Сучасна електрометалургія, 2025, №04

2025 №04 (04)

DOI of Article 10.37434/sem2025.04.05

2025 №04 (06)

---

Сучасна електрометалургія, 2025, #4, 31-36 pages

Огляд процесів одержання заліза шляхом електролізу

В.О. Шаповалов, Д.М. Жиров, Ф.К. Біктагіров, О.В. Гнатушенко, В.В. Барабаш, А.П. Ігнатов

ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: biktagirfk@ukr.net

Реферат
У зв’язку з нагальною потребою декарбонізації металургійного виробництва особливого значення набуває розроблення безвуглецевих технологій відновлення заліза. Зазначено, що використання водню у якості відновника з тих чи інших причин, у тому числі пов’язаних з вартістю та питаннями безпеки, на даний час для отримання заліза з рудної сировини практично не застосовується. Роботи у даному напрямку знаходяться на стадії досліджень. Більш приваблюючими в цьому відношенні є електролітичні методи вилучення заліза з його оксидів, що перебувають на різних стадіях наукових досліджень та технологічного впровадження. Розглянуто особливості основних процесів електролітичного відновлення заліза з рудної сировини, зокрема високотемпературні технології Molten Oxide Electrolysis та ULCOLYSIS, а також низькотемпературні процеси ULCOWIN і SIDERWIN. У перших як електроліт використовується оксидний розплав з оксидів кремнію, алюмінію та магнію при температурі 1550...1600 °С, у нього подається оксид заліза і при проходженні струму відбувається виділення на катоді заліза, а на аноді — кисню. Проведеними дослідженнями встановлені основні технологічні параметри такого процесу, як склад оксидного розплаву, сила струму і напруга, оптимальний вміст оксиду заліза. Незважаючи на труднощі з вибором матеріалів стійких при високих температурах для реактора та електродів, технологія з лабораторних досліджень пройшла у стадію дослідно-промислового виробництва. Низькотемпературний електроліз оксиду заліза проводиться при температурі 100...110 °С у лужному середовищі. Ця технологія має нижчу продуктивність порівняно з високотемпературною, але її перевагою є менші витрати електроенергії, а також капітальні та експлуатаційні витрати. У теперішній час проводяться інтенсивні роботи по вдосконаленню процесу з перспективою будівництва заводу для виробництва заліза шляхом низькотемпературного електролізу. Бібліогр. 18, табл. 1, рис. 4.
Ключові слова: викиди CO2, водень, зелені технології, електроліз заліза, Molten Oxide Electrolysis, ULCOWIN, ULCOLYSIS, SIDERWIN

Отримано 16.07.2025
Отримано у переглянутому вигляді 30.07.2025
Прийнято 08.10.2025

Список літератури

1. Souza Filho, I.R., Springer, H., Ma, Y. et al. (2022) Green steel at its crossroads: hybrid hydrogen-based reduction of iron ores. J. of Cleaner Production, 340, 130805. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.130805
2. Szablowski, L., Wojcik, M., Dybinski, O. (2025) Review of steam methane reforming as a method of hydrogen production. Energy, 316, 134540. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.134540
3. Massarweh, O., Al-khuzaei, M., Al-Shafi, M. et al. (2023) Blue hydrogen production from natural gas reservoirs: a review of application and feasibility. J. of CO2 Utilization, 70, 102438. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcou.2023.102438
4. Akyüz, E.S., Telli, E., Farsak, M. (2024) Hydrogen generation electrolyzers: paving the way for sustainable energy. Inter. J. of Hydrogen Energy, 81, 1338–1362. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.07.175
5. Boretti, D.A. (2024) Advances in sustainable turquoise hydrogen production via methane pyrolysis in molten metals. Cleaner Chemical Engineering, 11, 100139. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clce.2024.100139
6. Midilli, A., Kucuk, H., Topal, M.E. et al. (2021) A comprehensive review on hydrogen production from coal gasification: Challenges and Opportunities. Inter. J. of Hydrogen Energy, 46, 25385–25412. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.05.088
7. Alptekin, F.M., Celiktas, M.S. (2022) Review on catalytic biomass gasification for hydrogen production as a sustainable energy form and social, technological, economic, environmental, and political analysis of catalysts. ACS Omega, 7, 24918−24941. DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.2c01538
8. Allanore, A. (2014) Features and challenges of molten oxide electrolytes for metal extraction. J. of The Electrochemical Soc., 162(1), E13–E22. DOI: https://doi.org/10.1149/2.0451501jes
9. Wang, D., Gmitter, A.J., Sadoway, D.R. (2011) Production of oxygen gas and liquid metal by electrochemical decomposition of molten iron oxide. J. of the Electrochemical Soc., 158(6), E51–Е54. DOI: https://doi.org/10.1149/1.3560477
10. Wiencke, J., Lavelaine, H., Panteix, P.-J. et al. (2018) Electrolysis of iron in a molten oxide electrolyte. J. of Applied Electrochemistry, 48(1), 115–126. DOI: https://doi.org/10.1007/s10800-017-1143-5
11. Wiencke, J., Lavelaine, H., Panteix, P.-J. et al. (2019) The impact of iron oxide concentration on the performance of molten oxide electrolytes for the production of liquid iron metal. Metallurgical and Materials Transact. B, 51(1), 365–376. DOI: https://doi.org/10.1007/s11663-019-01737-3
12. Boston Metal celebrates historic commissioning run of MOE green steel cell (2025) Boston Metal. https://www.bostonmetal.com/news/boston-metal-celebrates-historic-commissioning-run-of-moe-green-steel-cell/
13. Olsen, K., Van der Laan, S., Lavelaine de Maubeuge, H. et al. (2016) European Commission, Directorate-General for Research and Innovation. Iron production by electrochemical reduction of its oxide for high CO2 mitigation (IERO). Final Report. Publ. Office. DOI: https://data.europa.eu/doi/10.2777/084034
14. Allanore, A., Lavelaine, H., Birat, J.P. et al. (2010) Experimental investigation of cell design for the electrolysis of iron oxide suspensions in alkaline electrolyte. J. of Applied Electrochemistry, 40(11), 1957–1966. DOI: https://doi.org/10.1007/s10800-010-0172-0
15. European Commission (2022) SIDERWIN — Development of new methodologies for industrial CO2-free steel production by electrolysis in aqueous media. Horizon Europe. Project ID: 768788. DOI: https://doi.org/10.3030/768788
16. Koutsoupa, S., Koutalidi, S., Balomenos, E., Panias, D. (2021) SIDERWIN — A new route for iron production. In: Proc. of Inter. Conf. on Raw Materials and Circular Economy, 5, 58. DOI: https://doi.org/10.3390/materproc2021005058
17. ArcelorMittal (2023) arcelormittal and john cockerill announce plans to develop world’s first industrial-scale low-temperature iron electrolysis plant. https://corporate.arcelormittal.com/media/press-releases/arcelormittal-andjohn-cockerill-announce-plans-to-develop-world-s-first-industrial-scale-low-temperature-iron-electrolysis-plant
18. Suryarao, K.P., Daehn, K.E., Allanore, A. (2024) Iron production by molten sulfide electrolysis. ECS Meeting Abstracts, MA2024-01(55), 2914. DOI: https://doi.org/10.1149/ MA2024-01552914mtgabs

---

Реклама в цьому номері:

---