9 t CO2，按每年钢铁产量13亿t计算，每年产生的CO2量可达24.7亿t[1- 2]。据国际能源局统计，钢铁行业排放的CO2量约占世界CO2总释放量的4%～5%，对全球气候变化带来了极大的负面影响。欧盟钢铁业于2004年成立了ULCOS(超级二氧化碳炼钢)协会，旨在开发突破性的钢铁生产工艺，减少钢铁生产过程中CO2气体的排放[3]。

为降低钢铁行业的CO2排放量，可从碳的输入层面减少甚至不用碳作还原剂。目前有两种可能的选择：一是用氢还原制铁[4- 6]，另一种是电化学方法炼铁。虽然两种方法的工业化进程都面临着巨大的挑战，但与氢还原炼铁技术相比，电化学冶金可直接利用电能还原铁的氧化物，是一种反应过程易于调控且具有较高能效的生产技术[7]。……