JP2024512063A - 鉱石溶解及び鉄変換システム - Google Patents

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Abstract

Figure 2024512063000001
鉄含有鉱石を溶解するための方法及びシステムが開示される。例えば、鉄含有鉱石を加工及び溶解する方法は、還元剤の存在下で鉄含有鉱石中の１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を熱還元してマグネタイトを形成し、それにより熱還元鉱石を形成するステップと；酸を使用して熱還元鉱石の少なくとも一部を溶解して、酸性鉄塩溶液を形成するステップとを含み、酸性鉄塩溶液は、電気化学セル内で電気化学的に生成されたプロトンを含む。
【選択図】 図２

Description

発明の詳細な説明
［関連出願の相互参照］
[0001]本出願は、本明細書に矛盾しない限り全ての目的において参照によりその全体が本明細書に組み入れられる、２０２１年３月２４日に出願された米国特許仮出願第６３／１６５，５０２号の利益及び優先権を主張する。
［政府による資金提供］
[0002]本出願における発明は、米国立科学財団により授与された授与番号２０３９２３２の下、政府支援を受けてなされた。政府は本明細書の発明においてある特定の権利を有する。
［分野］
[0003]本出願は、一般的には、電気化学及び湿式精錬の分野に関し、より詳細には、電気化学及び／又は湿式精錬プロセスを使用して鉄含有原料から鉄を抽出するためのシステム及び方法に関する。
［背景］
[0004]酸化鉄鉱石は、酸素を除去し（すなわち酸化物を還元し）、その後のプロセスにおいて有用な物品に加工され得る形態で金属鉄を回収することによって、比較的純粋な金属鉄に変換され得る。次いで、鉄は、作製される鋼の種類に応じて、少量の炭素及び他の元素を添加することによって鋼にされ得る。数千年もの間、これらの作業（還元及び炭素添加）は両方とも、典型的には石炭（又はコークス）を燃焼することにより生成される炭素の存在下で、鉄鉱石を極めて高い温度（例えば約１７００℃）に加熱することによって主に達成されてきた。石炭又はコークスを燃焼することによって生成される一酸化炭素は、酸化鉄中の酸素と結合し、それにより酸化物を金属鉄に還元して二酸化炭素を放出する。実際に、現代の鋼生産は、地球規模のＣＯ２排出量の約１０％を占めている。
［概要］
[0005]本明細書では、鉄含有鉱石及び／又は他の鉄含有原材料から実質的に純粋な金属鉄を生成するための方法及び関連するシステムが提供される。本明細書では、化石燃料を燃焼する必要なしに、化学的及び／又は電気化学的変換技術を使用して鉱石又は他の非純粋状態から金属鉄に鉄鉱石を変換するための、様々な実施形態の方法及びシステムが記載される。特に、本明細書に記載の様々な実施形態は、鉄鉱石材料を酸性溶液に溶解すること、酸性溶液の特性を化学的及び／又は電気化学的に調節すること、並びに電気化学セル内で酸性溶液から鉄（及び任意選択で他の金属）を電気めっきすることを提供する。
[0006]システム及び方法の様々な実施形態は、鉱石溶解を向上又は促進するために酸性溶液のパラメータを調節するための第１の独立した電気化学プロセス、及び酸性溶液から鉄を電気めっきするための第２の独立した電気化学プロセスを少なくとも含む。
[0007]任意選択で、本明細書に開示される方法の実施形態は、定常状態動作が、鉄含有鉱石から実質的になる全体的入力、及び高純度鉄から実質的になる全体的出力により特徴付けられるように、鉄含有鉱石から鉄を電気めっきするためのプロセスを提供し得、プロセスの一環として水及び酸が再生される。任意選択で、本明細書に開示される方法の実施形態は、定常状態動作中にＣＯ２の生成が実質的に生じない、鉄含有鉱石から鉄を電気めっきするためのプロセスを提供し得る。任意選択で、本明細書に開示される方法の実施形態は、定常状態動作中にＣｌ２（ｇ）の生成が実質的に生じない、鉄含有鉱石から鉄を電気めっきするためのプロセスを提供し得る。任意選択で、本明細書に開示される方法の実施形態はまた、本明細書における実施形態に従って生成された高純度鉄を使用して鋼を作製するためのプロセスを含む。
[0008]鉄含有鉱石を加工及び溶解する方法であって、
還元剤の存在下で鉄含有鉱石中の１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を熱還元してマグネタイトを形成し、それにより熱還元鉱石を形成するステップと；
酸を使用して熱還元鉱石の少なくとも一部を溶解して、酸性鉄塩溶液を形成するステップと
を含み、酸性鉄塩溶液が、電気化学セル内で電気化学的に生成されたプロトンを含む、方法が開示される。
[0009]鉄含有鉱石を加工及び溶解する方法であって、
溶解タンク内で、鉄含有鉱石を酸と接触させて鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解し、それにより、溶解したＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液を形成するステップと；
溶解タンクと電気化学セルのカソードチャンバとの間で酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を再循環させるステップであり、電気化学セルが、カソードチャンバ内のカソード液として機能する酸性鉄塩溶液の少なくとも一部の存在下でのカソード、アノード液の存在下でのアノード、及びカソード液をアノード液から分離するセパレータを備える、ステップと；
カソードでカソード液から溶解したＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を電気化学還元して、カソード液中でＦｅ２＋イオンを形成するステップと；
電気化学セル内でプロトンを電気化学的に生成し、電気化学的に生成されたプロトンをカソード液に供給するステップとを含み；溶解タンク内の酸性鉄塩溶液が、鉄含有鉱石の存在下で、少なくとも０．２Ｍの遊離プロトンの定常状態濃度により特徴付けられる、方法もまた開示される。
[0010]鉄含有鉱石を加工及び溶解する方法であって、
還元剤の存在下で鉄含有鉱石中の１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を熱還元してマグネタイトを形成し、それにより熱還元鉱石を形成するステップであり、
還元剤が、Ｈ２ガスを含み、
Ｈ２ガスの少なくとも一部が、鉄金属と酸との反応を介して化学的に生成され、及び／又は、Ｈ２ガスの少なくとも一部が、鉄電気めっきプロセスの寄生水素発生反応を介して電気化学的に生成される、ステップと；
酸性溶液を使用して少なくとも熱還元鉱石を溶解して、鉄塩溶液を形成するステップと
を含み、溶解するステップが、形成されたマグネタイトを前記酸性溶液に溶解することを含む、方法がさらに開示される。
[0011]鉄含有鉱石を加工及び溶解するためのシステムであって、
第１の酸を使用して第１の鉄含有鉱石を溶解するための第１の溶解タンクであり、
第１の酸への第１の鉱石の溶解が、第１の溶解タンク内で溶解したＦｅ３＋イオンを含む第１の酸性鉄塩溶液を形成する、第１の溶解タンクと；
第１の溶解タンクに流体的に接続された電気化学セルであり、
カソードの存在下でカソード液を有するカソードチャンバ、アノードの存在下でアノード液を有するアノードチャンバ、並びにカソード液及びアノード液を分離するセパレータを備える、電気化学セルと；
第１の溶解タンクからカソードチャンバに第１の酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を循環させ、電気化学セルから第１の溶解タンクにカソード液の少なくとも一部を循環させる、第１の循環サブシステムとを備え；
