研究人员实现在10分钟内用有毒"赤泥"制造出绿色钢材

铝工业每年产生约 1.98 亿吨（约合 1.8 亿吨）铝土矿残渣--"赤泥"，由于其碱度高且富含有毒重金属，因此腐蚀性极强。在澳大利亚、中国和巴西等国，剩下的赤泥通常被丢弃在巨大的垃圾填埋场，处理成本高昂。钢铁工业对环境的破坏同样严重，其二氧化碳排放量占全球总量的 8%。然而，预计到 2050 年，钢铁和铝的需求量将增长高达 60%。

不过，德国马克斯-普朗克铁研究中心（Max-Planck-Institut für Eisenforschung）的科学家们可能有办法将铝生产过程中产生的有毒赤泥副产品变成绿色钢铁。

"我们的工艺可以同时解决铝生产中的废料问题，并改善钢铁行业的碳足迹，"该研究的主要作者马蒂奇-约维切维奇-克鲁格说，"同时解决铝生产中的废料问题，并改善钢铁行业的碳足迹。"

赤泥含有高达 60% 的氧化铁。使用含氢 10% 的等离子体在电弧炉中熔化赤泥，可将其还原成液态铁和液态氧化物，从而轻松提取铁。研究人员说，等离子体还原技术只需 10 分钟，生产出的铁非常纯净，可以直接加工成钢。不再具有腐蚀性的金属氧化物在冷却后会凝固，因此可以转化成类似玻璃的材料，可用作建筑业的填充材料。

其他研究人员使用类似的方法从赤泥中生产铁，但使用的是焦炭；不过，这种方法会导致铁受到严重污染，并产生大量二氧化碳。新研究中采用的方法使用绿色氢气作为还原剂，避免了这些温室气体的排放。

该研究的通讯作者 Isnaldi Souza Filho 说："如果使用绿色氢气从迄今为止全球铝生产过程中产生的 40 亿吨赤泥中提炼出铁，那么钢铁行业可以节约近 15 亿吨二氧化碳。"

通过这种工艺，原本存在于赤泥中的有毒重金属被"几乎中和"。任何残留的重金属都被牢牢地结合在金属氧化物中，不会像留在垃圾填埋场的赤泥那样被水冲走。

Jovičević-Klug 说："还原后，我们在铁中检测到了铬。其他重金属和贵金属也可能进入铁中或进入一个单独的区域。我们将在进一步的研究中对此进行调查。有价值的金属可以分离出来并重新利用"。

研究人员说，直接使用绿色氢气从赤泥中生产铁，不仅对环境"双倍有益"，而且经济效益也很高。根据他们的计算，如果赤泥中含有 35% 的氧化铁，就足以使这一工艺变得经济。以目前的价格计算绿色氢气和电弧炉的电力成本，再加上填埋赤泥的成本，赤泥中氧化铁的比例需要达到 30% 至 40%，这样生产出的铁才能在市场上具有竞争力。

这些都是保守估计，因为处理赤泥的费用可能计算得相当低。此外，电弧炉在金属工业（包括铝冶炼厂）中得到广泛应用，这些行业只需进行有限的投资，就能实现更高的可持续性。

研究报告的共同作者 Dierk Raabe 说："在我们的研究中，考虑经济因素也很重要。现在要由工业界来决定是否利用等离子体还原赤泥中的铁"。

这项研究发表在《自然》杂志上。