多伦多大学工程系的研究人员开发出了一种新型钢铁回收技术，可帮助各制造部门实现脱碳，并促进循环型钢铁经济的发展。Jaesuk (Jay) Paeng、William Judge 和 Gisele Azimi 教授合著的《资源、保护与回收》（Resources, Conservation & Recycling）杂志最近发表的一项研究详细介绍了这种方法。

它引入了一种用于电精炼的创新型氧化硫电解液，这是一种从钢水中去除铜和碳杂质的替代方法。该工艺还会产生液态铁和硫作为副产品。

阿齐米说："我们的研究是首次报道用电化学方法去除钢中的铜，并将杂质降至合金水平以下。"

目前，仅有 25% 的钢材来自回收材料。但随着世界各国政府努力实现净零排放目标，预计未来二十年全球对绿色钢材的需求将不断增长。

钢铁是通过铁矿石与焦炭（煤的一种制备形式）反应生成碳源，并将氧气吹入生成的金属中而制成的。目前的标准工艺每生产一吨钢就会产生近两吨二氧化碳，使钢铁生产成为制造业中碳排放量最高的行业之一。

从左到右：多伦多大学博士生 Jaesuk (Jay) Paeng 站在 Gisele Azimi 教授身边，手里拿着团队新设计的电化学电池，该电池可以承受高达 1600 摄氏度的高温，同时使用基于矿渣的电解液电化学去除钢铁中的污染物。图片来源：Safa Jinje / 多伦多大学工程学院

传统的钢铁回收方法使用电弧炉熔化废金属。由于在熔化前很难从废金属中物理分离出铜材料，因此回收的钢铁产品中也存在铜元素。

阿兹米说："二次炼钢的主要问题是回收的废钢可能受到其他元素的污染，包括铜。随着要回收的废金属增多，铜的浓度也会增加，当铜在最终钢产品中的重量百分比超过 0.1%（wt%）时，就会对钢的性能产生不利影响"。

采用传统的电弧炉炼钢法无法从钢水废料中去除铜，因此限制了二级钢材市场生产低质量钢材产品，如建筑行业使用的钢筋。

Paeng 说："我们的方法可以将二级钢市场扩展到不同的行业。它有潜力用来制造更高级的产品，如汽车行业使用的镀锌冷轧卷，或运输行业使用的深冲钢板。"

为了将铁中的铜去除到 0.1 wt% 以下，研究小组必须首先设计出一种能承受高达 1600摄氏度高温的电化学电池。

在电池内部，电流通过一种新型的氧化硫电解质在负极（阴极）和正极（阳极）之间流动，这种电解质是用炉渣设计的，炉渣是炼钢产生的一种废料，通常被丢弃在水泥厂或垃圾填埋场。

"我们将含有铜杂质的污染铁作为电化学电池的阳极，"阿兹米说。"然后，我们用电源施加电动势，也就是电压，迫使铜与电解液发生反应。电解液的作用是在电池通电时将铜从铁中分离出来。当我们在电池的一端通电时，就会迫使铜与电解液发生反应，从而产生铁。在电池的另一端，我们同时产生新的铁"。

Azimi的实验室与Tenova Goodfellow公司合作，后者是一家为金属和采矿业提供先进技术、产品和服务的全球供应商。展望未来，研究小组希望通过电解精炼工艺去除钢中的其他污染物，包括锡。

"钢铁是工业中使用最广泛的金属，我认为其年产量高达 19 亿吨，"阿兹米说。"我们的方法潜力巨大，可以为炼钢行业提供一种实用且易于实施的钢材回收方法，以满足全球对高等级钢材的更多需求"。

编译来源：ScitechDaily