第１の酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンの少なくとも一部が、カソード液中でカソードでＦｅ２＋イオンに電気化学還元され、それにより第１の酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンを消費する、システムがさらに開示される。
[0012]鉄を生成するための方法であって、
鉄含有鉱石を有する原料を、第１の電気化学セルを備える溶解サブシステムに供給するステップであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下で第１のアノード液を有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備え、
第１のアノード液が、第１のカソード液と異なる組成を有する、ステップと；
酸を使用して鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解して、溶解した第１のＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液を形成するステップと；
第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を有する酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、第１のカソードチャンバに供給するステップと；
第１のカソード液中の前記第１のＦｅ３＋イオンを第１電気化学還元して、Ｆｅ２＋イオンを形成するステップと；
形成されたＦｅ２＋イオンを、溶解サブシステムから第２の電気化学セルを有する鉄めっきサブシステムに移送するステップと；
移送された形成されたＦｅ２＋イオンの第１の部分を、第２の電気化学セルの第２のカソードでＦｅ金属に第２電気化学還元するステップと；
第２の電気化学セルからＦｅ金属を取り出し、それにより鉄を生成するステップと
を含む方法が開示される。
[0013]鉄を生成するための方法であって、
鉄含有鉱石を有する原料を、第１の電気化学セルを備える溶解サブシステムに供給するステップであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下でＨ２ガスを有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノードチャンバを第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備える、ステップと；
酸を使用して鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解して、溶解した第１のＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液を形成するステップと；
第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を有する酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、第１のカソードチャンバに供給するステップと；
第１のカソード液中の前記第１のＦｅ３＋イオンを第１電気化学還元して、Ｆｅ２＋イオンを形成するステップと；
形成されたＦｅ２＋イオンを、溶解サブシステムから第２の電気化学セルを有する鉄めっきサブシステムに移送するステップと；
移送された形成されたＦｅ２＋イオンの第１の部分を、第２の電気化学セルの第２のカソードでＦｅ金属に第２電気化学還元するステップと；
第２の電気化学セルからＦｅ金属を取り出し、それにより鉄を生成するステップと
を含む方法もまた開示される。
[0014]鉄を生成するためのシステムであって、
溶解タンク、及び溶解タンクに流体的に接続された第１の電気化学セルを有する溶解サブシステムであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下で第１のアノード液を有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備え、
第１のアノード液が、第１のカソード液と異なる組成を有する、溶解サブシステムと；
溶解サブシステムに流体的に接続され、第２の電気化学セルを有する鉄めっきサブシステムと；
溶解サブシステムと鉄めっきサブシステムとの間の第１のサブシステム間流体接続と
を備え；
溶解タンクが、鉄含有鉱石を有する原料を受容し；
溶解タンクが、鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解して、溶解した第１のＦｅ３＋イオンを生成するための酸性鉄塩溶液を含み；
第１のＦｅ３＋イオンが、第１のカソードで電気化学還元されて、第１のカソード液中でＦｅ２＋イオンを形成し、
形成されたＦｅ２＋イオンが、第１のサブシステム間流体接続を介して溶解サブシステムから鉄めっきサブシステムに移送され；
第２の電気化学セルが、移送された形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも第１の部分をＦｅ金属に還元するための第２のカソードを備え；
Ｆｅ金属が、第２の電気化学セルから取り出される、システムがさらに開示される。
[0015]鉄を生成するためのシステムであって、
溶解タンク、及び溶解タンクに流体的に接続された第１の電気化学セルを有する溶解サブシステムであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下でＨ２ガスを有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノードチャンバを第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備える、溶解サブシステムと；
溶解サブシステムに流体的に接続され、第２の電気化学セルを有する鉄めっきサブシステムと；
溶解サブシステムと鉄めっきサブシステムとの間の第１のサブシステム間流体接続と
を備え；
溶解タンクが、鉄含有鉱石を有する原料を受容し；
溶解タンクが、鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解して、溶解した第１のＦｅ３＋イオンを生成するための酸性鉄塩溶液を含み；
第１のＦｅ３＋イオンが、第１のカソードで電気化学還元されて、第１のカソード液中でＦｅ２＋イオンを形成し、
形成されたＦｅ２＋イオンが、第１のサブシステム間流体接続を介して溶解サブシステムから鉄めっきサブシステムに移送され；
第２の電気化学セルが、移送された形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも第１の部分をＦｅ金属に還元するための第２のカソードを備え；
Ｆｅ金属が、第２の電気化学セルから取り出される、システムがさらに開示される。
[0016]鉄を生成するための方法であって、
鉄含有鉱石及び１種又は複数種の不純物を有する原料を、第１の電気化学セルを備える溶解サブシステムに供給するステップであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下で第１のアノード液を有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備える、ステップと；
酸を使用して鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解して、溶解した第１のＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液を形成するステップと；
第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を有する酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、第１のカソードチャンバに供給するステップと；
