电化学还原法制备金属铁研究进展

李毅仁1，李鹏阳1，2，魏光升3，田京雷1（1.河钢集团战略研究院；2.河北省氢冶金低碳技术重点实验室；3.北京科技大学碳中和研究院）

摘要：CO2 排放量的急剧增长导致全球环境恶化。钢铁行业作为CO2排放大户，CO2排放量占全球总排放量的7%，其中70%来自炼铁过程。目前，作为备受关注和开发的技术，电化学还原具备反应过程易控制、能量效率高等优势，为钢铁行业提供了一种潜在的低碳生产路径。综述了电化学还原法制备金属铁的研究进展，并对影响电化学还原反应的参数进行了讨论。依据电解质性质的不同，铁化合物的电化学还原可分为熔盐体系、酸碱溶液体系及离子液体体系，每种体系各有优缺点。熔盐体系因电解质相容性特性强，可直接以铁矿石为原料，这有利于降低成本，但反应温度较高且电解质易腐蚀设备；碱性溶液体系具有电解条件温和、析氢副反应小等优点，但目前仍处于实验室开发阶段；酸性溶液体系中电解制铁已被商业化应用，相较其他体系下的电解技术更具发展前景，但目前存在的主要问题是高浓度氢离子引发的竞争性析氢副反应会导致电流效率下降；离子液体体系具有离子电导率高、热稳定性好等优点，且含铁化合物组成的电解质可以克服水溶液体系的局限性，但高成本的离子液体限制了其规模化应用前景。最后，针对目前存在的问题以及未来的技术发展方向进行了总结与展望。

关键词：电化学还原；电冶金；低碳路径；电解铁；熔盐；酸碱溶液；离子液体；工业化前景