赤泥是拜耳法生产氧化铝时衍生的强碱性工业废料，目前全球堆存量已超40亿吨，大部分被长期堆存于废料池或干燥堆场，回收利用率仅3%。赤泥中氧化铁含量较高，是铁矿石的潜在替代品。近日，中国科学技术大学高敏锐教授团队与合肥国轩新材料科技有限公司常元钦博士合作，发展了一种等离子体增强化学气相还原工艺，以氢气作为还原剂，成功实现了从赤泥中高效提取铁 (图1) 。相关成果于9月29日以“Hydrogen-Based Reduction Boosts Sustainable Iron Production from Red Mud”为题发表在国际学术期刊《美国化学会志》上（J. Am. Chem. Soc.2025, DOI:10.1021/jacs.5c10175）。

图1:“绿氢冶铁”技术的艺术示意图

研究团队使用PECVD设备产生高能氢等离子体，并将其用作赤泥的还原剂。该技术大幅降低了反应温度，将传统工艺所需的1200^oC 以上高温降至900^oC。同时，绿铁的提取效率大幅提升，在 900^oC 条件下，仅需数分钟即可生成单质金属铁。通过该工艺提取的铁品质优异，铁品位高达71%，绿铁回收率达到88.1%，远超传统的湿法冶金、超导磁选以及还原焙烧-磁选等工艺，满足钢铁生产对高品质铁原料的需求，具备极高的工业应用价值。

相比传统赤泥提铁方式，该工艺产生的赤泥残渣 pH 值降至接近中性（7.8），且元素浸出量极少，无需额外进行昂贵复杂的中和处理。该工艺处理 1 吨赤泥的成本仅为 137 美元，远低于传统的酸浸法、超导磁选法等工艺成本（图2）。未来，若采用可再生绿电驱动，还可进一步降低能耗成本，提升经济竞争力，具有产业化应用的潜力。该工作提出的氢等离子体还原铁氧化物的技术副产物仅为水，实现了近零碳排放，从而为未来绿色钢铁转型提供了一种低碳、环保、高效的提铁新工艺。

图2:等离子体增强氢气还原与其他提取方法的比较

论文共同第一作者为中国科大硕士研究生梁文龙、博士研究生张玉才与李烨成。相关研究受到国家自然科学基金委杰出青年科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c10175

（合肥微尺度物质科学国家研究中心、科研部）