第１のカソード液中の前記第１のＦｅ３＋イオンを第１電気化学還元して、Ｆｅ２＋イオンを形成するステップと；
溶解サブシステム内で鉄に富む溶液を生成するステップであり、鉄に富む溶液が、形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部及び１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を有する、ステップと；
鉄に富む溶液の少なくとも第１の部分を処理して、鉄に富む溶液から１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を除去し、それにより、形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部を有する処理された鉄に富む溶液を形成するステップであり、
初期ｐＨから調節されたｐＨまで鉄に富む溶液のｐＨを上昇させ、それにより処理された鉄に富む溶液中の１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を沈殿させることを含む、処理するステップと；
処理された鉄に富む溶液の少なくとも第１の部分を、第２の電気化学セルを有する鉄めっきサブシステムに運搬するステップと；
移送された形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも第１の部分を、第２の電気化学セルの第２のカソードでＦｅ金属に第２電気化学還元するステップと；
第２の電気化学セルからＦｅ金属を取り出し、それにより鉄を生成するステップと
を含む方法が開示される。
[0017]鉄を生成するためのシステムであって、
第１の溶解タンク、及び第１の溶解タンクに流体的に接続された第１の電気化学セルを有する溶解サブシステムであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下で第１のアノード液を有する第１のカソードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第２のアノードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備える、溶解サブシステムと；
溶解サブシステムに流体的に接続され、第２の電気化学セルを有する鉄めっきサブシステムと；
第１の不純物除去サブシステムと
を備え；
第１の溶解タンクが、１種又は複数種の鉄含有鉱石及び１種又は複数種の不純物を有する原料を受容し；
第１の溶解タンクが、１種又は複数種の鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解して、酸性鉄塩溶液中で溶解した第１のＦｅ３＋イオンを生成するための酸性鉄塩溶液を含み；
第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を有する酸性鉄塩溶液の少なくとも一部が、第１のカソードチャンバに供給され；
第１のＦｅ３＋イオンは、第１のカソードで電気化学還元されて、第１のカソード液中でＦｅ２＋イオンを形成し、
溶解サブシステム内で鉄に富む溶液が形成され、鉄に富む溶液が、形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部及び１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を有し；
鉄に富む溶液の少なくとも一部が、第１の不純物除去サブシステムに供給されて、鉄に富む溶液から１種又は複数種の不純物の少なくとも一部が除去され、それにより、形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部を有する処理された鉄に富む溶液が形成され；
第１の不純物除去サブシステム内で、初期ｐＨから調節されたｐＨまで鉄に富む溶液のｐＨが上昇されて、１種又は複数種の不純物の除去された部分が沈殿され；
処理された鉄に富む溶液の少なくとも第１の部分が、第１の不純物除去サブシステムから鉄めっきサブシステムに運搬され；
第２の電気化学セルが、移送された運搬されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部をＦｅ金属に還元するための第２のカソードを備え；
Ｆｅ金属が、第２の電気化学セルから取り出される、システムもまた開示される。
[0018]鉄を生成するための方法であって、
第１の溶解タンク内で、第１の鉄含有鉱石を酸と接触させて第１の鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解し、それにより、溶解した第１のＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液を形成するステップと；
第１の溶解タンクと第１の電気化学セルの第１のカソードチャンバとの間で酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を循環させ、それにより第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を第１のカソードチャンバの第１のカソード液に供給するステップであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下で第１のアノード液を有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備える、ステップと；
第１のカソードで第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を第１電気化学還元して、第１のカソード液中でＦｅ２＋イオンを形成するステップと；
第１の電気化学セル内でプロトンを電気化学的に生成するステップであり、
循環させるステップが、電気化学的に生成されたプロトンの少なくとも一部及び形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部を、第１のカソード液から酸性鉄塩溶液に供給することを含む、ステップと；
溶解サブシステム内で形成されたＦｅ２＋イオンを有する第１の鉄に富む溶液を生成するステップであり、溶解サブシステムが、第１の溶解タンク及び第１の電気化学セルを備えるステップと；
第１の鉄に富む溶液の少なくとも一部を鉄めっきサブシステムに移送するステップであり、鉄めっきサブシステムが、第２の電気化学セルを備える、ステップと；
形成されたＦｅ２＋イオンの第１の部分を、第２の電気化学セルの第２のカソードでＦｅ金属に第２電気化学還元するステップであり、
第２の電気化学セルが、第２のカソードの存在下で第２のカソード液を有する第２のカソードチャンバ、第２のアノードの存在下で第２のアノード液を有する第２のアノードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第２のセパレータを備える、ステップと；
第２の電気化学セルからＦｅ金属を取り出し、それにより鉄を生成するステップと
を含む方法がさらに開示される。
[0019]鉄を生成するためのシステムであって、
鉄に富む溶液を生成するための溶解サブシステムであり、溶解サブシステムが、第１の溶解タンク、第１の電気化学セル、及び第１の循環サブシステムを備え；
第１の溶解タンク内で、鉄含有鉱石が酸と接触されて鉄含有鉱石の少なくとも一部が溶解され、それにより、溶解したＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液が形成され；
