铁矿资源的未来：铁元素的新应用

铁矿资源的未来：铁元素的新应用

引用

中国科学院

等

17

来源

1.

https://www.cas.cn/syky/202403/t20240328_5010194.shtml

2.

https://www.gelonghui.com/p/1585362

3.

https://finance.sina.com.cn/money/future/fmnews/2024-11-14/doc-incxaafp0021615.shtml

4.

https://www.stdaily.com/web/gdxw/2024-11/06/content_253945.html

5.

http://www.jinludz.com/Article/dctznylydx_1.html

6.

http://wap.seccw.com/document/detail/id/30610.html

7.

https://www.spp.gov.cn/spp/llyj/202411/t20241128_674478.shtml

8.

https://www.chyxx.com/industry/1174674.html

9.

https://www.dstcar.com/index.php/portal/article/index.html?id=400&cid=21

10.

https://www.escn.com.cn/20240320/bca04a3acc344296a5d1f5171de7315c/c.html

11.

https://www.ams.org.cn/article/2024/0412-1961/0412-1961-2024-60-10-1312.shtml

12.

http://www.meiqiyejin.com/tjtf/30.html

13.

http://www.meiqiyj.com/newcenter/hytfnews/15490.html

14.

http://www.csteelnews.com/xwzx/jrrd/202407/t20240705_89881.html

15.

http://geochina.cgs.gov.cn/supplement/cce0bb4c-43af-4aee-9151-6e1f57cf650a

16.

http://www.csteelnews.com/xwzx/jrrd/202408/t20240806_90865.html

17.

https://dialogue.earth/zh/7/120886/

铁矿资源作为全球最重要的矿产资源之一，其分布和应用一直备受关注。据统计，全球铁矿石探明储量约为3500亿吨，其中俄罗斯、巴西、中国等7个国家的储量占全球总量的90%。随着科技的发展，铁元素在新能源和新材料领域的应用不断拓展，为铁矿资源的可持续发展开辟了新的路径。

铁基电池技术的突破

在新型储能技术领域，全钒液流电池因成本高昂而面临产业化困境。中国科学院金属研究所近期在铁基液流电池技术上取得重大突破。研究人员通过电极界面缺陷设计和极性溶剂调控，解决了铁负极氧化还原反应可逆性差的问题，实现了充放电过程中铁单质的均匀沉积和溶解。

具体而言，科研团队在电极界面进行金属刻蚀处理，使得电极纤维表面富含缺陷结构，从而调控了Fe2+离子的沉积反应成核特性。这一改进显著提升了铁沉积反应的均一性和氧化还原反应动力学。实验结果显示，优化后的全铁液流电池实现了80 mW cm-2的功率密度和250圈循环99%的电流效率，循环稳定性提升了10倍。

此外，研究团队还通过在溶液中引入极性溶剂，弱化了水合氢键网络作用，成功实现了-20℃低温条件下电解液不凝固及电池稳定运行。这一突破为全铁液流电池在高寒地区的应用奠定了基础。

电磁铁在可再生能源中的应用

电磁铁在可再生能源领域展现出广阔的应用前景。在风力发电领域，电磁铁被用于风力发电机的制动系统，确保设备在恶劣天气下的安全运行。通过精确控制磁场，可以提高发电机效率，更好地将风能转化为电能。

在太阳能领域，电磁铁驱动的跟踪系统能够准确跟随太阳位置，最大限度地提高太阳能电池板的接收效率。电磁铁的快速响应特性使跟踪系统更加灵敏，能够适应不同的天气和光照条件。

在能源存储方面，电磁储能技术利用电磁铁产生的磁场来存储能量，具有响应速度快、效率高、寿命长等优点。随着技术进步，电磁储能有望在电网调峰、应急电源等领域发挥重要作用。

纳米铁材料的创新应用

铁基纳米晶合金带材是一种由铁、硅、硼等元素组成的软磁材料，具有纳米级晶粒结构。该材料以其高磁导率、低损耗和高饱和磁感应强度为特点，广泛应用于变压器、电感器、传感器等电力电子设备中。与传统硅钢材料相比，铁基纳米晶合金带材能够显著降低能量损耗，提高设备效率，尤其适用于高频和高效能电气应用场合。

全球铁基纳米晶合金带材市场近年来呈现快速增长的趋势，主要得益于其在高效能电力传输设备中的应用需求。亚洲市场，尤其是中国和日本，是这一材料的主要生产和消费地区。中国在变压器行业的快速扩展使其成为该领域的重要市场。欧洲和北美也在推动该技术的发展，尤其是在新能源汽车和可再生能源领域的广泛应用。

铁电材料的突破性进展

铁电材料是一种常见的功能材料，广泛应用于打火机、麦克风、耳机、存储器、驱动器、能量转换器、滤波器、制动器、减震器等领域。传统铁电材料存在疲劳问题，即随着极化翻转次数的增加，材料性能会逐渐衰减，最终导致器件失效。

近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所联合电子科技大学与复旦大学的科研人员，创制了一种无疲劳的二维层状滑移铁电材料。这种新材料基于二维滑移铁电机制，通过理论计算预言了其抗疲劳特性，并通过AI辅助的原子模拟阐明了其工作机制。实验结果显示，在400万次循环电场翻转极化后，该材料的铁电极化没有发生任何衰减，明显优于传统离子型铁电材料。

新修订的矿产资源法于2024年11月8日经十四届全国人大常委会第十二次会议审议通过，自2025年7月1日起施行。该法将“加强矿产资源和生态环境保护”作为立法目的，强调矿产资源开发利用和保护工作应当遵循绿色发展原则。

在资源保护方面，新法明确各级政府应当加强矿产资源保护工作，禁止任何单位和个人侵占或破坏矿产资源。同时，强调合理开采、合理利用，对开采回采率、选矿回收率、综合利用率作出具体要求，防止资源浪费。

在生态修复方面，新法规定矿业权出让应当考虑生态环境保护要求，勘查矿产资源时需及时清理并恢复地表植被。开采矿产资源时，要求采取有效措施避免对森林、草原、耕地、湿地、河湖、海洋等生态系统的破坏。特别设立了“矿区生态修复”专章，明确责任主体、修复要求和验收要求，强调能够边开采、边修复的，应当边开采、边修复。

在污染防治方面，新法规定勘查、开采矿产资源应当采用先进适用、符合生态环境保护和安全生产要求的工艺、设备、技术。矿产资源的开采过程以及对尾矿、废水等的处理，都可能造成环境污染。新法要求统筹法律适用，规定勘查、开采矿产资源应当遵守有关生态环境保护等法律、法规的规定；采矿权人应当在矿山闭坑前或者闭坑后的合理期限内采取安全措施、防治环境污染和生态破坏。此外，对实践中环境污染风险较高的尾矿库专门作出规定。矿产资源法与环境保护法及各类污染防治立法统筹适用，织牢织密防范矿产资源领域环境污染的法律制度网。

随着新能源和新材料技术的不断进步，铁矿资源的应用前景日益广阔。从低成本铁基电池到高性能纳米铁材料，再到无疲劳铁电材料，铁元素在科技创新中的作用日益凸显。同时，新修订的矿产资源法为铁矿资源的可持续开发提供了坚实的法治保障，必将推动铁矿资源的绿色、高效利用，为实现碳达峰、碳中和目标作出重要贡献。