電気冶金

電気冶金は、電気エネルギーを使用して電気分解によって金属を生成する冶金法です。これは通常、金属生産の最後の段階であるため、乾式冶金または湿式冶金操作が先行します。^[1]電気分解は溶融金属酸化物（溶融電気分解）に対して行うことができ、これは、たとえば、ホール・エロー法によって酸化アルミニウムからアルミニウムを生成するために使用されます。電気分解は、乾式冶金による金属生産（電気精錬）の最終精錬段階として使用でき、湿式冶金（電解採取）によって生成された金属塩水溶液からの金属の還元にも使用されます。

電気冶金学は、金属の電気めっきのプロセスに関する分野です。これらのプロセスには 7 つのカテゴリがあります。

• 電解
• 電解採取、鉱石から金属を抽出すること^[2]
• 電気精錬、金属の精製。^{[2]電気めっきによる} 金属粉末の製造はこのカテゴリに含まれますが、用途によっては電解採取や別のカテゴリに分けられることもあります。^[2]
• 電気めっき、ある金属の層を別の金属の上に堆積させること^[2]
• 電気鋳造、電気めっきによる通常は薄い金属部品の製造^[2]
• 電解研磨、金属加工物から材料を除去すること
• エッチング、ウィキペディアでは工業的にはケミカルミリングとして知られている

製鉄における溶融酸化物電気分解は、従来の高炉のようにコークスの代わりに電子を還元剤として利用します。鉄鋼生産の場合、この方法では不活性陽極（炭素、白金、イリジウム、またはクロムベースの合金）^[4]を使用し、鉄鉱石を陰極に配置します。この溶融酸化物セル内の電気化学反応は、鉄鉱石と電解質酸化物を溶融する温度である1600℃まで達することがあります。^[5]その後、この反応に続いて溶融鉄鉱石が分解します。

${\displaystyle {\ce {Fe2O3(l) + e- -> Fe(l) + O2(g)}}}$^[6]

電気分解反応により、主生成物として溶融純鉄が生成され、副生成物として酸素が生成されます。このプロセスではコークスが添加されないため、CO2ガスは生成されません。したがって、直接的な温室効果ガスの排出はありません_。さらに、このようなセルを稼働させる電力が再生可能資源から供給される場合、このプロセスは排出量ゼロになる可能性があります。この技術は、ニッケル、クロム、フェロクロムの生産にも適用できます。

現在、マサチューセッツ州に本拠を置くボストンメタル社は、この技術を産業レベルにまで拡大するプロセスを進めています。^[6]

この方法の目的は、鉄鋼から炭素含有量を減らすことです。このプロセスは、原料にさまざまな炭素含有量を持つ鉄スクラップをリサイクルする二次製鉄産業に適しています。 ^{[7]この方法は、酸素を吹き込んで炭素と反応させ、} _{CO2を生成することで鉄の炭素含有量を減らす、}基本的な酸素炉（BOF）を使用する現在の従来の方法に代わるものです。

電気精錬では、不活性電極、スラグ、鋼からなる電気化学セルで脱炭プロセスが行われます。プロセス中、セルに電流が流れ、スラグと鋼が溶けます。スラグからの酸素イオンが鋼の炭素を分解して酸化し、COを形成します。この脱炭反応は、次の3つの段階で発生します。^[7] (ads)は吸着された中間体を意味します 。

1. ${\displaystyle {\ce {O2- + C <=> C(O^{-}_{(ads)}) +e-}}}$
2. ${\displaystyle {\ce {C(O_{(広告)}^{-})<=>C(O_{(広告)}^{})}}}$${\displaystyle {\ce {+ e-}}}$
3. ${\displaystyle {\ce {C(O_{(ads)}^{})<=>CO_{(}g)}}}$

この細胞からの全反応は次の図式に従っている^[7]

${\displaystyle {\ce {C{}+1/2SiO2<=>CO_{(g)}{}+1/2Si_{(}l)}}}$

SiO ₂は上記の反応に基づいてスラグから生成され、CO ガスを生成するほかに、この方法では純粋なシリコンも生成されます (スラグによって異なります)。この直接脱炭プロセスの利点は、CO ₂ではなく、温室効果ガスと見なされない CO を生成することです。