第１の循環サブシステムが、第１の溶解タンクと第１の電気化学セルの第１のカソードチャンバとの間で酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を循環させ、それにより第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を第１のカソードチャンバの第１のカソード液に供給し；
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下で第１のアノード液を有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備え；
第１の電気化学セルが、第１のカソードで第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を電気化学還元して、第１のカソード液中でＦｅ２＋イオンを形成し；
第１の電気化学セルが、プロトンを電気化学的に生成し、電気化学的に生成されたプロトンをカソード液に供給し、第１の循環システムが、電気化学的に生成されたプロトンを、第１のカソード液から酸性鉄塩溶液に供給し；
第１のサブシステム内で生成された鉄に富む溶液が、形成されたＦｅ２＋イオンを含む、溶解サブシステムと；
鉄に富む溶液の少なくとも一部を鉄めっきサブシステムに移送するための第１のサブシステム間流体接続を備える移行サブシステムと；
第２の電気化学セルを備える鉄めっきサブシステムであり、
第２の電気化学セルが、第２のカソードの存在下で第２のカソード液を有する第２のカソードチャンバ、第２のアノードの存在下で第２のアノード液を有する第２のアノードチャンバ、及び、第２のカソードの存在下で第２のカソード液を有する第１のカソード液から第１のアノード液を分離する第２のセパレータを備え；
移送された形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも第１の部分が、第２のカソードでＦｅ金属に電気化学還元される、鉄めっきサブシステムと；
第２の電気化学セルからＦｅ金属を取り出し、それにより鉄を生成するための鉄を取り出すサブシステムと
を備えるシステムがさらに開示される。
電気めっきを酸素生成と組み合わせることによって鉄を作製する可能な手法の概略図である。 近似的ｐＨ範囲での例示的酸化学物質を用いて、鉄原料を硫酸に溶解し、電気めっきを酸素生成と組み合わせることによって鉄を作製する可能な手法の概略図である。 原料溶解及び酸再生サブシステムを示す概略図である。 鉄めっきサブシステムを示す概略図である。 様々なサブシステムを有する２段階鉄変換システムを示す概略図である。 溶解サブシステムからめっきサブシステムのアノード液及びカソード液タンクに鉄に富む酸性溶液を配分するための代替プロセスを示す概略的プロセスフロー図である。 溶解サブシステムからめっきサブシステムのアノード液及びカソード液タンクに鉄に富む酸性溶液を配分するための代替プロセスを示す概略的プロセスフロー図である。 酸素発生を含む酸再生サブシステムを含む様々なサブシステムを有する２段階鉄変換システムを示し、サブシステム間の可能な流体流動をさらに示す概略図である。 酸再生及び第二鉄還元と併せた溶解中の酸再生セル内での第二鉄から第一鉄への変換及び酸の生成を示す実験データを示すグラフである。めっきプロセスの終了を表す１．８Ｍの硫酸第二鉄の出発溶液を用いて、［Ｆｅ２＋］濃度の増加により証明されるように、第一鉄は電気化学セル１内で電気化学還元により生成された。全最終鉄濃度は２．５Ｍであったことから、生成された酸は酸化鉄のさらなる溶解を可能にした。 様々な濃度の硫酸中でのヘマタイト及びマグネタイト鉱石の溶解速度を示す実験データを示すグラフである。 硫酸中での鉱石の溶解速度を示す実験データを示すグラフである。 変動する溶液ｐＨ値での様々な金属水酸化物の溶解度を示す溶解度の図である。 様々なリン酸鉄及び酸化鉄の溶解度を示す溶解度の図である。 様々なリン酸鉄及び酸化鉄の溶解度を示す溶解度の図である。 リン酸鉄及び水酸化第二鉄の溶解度を示す溶解度の図である。 リン酸アルミニウム及び水酸化アルミニウムの溶解度を示す溶解度の図である。 ヘマタイト等の酸化鉄をマグネタイトに変換するためのプロセスにおける鉄電気めっき中に生成されたＨ２の使用に続いて、酸再生セルと併せたマグネタイトの溶解を含む、ある特定の例示的実施形態を示すプロセスフロー図である。 酸再生システムに連結された様々に処理された鉱石を溶解するための例示的システム及びプロセスを示す概略的システム図である。 任意選択の中間処理ステップを含む、固体鉄原料を純粋なめっきされた鉄に変換するプロセスを概略的に示すプロセスフロー図である。 ５％Ｈ２－９５％Ａｒガスによるヘマタイトからマグネタイトへの還元のアルファ（α）対時間のプロットである。 ある特定の実施形態による例示的フローセルの図である。 塩化物及び硫酸塩化学物質を使用した電解採取の効率対ｐＨのプロットである。Ｆｅめっき効率は、硫酸塩化学物質においてｐＨは２以上で８０％超である。 例示的酸再生セルの図である。例えば、このセルは、９７％超のファラデー効率のために４００ｍＡ／ｃｍ２で動作し得る。 塩酸化学物質において、ＨＣｌの濃度を介したｐＨ制御下で水素発生が２未満のｐＨで著しく高い速度で生じることを示すＣＶ掃引チャートである。 １Ｍ ＮＨ４Ｃｌ（図１６Ａ）又は１Ｍ（ＮＨ４）ＳＯ４（図１６Ｂ）の存在下での２０℃（図１６Ａ）及び６０℃（図１６Ｂ）における電流密度対電圧のプロットであり、パラメータは挿入図にまとめられている。塩化物は、室温で硫酸塩より低い水素生成を有し、６０℃で同様の速度を有する。 １Ｍ ＮＨ４Ｃｌ（図１６Ａ）又は１Ｍ（ＮＨ４）ＳＯ４（図１６Ｂ）の存在下での２０℃（図１６Ａ）及び６０℃（図１６Ｂ）における電流密度対電圧のプロットであり、パラメータは挿入図にまとめられている。塩化物は、室温で硫酸塩より低い水素生成を有し、６０℃で同様の速度を有する。 Ｆｅ（ＩＩ）／Ｆｅ（ｓ）（図１７Ａ）及びＦｅｅ（ＩＩＩ）／Ｆｅ（ＩＩ）化学物質の電流密度対電圧のプロットであり、ある特定のパラメータが挿入図にまとめられている。塩化物濃度を増加させると、Ｆｅ（ＩＩ）／Ｆｅ（ｓ）及びＦｅ（ＩＩＩ）／Ｆｅ（ＩＩ）対の両方の可逆性が改善される。 Ｆｅ（ＩＩ）／Ｆｅ（ｓ）（図１７Ａ）及びＦｅｅ（ＩＩＩ）／Ｆｅ（ＩＩ）化学物質の電流密度対電圧のプロットであり、ある特定のパラメータが挿入図にまとめられている。塩化物濃度を増加させると、Ｆｅ（ＩＩ）／Ｆｅ（ｓ）及びＦｅ（ＩＩＩ）／Ｆｅ（ＩＩ）対の両方の可逆性が改善される。 本明細書に記載の鉄変換プロセスを実行するように構成された化学プラントを示す概略図である。 酸再生セルの電流電圧曲線の例である。 めっきセルの電流－電圧曲線の例である。 鉄鉱石の商業的供給源が、実質的な量の針鉄鉱及びヘマタイトを含有することを示す（図２１Ａ）ＸＲＤスペクトログラフである。４５０℃での熱処理後、針鉄鉱はより高い表面積を有するヘマタイトに完全に変換される（図２１Ｂ）。４％水素雰囲気中で４５０℃での熱処理後、マグネタイトへのほぼ完全な還元が達成される（図２１Ｃ）。 鉄鉱石の商業的供給源が、実質的な量の針鉄鉱及びヘマタイトを含有することを示す（図２１Ａ）ＸＲＤスペクトログラフである。４５０℃での熱処理後、針鉄鉱はより高い表面積を有するヘマタイトに完全に変換される（図２１Ｂ）。４％水素雰囲気中で４５０℃での熱処理後、マグネタイトへのほぼ完全な還元が達成される（図２１Ｃ）。 鉄鉱石の商業的供給源が、実質的な量の針鉄鉱及びヘマタイトを含有することを示す（図２１Ａ）ＸＲＤスペクトログラフである。４５０℃での熱処理後、針鉄鉱はより高い表面積を有するヘマタイトに完全に変換される（図２１Ｂ）。４％水素雰囲気中で４５０℃での熱処理後、マグネタイトへのほぼ完全な還元が達成される（図２１Ｃ）。 本明細書に記載のプロセスの１つ又は複数によって生成された鉄からグリーン鋼及びグリーン鋼製品を作製するためのプロセスを示すプロセスフロー図である。 酸素発生を第二鉄から金属鉄への還元から切り離すための酸化還元メディエータ対の使用を示す概略図である。
