多倫多大學工程系的研究人員開發了一種新型鋼鐵回收技術，可協助各製造部門實現脫碳，並促進循環型鋼鐵經濟的發展。 Jaesuk (Jay) Paeng、William Judge 和Gisele Azimi 教授合著的《資源、保護與回收》（Resources, Conservation & Recycling）雜誌最近發表的一項研究詳細介紹了這種方法。

它引入了一種用於電精煉的創新氧化硫電解液，這是一種從鋼水中去除銅和碳雜質的替代方法。該製程還會產生液態鐵和硫作為副產品。

阿齊米說：”我們的研究是首次報導用電化學方法去除鋼中的銅，並將雜質降至合金水平以下。”

目前，僅25% 的鋼材來自回收材料。但隨著世界各國政府努力實現淨零排放目標，預計未來二十年全球對綠色鋼材的需求將持續成長。

鋼鐵是透過鐵礦石與焦炭（煤的一種製備形式）反應生成碳源，並將氧氣吹入生成的金屬中而製成的。目前的標準製程每生產一噸鋼就會產生近兩噸二氧化碳，使鋼鐵生產成為製造業中碳排放量最高的產業之一。

從左到右：多倫多大學博士生Jaesuk (Jay) Paeng 站在Gisele Azimi 教授身邊，手裡拿著團隊新設計的電化學電池，電池可以承受高達1600 攝氏度的高溫，同時使用基於礦渣的電解液電化學去除鋼鐵中的污染物。圖片來源：Safa Jinje / 多倫多大學工程學院

傳統的鋼鐵回收方法是使用電弧爐熔化廢金屬。由於在熔化前很難從廢金屬中物理分離出銅材料，因此回收的鋼鐵產品中也存在銅元素。

阿茲米說：”二次煉鋼的主要問題是回收的廢鋼可能受到其他元素的污染，包括銅。隨著要回收的廢金屬增多，銅的濃度也會增加，當銅在最終鋼產品中的重量百分比超過0.1%（wt%）時，就會對鋼的性能產生不利影響”。

採用傳統的電弧爐煉鋼法無法從鋼水廢料中去除銅，因此限制了二級鋼材市場生產低品質鋼材產品，如建築業使用的鋼筋。

Paeng 說：”我們的方法可以將二級鋼市場擴展到不同的行業。它有潛力用來製造更高級的產品，如汽車行業使用的鍍鋅冷軋卷，或運輸行業使用的深沖鋼板。 “

為了將鐵中的銅去除到0.1 wt% 以下，研究團隊必須先設計出能承受高達攝氏1600度高溫的電化學電池。

在電池內部，電流通過一種新型的氧化硫電解質在負極（陰極）和正極（陽極）之間流動，這種電解質是用爐渣設計的，爐渣是煉鋼產生的一種廢料，通常被丟棄在水泥廠或垃圾掩埋場。

「我們將含有銅雜質的污染鐵作為電化學電池的陽極，」阿茲米說。 “然後，我們用電源施加電動勢，也就是電壓，迫使銅與電解液發生反應。電解液的作用是在電池通電時將銅從鐵中分離出來。當我們在電池的一端通電時，就會迫使銅與電解液反應，從而產生鐵。

Azimi的實驗室與Tenova Goodfellow公司合作，後者是一家為金屬和採礦業提供先進技術、產品和服務的全球供應商。展望未來，研究團隊希望透過電解精煉製程去除鋼中的其他污染物，包括錫。

「鋼鐵是工業中使用最廣泛的金屬，我認為其年產量高達19 億噸，」阿茲米說。 “我們的方法潛力巨大，可以為煉鋼行業提供一種實用且易於實施的鋼材回收方法，以滿足全球對高等級鋼材的更多需求”。

編譯來源：ScitechDaily