06:49
Предложенная учеными методика электролиза расплавленных оксидов (molten oxide electrolysis (MOE)) основанная на использовании электрического тока для получения жидкого металла и молекулярного кислорода из металлолома совсем не нова. Однако если ранее применение этого способа было ограничено вследствие высокой стоимости используемого в электролизе материала анода, то сегодня поступают сообщения о решении этой проблемы. Суть ее состоит в том, что для получения железа с помощью электролиза расплавленных оксидов требуется температура около 1600°C, а большая часть металлов при этом подвержена тепловой коррозии, за исключением таких дорогостоящих металлов как, например, иридий.
Дональд Садовэй (Donald Sadoway) с коллегами из Массачусетского технологического университета обнаружил, что в процессе электролиза расплавленных оксидов можно успешно применять аноды из сплавов хрома. Как отмечает участник работы над проектом Антуан Алланоре (Antoine Allanore), впервые было продемонстрировано, что распространенный в земной коре металл и, в особенности, его сплавы, могут оказаться теми материалами, которые могут использоваться в качестве анода, устойчивого к действию кислорода, выделяющегося при высокотемпературном электролизе.
Исследователи наблюдали весьма умеренное разрушение анода в течение пяти часов высокотемпературного электролиза. Предполагается, что устойчивость анода обеспечивается за счет образования электропроводного твердого раствора оксидов алюминия и хрома(III) в структуре корунда.
Оптическая микрофотография нового анодного материала после его пятичасового выдерживания в растворе электролита. (Рисунок из Nature, 2013, DOI:10.1038/nature12134)
Алланоре подчеркивает, что новый тип анодного материала в настоящее время можно производить в промышленных масштабах. То, что для производства железа методом электролиза расплавленных оксидов можно использовать только не углеродные электроды, на самом деле является плюсом для сталеплавильного производства – удаление углерода из системы, с помощью которой происходит выплавка железа, позволяет получить железо более высокого качества, лишенное примесей углерода.
Существующие способы промышленного производства железа основаны на использовании коксующегося угля, который одновременно является и восстановителем и топливом для доменного процесса, при этом в домне образуется чугун – сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода очень высоко. Для того, чтобы превратить чугун в низкоуглеродистую сталь, содержащую менее 0,5% углерода, требуется второй этап – выжигание лишнего углерода, которое обычно производят либо в конвертерах, либо в мартеновских печах.
Как поясняет Алланоре, возможность применения метода электролиза расплавленных оксидов в промышленных масштабах сможет существенно изменить существующие металлургические процессы, и для получения сталей с определенным содержанием углерода уже не нужно будет выжигать излишки углерода, а наоборот – прибавить нужное количество углерода к чистому железу, что гораздо проще. Исследователь предполагает, что новый метод позволит без проблем создать новые марки стали или получать такие марки, стоимость производства которых слишком высока.
Тони Петрик (Tony Petric), специалист по химии материалов, говорит о результатах работы Алланоре и Садовэя как об интересном эксперименте, позволяющем понизить углеродный баланс получения металлов. Тем не менее, он говорит о том, что хотел бы узнать, насколько хватит анод нового типа при температурах выше 1600°C, говоря о том, что при получении драгоценных металлов затраты могут оказаться оправданными, но он с трудом представляет то, что новый процесс может оказаться экономически оправданным для производства стали. Алланоре и Садовэй соглашаются с доводами коллеги и говорят о том, что на настоящее время электролиз расплавленных оксидов не рассматривается как альтернатива крупнотоннажному получению стали, но может оказаться полезным для получения редкоземельных металлов, а также высококачественных сплавов меди и железа.