化合物及び命名法に関する記述
[0050]一般に、本明細書において使用される用語及び語句は、当技術分野において認識されているそれらの意味を有し、これは、標準的な教本、定期刊行物の参考文献、及び当業者に知られている文脈を参照することにより見出すことができる。以下の定義は、本開示の文脈におけるその特定の使用を明確にするために提供される。
[0051]様々な実施形態において、本開示は、比較的低純度の鉄原料材料を含む様々な鉄源材料から純粋な鉄を生成するための効率的な低温水性湿式精錬プロセスを可能にするためのプロセス、システム及び方法を提供する。広い意味では、鉄原料材料が酸性水溶液に溶解され、金属鉄が電解めっきされ、固体として取り出される。様々な実施形態において、鉄原料材料又は水性鉄は、１つ又は複数のプロセスステップ中に１つの形態から別の形態に変換され得る。
[0052]本明細書において使用される場合、「純粋な鉄」及び「高純度の鉄」という用語は、鉄源材料より高純度であり、許容され得る程度に低い量の１種又は複数種の不純物を含有する金属鉄材料を指すように、相対的な意味で使用される。
[0053]本明細書において使用される場合、「鉄源材料」及び「鉄原料」という用語は、本明細書に記載の様々なシステム及び方法への入力として使用され得る鉄含有材料を指すように同義的に使用される。「鉄源材料」及び「鉄原料」は、任意の形態の鉄、例えば酸化鉄、水酸化鉄、オキシ水酸化鉄、炭酸鉄、或いは天然の状態又は選鉱若しくは精製された状態の他の鉄含有化合物、鉱石、岩石又は鉱物（それらの任意の混合物を含む）を含み得る。「鉄含有鉱石」又は単に「鉄鉱石」という用語は、天然の状態であるか又は選鉱若しくは別様に精製若しくは修飾された状態であるかを問わず、当技術分野において鉄鉱石（複数種可）、岩石（複数種可）、天然石（複数種可）、沈降物（複数種可）、天然沈降物（複数種可）、鉱物、及び／又は天然鉱物（複数種可）として認識されているか、知られているか、又は呼ばれている材料を含み得る。本明細書に記載のプロセス及びシステムのいくつかの実施形態は、ヘマタイト、針鉄鉱、マグネタイト、リモナイト、菱鉄鉱、アンケライト、ターガイト、ボーキサイト、又はそれらの任意の組合せを含む鉄鉱石に特に有用であり得る。
[0054]任意選択で、鉄源材料又は鉄原料は、これらに限定されないが、鉄塵（例えば、高炉、酸素炉、電気アーク炉等での製鉄又は製鋼プロセスの副生成物として生成される微細粒子）、鉄粉、屑鋼、及び／又は屑鋳鉄等の鉄金属材料を含み得る。「鉄源材料」及び「鉄原料」はまた、一般的には「不純物」と呼ばれる様々な他の非鉄材料を含有し得る。
[0055]本明細書において使用される場合、「不純物」という用語は、所望の最終生成物材料（例えば鉄）以外の元素又は化合物を指す。様々な実施形態において、生成物材料の意図される最終用途に応じて、所与の元素又は化合物が「不純物」と考えられてもよいか、又は考えられなくてもよい。いくつかの場合において、１つのプロセス又はサブプロセスにとっては不純物となり得る１種又は複数種の元素又は化合物は、二次生成物材料として単離又は精製、収集、及び販売されてもよい。
[0056]本明細書の様々な実施形態において、様々な組成物、化合物、又は溶液が、本明細書に記載の目的に十分な程度まで実質的に「単離」又は「精製」され得る。様々な実施形態において、実質的に精製された組成物、化合物又は配合物（例えば、第一鉄溶液、第二鉄溶液、又はめっきされた金属鉄）は、（例えば、イオン濃度のモル濃度により、又は重量により）９０％、任意選択でいくつかの用途においては９５％、任意選択でいくつかの用途においては９９％、任意選択でいくつかの用途においては９９．９％、任意選択でいくつかの用途においては９９．９９％、任意選択でいくつかの用途においては９９．９９９％純粋な化学的純度を有し得る。
[0057]本明細書でなされる「タンク」への言及は、必要に応じて高酸性又は苛性水溶液等の液体を収容するのに好適な任意の槽を含むことを意図する。いくつかの実施形態において、そのような槽は、槽の固体及び／又は液体内容物の混合を補助又は改善するための追加の特徴又は構成要素を含んでもよい。例えば、溶解タンクは、溶液又は固体／液体混合物を撹拌するための受動的又は能動的に動作する構造又は特徴を含んでもよい。本明細書のシステム及び方法において有用な溶解タンク又は他のタンクはまた、タンクの固体及び／又は液体内容物中に、又はそれを通してガスをスパージするのを可能にして、タンク内の固体及び／又は液体材料とのガスの接触を増加させるための特徴を含んでもよい。また、様々なタンクが、液体から固体を収集及び分離するために、バスケット、篩、パン、フィルタ、又は他の構造を含んでもよい。いくつかの実施形態において、タンクは、その中の混合物を撹拌するような様式でタンクを通る液体又は気体の流れを誘導するように構成されてもよい（例えば、流動誘導構造、ポンプ、羽根車、邪魔板、羽根車、撹拌棒、撹拌ブレード、振動子、サイクロン流路等）。
[0058]本明細書に記載のいくつかの実施形態において、鉄鉱石を鉄金属に変換するためのシステム（すなわち「鉄変換システム」）は、２つ以上のサブシステムを備えてもよい。いくつかの実施形態は、鉄含有原料の成分が水溶液に溶解される「溶解サブシステム」を含む。いくつかの実施形態は、溶解した鉄が「電気めっき」（又は単純に「めっき」）プロセスにおいて鉄金属に電気化学還元される「鉄めっきサブシステム」をさらに含む。鉄金属は、その後鉄めっきサブシステムから取り出されてもよい。
[0059]いくつかの実施形態において、水性鉄含有溶液が、溶解サブシステムから出た後、及びめっきサブシステムに運搬される前に、「移行サブシステム」に移送され、そこで処理されてもよい。移行サブシステム内での処理は、ｐＨ調節、不純物除去、濾過、又は他のプロセスを含んでもよい。いくつかの実施形態において、上記サブシステムのいずれも、流体運搬導管（パイプ、チャネル、トラフ等）と、弁、ポンプ、膨張チャンバ、気体－液体セパレータ、固体－液体セパレータ、フィルタ、又は他の同様のデバイスを含む任意の数の流動制御デバイスとの任意の組合せを含んでもよい「サブシステム間流体接続」によって、互いに流体的に結合されてもよい。
[0060]「鉄電気めっき」（又は本明細書において同義的に使用される「鉄めっき」）という用語は、溶解した鉄がカソード表面上で金属鉄に電気化学還元されるプロセスを指す。「電着」、「電鋳」及び「電解採取」という等価の用語もまた、本明細書において「鉄電気めっき」と同義的に使用される。電気めっきされた鉄の形状又は形態因子は、その用語のいかなる定義によっても「プレート」である必要はない。例えば、電気めっきされた鉄は、任意の形状又は形態をとり得、本明細書の様々な実施形態において説明されるように任意の好適なカソード表面上に析出され得る。
[0061]「溶解ステップ」という用語は、酸化鉄材料の溶解を含むがこれに限定されない、溶解サブシステム内で生じるプロセス、及び、酸再生セル内でのＦｅ３＋イオンをＦｅ２＋イオンに電気化学還元する請求されるステップを含むがこれに限定されない、「酸再生セル」内で、又はそれを介して生じる電気化学的プロセス（複数可）を含む。溶解ステップのプロセスはまた、第１の電気化学セル内で水又は水素ガスを酸化して、例えばプロトンを生成することを含んでもよく、これは、鉄含有原料の溶解を促進するために使用される（プロトンの形態の）酸の再生を可能にし得る。
[0062]「鉄めっきステップ」という用語は、本明細書において「めっきセル」とも呼ばれる「めっきセル」内でのＦｅ２＋イオンをＦｅ金属に「電気化学還元する」ステップを含むがこれに限定されない、請求される「めっきセル」内で、又はそれを介して生じる電気化学プロセス（複数可）を含むがこれに限定されない、鉄めっきサブシステム内で生じるプロセス（複数可）を含む。鉄めっきプロセスはまた、Ｆｅ２＋イオンの第２の部分を酸化してＦｅ３＋イオンを形成することを含んでもよい。いくつかの実施形態において、そのようなＦｅ２＋イオンは、第１の電気化学セルから、又はシステムの別の部分から供給されてもよい。
[0063]本明細書において使用される場合、別段に指定されない限り、「第一鉄溶液（ｆｅｒｒｏｕｓ ｉｒｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）」又は「第一鉄溶液（ｆｅｒｒｏｕｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）」は、少なくとも大部分（すなわち５０％～１００％）がＦｅ２＋（すなわち「第一鉄」）イオン状態であり、溶解した鉄の残りが「第二鉄」Ｆｅ３＋状態である、溶解した鉄を含有する水溶液を指し得る。同様に、「第一鉄イオン」という用語は、第一鉄（Ｆｅ２＋）状態の１つ又は複数のイオンを指す。
[0064]本明細書において使用される場合、別段に指定されない限り、「第二鉄溶液（ｆｅｒｒｉｃ ｉｒｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）」又は「第二鉄溶液（ｆｅｒｒｉｃ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）」は、少なくとも大部分（すなわち５０％～１００％）がＦｅ３＋（すなわち「第二鉄」）イオン状態であり、溶解した鉄の残りが「第一鉄」Ｆｅ２＋状態である、溶解した鉄を含む水溶液を指し得る。同様に、「第二鉄イオン」という用語は、第二鉄（Ｆｅ３＋）状態の１つ又は複数のイオンを指す。「第二鉄溶液」又は「第一鉄溶液」のいずれかはまた、不純物を含む他の溶解したイオン又はコロイド状若しくは微粒子材料を含有してもよい。
[0065]本明細書において使用される場合、「ＰＥＭ」又は「プロトン交換膜」へのいずれの言及も、「ＣＥＭ」又は「カチオン交換膜」も含むものとして解釈され得、これらの用語は両方とも、正電荷を有するカチオン及び／又はプロトンを選択的に通過させる任意の利用可能な膜材料を含み得る。「ＡＥＭ」という略語は、負電荷を有する水性イオンに選択的なアニオン交換膜を指すように使用され、任意の利用可能なアニオン選択性膜を含む。
[0066]本明細書において使用される場合、水性プロトン及び電気化学的に生成されたプロトンは、水性プロトン及び水性ヒドロニウムイオンを含むことを意図する。
[0067]本明細書において使用される場合、「未加工鉱石」という用語は、本明細書に開示される実施形態に従って熱還元また空気焙焼されていない鉄含有鉱石を指す。未加工鉱石は、任意選択で鉄含有原鉱である。
[0068]本明細書において使用される場合、電気化学的に生成されたイオン、例えば電気化学的に生成されたプロトン及び電気化学的に生成された鉄イオン（例えばＦｅ２＋、Ｆｅ３＋）は、電気化学反応において生成又は生産されたイオンを指す。例えば、アノードでの水の電気化学的酸化は、電気化学的に生成されたプロトン及び電気化学的に生成された酸素であってもよい。
[0069]本明細書において使用される場合、「熱還元」という用語は、還元剤の存在下での高温での熱処理を指す。熱還元はまた、当技術分野において還元焙焼とも呼ばれる。任意選択で、熱還元は、２００℃～６００℃の範囲から選択される温度で行われる。任意選択で、還元剤は、水素（Ｈ２）ガスを含むガスである。熱還元の追加的な説明及び潜在的に有用な実施形態は、その全体が本明細書に組み入れられる以下の参考文献中に見出すことができる：「Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅｍａｔｉｔｅ ｏｒｅ ｆｉｎｅｓ ｔｏ ｍａｇｎｅｔｉｔｅ ｏｒｅ ｆｉｎｅｓ ａｔ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ」、Ｈｉｎｄａｗｉ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｖｏｌｕｍｅ ２０１７、Ａｒｔｉｃｌｅ ＩＤ １９１９７２０。
[0070]本明細書において使用される場合、「寄生水素」又は「鉄電気めっきプロセスの寄生水素発生反応」からの水素（Ｈ２）という用語は、同じ電気化学セル内で鉄電気めっき反応（例えばＦｅ２＋からＦｅ又はＦｅ３＋からＦｅ２＋を経てＦｅ）と同時に起こる副反応によって電気化学的に生成される水素（Ｈ２）ガスを指す。寄生水素発生に関する追加的な説明及び潜在的に有用な実施形態は、その全体が本明細書に組み入れられる以下の参考文献中に見出すことができる：「Ａｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｉｒｏｎ ｐｌａｔｉｎｇ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ａｎ ａｌｌ－ｉｒｏｎ ｆｌｏｗ ｂａｔｔｅｒｙ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ １６２（２０１５）Ａ１０８。
[0071]本明細書において使用される場合、「空気焙焼」という用語は、空気の存在下で高温で行われる熱処理を指す。鉄含有鉱石等の鉱石の空気焙焼は、鉱石を細かくし得るか、又は鉱石の平均粒子サイズを減少させ得る。任意選択で、空気焙焼は、３００℃～５００℃の範囲から選択される温度で行われる。空気焙焼の追加的な説明及び潜在的に有用な実施形態は、その全体が本明細書に組み入れられる以下の参考文献中に見出すことができる：「Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｗｏ ｌｉｍｏｎｉｔｉｃ ｉｒｏｎ ｏｒｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ２５０℃ ａｎｄ ９５０℃」、Ｒｅｖｉｓｔａ ｄｅ ｌａ Ｆａｃｕｌｔａｄ ｄｅ Ｉｎｇｅｎｅｒｉａ、ｐ．３３（２０１７）。
[0072]本明細書において使用される場合、「酸化還元対」という用語は、電気化学反応又は半電池反応の還元種及び酸化種に対応する、イオン及び／又は分子等の２つの化学種を指す。例えば、Ｆｅ３＋イオンからＦｅ２＋イオンへの電気化学還元において、対応する酸化還元対はＦｅ３＋／Ｆｅ２＋であり、Ｆｅ３＋は酸化種であり、Ｆｅ２＋は還元種である。本明細書において使用される場合、酸化還元対が記載される順番（例えばＦｅ３＋／Ｆｅ２＋対Ｆｅ２＋／Ｆｅ３＋）は、どの種が還元種であり、どの種が酸化種であるかを示すことを意図しない。酸化還元対の追加的な説明及び潜在的に有用な実施形態は、その全体が本明細書に組み入れられる以下の参考文献中に見出すことができる：「Ｒｅｄｏｘ － Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」： Ｂｏｏｋ ｂｙ Ｍｏｈａｍｍｅｄ Ｋｈａｌｉｄ、Ｃｈａｐｔｅｒ ５：Ｒｅｄｏｘ Ｆｌｏｗ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ。
[0073]本明細書において使用される場合、「定常状態」及び「定常状態の」という用語は、一般に、プロセス、方法ステップ、反応（複数を含む）、溶液、（サブ）システム等の動作又は実行中に真でない場合よりも真である場合のほうが長い、プロセス、方法ステップ、反応（複数を含む）、溶液、（サブ）システム等を特徴付ける条件又は条件のセットを指す。例えば、鉱石又は原料の溶解は、定常状態条件により特徴付けることができ、定常状態条件は、溶解が生じている時間の少なくとも５０％、任意選択で少なくとも６０％、任意選択で少なくとも７０％、任意選択で少なくとも８０％、任意選択で少なくとも９０％、任意選択で少なくとも９５％の間真である。例えば、定常状態条件は、原料の溶解等のプロセスの過渡的な始動及び停止段階を特徴付ける状態を除外し得る。
[0074]「カソードチャンバ」という用語は、カソード、又はその表面の少なくとも一部、及びカソード液を含む領域、区画、槽等を指す。「アノードチャンバ」という用語は、アノード、又はその表面の少なくとも一部、及びアノード液を含む領域、区画、槽等を指す。
[0075]本明細書において使用される場合、「鉄に富む溶液」という用語は、鉱石溶解サブシステム内で形成される鉄イオンに富む溶液に対応する、「鉄の鉄に富む溶液」又は「第一鉄生成物溶液」とも呼ばれ得る。
[0076]本明細書において使用される場合、「鉱石溶解サブシステム」という用語はまた、「溶解サブシステム」、「第１のサブシステム」、及び「ステップ１」とも呼ばれ得る。「溶解サブシステム」は、本明細書に記載の「酸再生器」を含む。
[0077]本明細書において使用される場合、「鉄めっきサブシステム」という用語はまた、「第２のサブシステム」及び「ステップ２」とも呼ばれ得る。
[0078]本明細書において使用される場合、「沈殿ｐＨ」という用語は、言及される１種又は複数種のイオン又は塩が、ホスト水溶液から沈殿するのに熱力学的に有利であるか、又は沈殿することが推定されるｐＨを指す。一般に、水溶液に溶解したイオン及び塩の溶解度は、水溶液のｐＨに依存し得る。酸性領域においてｐＨが増加すると、多くの金属イオンは金属水酸化物を形成し、金属水酸化物は、減少する溶解度に起因してホスト溶液から沈殿する傾向がある。本明細書において、沈殿ｐＨは、所与のイオン又は塩の溶解度が濃度閾値を下回る点に対応するｐＨとして定義される。沈殿ｐＨは、それより上では所与のイオン又は塩の溶解度が１ｍＭ未満、任意選択で０．１ｍＭ未満である上限値であってもよい。
[0079]本明細書において使用される場合、「金属鉄」という用語は、これらに限定されないが、屑鉄、電気めっきされた鉄、鉄粉等の金属鉄を含む材料を指す。
[0080]本明細書において使用される場合、「支持塩」及び「支持イオン」という用語はそれぞれ、ホスト溶液の導電性を増加させるために、支持電解質に対応するか若しくは支持電解質として機能する、又は、少なくとも部分的に、溶解時に支持電解質を形成する塩及びイオンを指す。いくつかの実施形態において、例えば、溶解サブシステム及びめっきサブシステムのいずれの電解質及び溶液も、溶解した鉄種、酸、及び追加的に、電解質の導電性を向上させるように支持電解質として機能する不活性塩を含有してもよく、これは低い第一鉄濃度において特に有益となり得、導電性を向上させるように支持電解質として機能する不活性塩は、支持塩と呼ばれ得る。支持塩は、任意の電気化学的に不活性な塩、例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸アンモニウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム等、又は塩の組合せを含み得る。溶液中の支持塩の濃度は、使用される場合、例えば約０．１～約１Ｍの範囲であってもよい。
[0081]本明細書において使用される場合、「ｗｔ．％」又は「ｗｔ％」という用語は、重量パーセント、又は質量によるパーセンテージとして表現される質量分率を指す。「ａｔ．％」又は「ａｔ％」という用語は、原子パーセント、又は所与の物質、例えば分子、化合物、材料、ナノ粒子、ポリマー、分散体等における全原子に対するある種類の原子のパーセンテージとして表現される原子比率を指す。「ｍｏｌ．％」という用語は、モルパーセント又はモルによるパーセントを指す。「ｖｏｌ．％」という用語は、体積パーセントを指す。
[0082]本明細書において使用される場合、「及び／又は」という用語は、本明細書の説明及び特許請求の範囲において、及び／又はという用語が現れるリストからの単一要素のみ、又は要素の任意の組合せを指すように本明細書において使用される。換言すれば、「及び／又は」という用語を有する２つ以上の要素のリストは、列挙された要素のうちの個々の要素のいずれかのみを有するか、又はそれらの任意の組合せを有する実施形態を包含することを意図する。例えば、「要素Ａ及び／又は要素Ｂ」という語句は、要素Ａのみを有するか、要素Ｂのみを有するか、又は要素Ａ及びＢの両方を合わせて有する実施形態を包含することを意図する。例えば、「要素Ａ、要素Ｂ、及び／又は要素Ｃ」という語句は、要素Ａのみを有するか、要素Ｂのみを有するか、要素Ｃのみを有するか、要素Ａ及びＢを合わせて有するか、要素Ａ及びＣを合わせて有するか、要素Ｂ及びＣを合わせて有するか、又は要素Ａ、Ｂ及びＣを合わせて有する実施形態を包含することを意図する。
[0083]本明細書で使用される場合、「±」という用語は、「Ｘ±Ｙ」（Ｘ及びＹはそれぞれ独立して数字である）がＸ－Ｙ～Ｘ＋Ｙの範囲から選択される値の包含的範囲を指すように、値の包含的範囲を指す。「Ｘ±Ｙ」（Ｙはパーセンテージ（例えば１．０±２０％）である）の場合、値の包含的範囲は、Ｘ－Ｚ～Ｘ＋Ｚ（ＺはＸ×（Ｙ／１００）に等しい）の範囲から選択される。例えば、１．０±２０％は、０．８～１．２の範囲から選択される値の包含的範囲を指す。
［詳細な説明］
[0084]以下の説明において、本明細書に記載の様々な発明の正確な性質の完全な説明を提供するために、デバイス、デバイス構成要素及び方法の多くの特定の詳細が記載される。しかしながら、様々な発明は、これらの特定の詳細がなくても実践され得ることが、当業者には明らかであろう。いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、本明細書に開示されるデバイス及び方法に関連する基本原理の考え又は理解の議論が、本明細書においてなされ得る。任意の機構的説明又は仮説の最終的な正確性とは無関係に、デバイス及び方法の実施形態は、それにもかかわらず機能し有用であり得ることが認識される。
[0085]１兆円規模の商品である鋼は、３ギガトン又は１年当たりの地球規模の二酸化炭素排出量の約１０％を占める産業界の基礎的構成要素である。従来の製鋼プロセスは、コークス（精製された石炭）が鉄鉱石の還元剤として（すなわち酸化鉄を鉄金属に還元するために）使用され、石炭が鉄を加熱及び溶融するための燃料として使用されるため、大量のＣＯ２排出量を生成する。石炭ベースの鉄及び鋼生産は、何世紀にもわたって最も一般的で安価なプロセスであった。残念ながら、真の社会的コストは現在まで只々先送りにされており、増加する大気中のＣＯ２は、ますます壊滅的な気候変動を引き起こす脅威となっている。
[0086]再生可能なゼロカーボンエネルギーのコストが下降するに従い、製鋼のための化石燃料からクリーンな電気への転換が、徐々に魅力的な代替手段となっている。しかしながら、再生可能エネルギー生成源の断続的な性質や、鉄鉱石の溶解及び還元並びに不純物の除去の複雑さが、電気駆動の鉄生産を非常に困難なものとしている。
[0087]再生可能エネルギーの断続性との適合性の必要性は、特に、高温を維持するためにエネルギーの大量バックアップ貯蔵が利用可能でない限り停止又は中断が困難である高温プロセスと相容れない。したがって、再生可能エネルギーの断続性との良好な適合性をも示す、鉄鉱石から十分に純粋な鉄を生成するための低温での電気ベースプロセスが必要とされている。
[0088]湿式精錬及び鉄加工の分野における当業者たちの間での従来の見識では、鉄原料、特に酸化鉄鉱石の溶解速度に対する認識される熱力学的及び経済的制約に起因して、鉄の湿式精錬加工が経済的に非現実的であることが示唆されている。そのような当業者は、酸性溶液と接触したＦｅ２＋、Ｆｅ３＋、及びＦｅ０状態の間の電気化学的「シャトル」の可能性に起因して、電気めっきにより鉄を効率的に抽出する能力をさらに疑問視している。本明細書におけるシステム及び方法は、これらの認識される障害を克服するための様々なメカニズムを提供する。
[0089]様々な実施形態において、本開示は、他の利用可能な製鉄及び製鋼プロセスに不適合となり得る比較的低純度の鉄原料材料を含む様々な鉄源材料から比較的純粋な金属鉄を生成するための効率的な低温水性冶金プロセスを可能にするためのプロセス、システム及び方法を提供する。本明細書に記載のもの等の溶液ベース鉄抽出プロセスは、一般に、クリーンな電気エネルギー源を使用することによって、温室ガスを排出せずに、様々な純度の鉄原料材料からの不純物の極めてコスト効率的な分離及び除去を可能にする。いくつかの場合において、１つのプロセスステップ中に生成された廃棄物材料は、他のプロセスステップを改善するために有利に使用され得る。これらの、及び他の利点の様々な例は、本明細書における説明から明らかとなるであろう。
[0090]本明細書に記載の様々な実施形態において、鉄原料を酸性溶液に溶解し、任意選択で溶液を処理していくつかの不純物を除去し、次いで溶液から、取り出されて鋼又は他の金属含有生成物を作製するためにその後のプロセスで使用され得る固体形態に金属鉄を電解析出させることによって、鉄原料（ほとんどの鉄含有鉱石等の多量の酸化鉄を含むものを含む）から金属鉄が抽出され得る。
[0091]ほとんどの酸化鉄鉱石は、鉄（ＩＩＩ）状態の鉄を含有する。例えば、極めて一般的な鉱物であるヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）は完全に鉄（ＩＩＩ）状態であり、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）はＦｅ（ＩＩ）に加えてＦｅ（ＩＩＩ）を含有する。溶解すると、ヘマタイトはＦｅ３＋イオンに解離し、マグネタイトはＦｅ３＋及びＦｅ２＋イオンの両方に解離する。鉄を電解析出させるためには、いかなるＦｅ３＋もまずＦｅ２＋に還元される必要がある。本明細書に記載のシステム及び方法のいくつかの実施形態において、Ｆｅ３＋からＦｅ２＋への還元、及び電気めっきは、単一の電気分解セル内で行われ得るが、典型的には、水素ガスを形成するプロトンの付随的な電気化学還元に起因する実質的な寄生水素発生という犠牲を伴う。いくつかの実施形態において、そのような水素発生は、セルからの電荷及び反応物質を消費するため「寄生」と呼ばれ、ある特定の条件下では、より望ましい反応、例えばＦｅ２＋からＦｅへの還元よりも熱力学的に有利となり得る。本明細書の他の実施形態において、Ｆｅ３＋からＦｅ２＋への還元、及び電解析出ステップは、２つの別個の電解セルに分離される。これは、プロセスの切り離しを可能にし、不純物除去及びシステムにおける他の有益なプロセスをさらに容易化する。
[0092]本明細書に開示されるシステム及び方法の任意選択の特徴、利益、及び／又は実施形態は、以下のいずれかを含み得る：（ｉ）塩酸、硫酸、リン酸、硝酸、酢酸、シュウ酸、クエン酸、ホウ酸、過ホウ酸、炭酸、メタンスルホン酸、又はこれらの若しくは他の酸の任意の混合物若しくは組合せを含むがこれらに限定されない任意の酸が、鉄原料材料の溶解に使用され得る；（ｉｉ）鉄原料は、屑鋼、屑鋳鉄、鉄塵、鉄粉、鉄鉱石又は他の鉄含有鉱石を含む、本明細書に記載のもの等のシステムにおいて酸に溶解し得る任意の鉄含有材料を含み得る；（ｉｉｉ）鉄鉱石は、これらに限定されないが、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）、マグへマイト、フェリハイドライト、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）等の任意の酸化鉄、又は針鉄鉱（ＦｅＯＯＨ）、赤金鉱、レピドクロサイト、フェリハイドライト、リモナイト等の水酸化物、又はこれらの任意の組合せを含み得る；（ｉｖ）本明細書に記載の様々な電気化学セル及びシステムは、０未満から７までの酸性範囲内の広範囲のｐＨで操作され得る；及び／或いは（ｖ）水素酸化又は他の反応を使用して、電気化学セルのアノードでの水の酸化を置き換えることができる。
[0093]大量製鋼のための純粋な鉄を作製するためには、鉄含有原料が比較的低コストの鉄源材料であることが望ましい。鉄鉱石は広範囲の純度で存在し、一般的な不純物は、シリケート、カオリナイト（シリケート粘土鉱物）、リン、アルミニウム、硫黄、マグネシウム、カルシウム及び他の元素又は鉱物の化合物を含む。既存の製鋼プロセスは、比較的高純度の鉄鉱石を必要とするため、多量の不純物を含む低純度鉱石及び屑材料はより低いコストで利用可能となり得る。本明細書に記載の様々な水性鉄生産システム及び方法は、高純度鉄鉱石、低純度鉄鉱石、鉄若しくは鋼屑、鉄塵、又はさもなくば既存の大量製鋼プロセスとの不適合性に起因して廃棄物と考えられるであろう多くのものを含む他の鉄含有原料材料を含む、任意の純度の鉄原料を用いて使用され得る。例えば、採鉱及び鉱石選鉱プロセスからの「微粉」又は「尾鉱」もまた、本明細書のシステム及び方法の様々な実施形態において鉄原料材料として使用され得る。
[0094]いくつかの実施形態において、鉄鉱石（及び他の鉄原料）は、原料材料を酸に溶解することにより水溶液に変換され得るが、このプロセスは低温では必ずしも容易又は迅速ではない。本明細書では、いくつかの鉄原料材料を前処理して溶解プロセス及び／又はその後の不純物除去を改善するためのいくつかの例示的実施形態が提供される。これらは、有利には、他のプロセスステップにより生成された廃棄物材料の再利用を含み得る。
[0095]鉄は、溶解した鉄塩を含有する溶液の電気めっきを介して低温（広義には１２０℃未満として、いくつかの特定の実施形態では８０℃未満又は７０℃未満として定義される）で作製され得る。高温を継続的に維持する必要がなく、そのような低温プロセスは、再生可能エネルギー源の断続性へのはるかに高い適合性を有する。
[0096]本明細書の様々な実施形態において、水溶液に溶解した鉄は、単一段階又は複数段階のいずれかで金属鉄に電気化学的に変換され得る。鉄は、溶液中で「第二鉄」Ｆｅ３＋イオン又は「第一鉄」Ｆｅ２＋イオンの形態で存在し得る。任意の溶解したＦｅ３＋イオンを鉄金属（Ｆｅ０）に変換するためには、それらはまずＦｅ２＋イオンに還元されなければならない。いくつかの実施形態において、Ｆｅ３＋からＦｅ２＋への還元及びＦｅ２＋からＦｅ０への還元は、単一セル内で行われてもよい。他の実施形態において（例えば本明細書において図２～図６を参照して説明されるように）、第二鉄Ｆｅ３＋から第一鉄Ｆｅ２＋への還元は、Ｆｅ２＋から金属鉄Ｆｅ０への還元から切り離されてもよい。
単一段階の鉄変換
[0097]いくつかの実施形態において、金属鉄は、電気化学セルのカソードチャンバ内での電気めっきを介して（酸への鉄原料の溶解からの）第二鉄及び／又は第一鉄を鉄金属に還元しながら、アノード半電池チャンバにおいて水を酸化して酸素を生成することによって作製され得る。
[0098]鉄原料材料は、原料を酸に溶解することによって（例えば本明細書の別の箇所で様々な実施形態において説明されるように）水溶液に変換され得る。溶液となったら、第二鉄は電解電気化学セルを使用して鉄金属に直接変換され得、以下の式に従って、第二鉄から金属鉄への還元がカソードで生じ、水から酸素への酸化がアノードで生じる。
アノードでの半反応：Ｈ２Ｏ→２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ（式１）
カソードでの半反応：Ｆｅ３＋＋３ｅ→Ｆｅ（式２）
全体の反応：２Ｆｅ３＋＋３Ｈ２Ｏ→６Ｈ＋＋３／２Ｏ２＋２Ｆｅ（式３）
[0099]図１Ａは、このプロセスによる変換の概略図を示す。しかしながら、酸への鉄鉱石酸化物の溶解は一般に迅速ではなく、ほとんどの場合第二鉄（Ｆｅ３＋）塩を生成する。溶解した鉱石溶液中の主に第二鉄塩の存在は、溶液中の第二鉄とめっきされた鉄金属との間の相互作用のために不十分な金属鉄めっきをもたらし得る。より深刻なことに、電気化学セルのセパレータ膜としてプロトン交換膜（ＰＥＭ）が使用される場合、めっき側でもあるカソード側で酸が生成される。その結果、生成された酸はめっきされた鉄を攻撃して、セル内の極めて低いクーロン（又はファラデー）効率をもたらす傾向がある。
[00100]さらに、酸性溶液の低いｐＨは、鉄めっき中に寄生水素発生反応をもたらし得る。そのような水素発生は、１段階鉄変換プロセスのクーロン（又はファラデー）効率をさらに低下させる。しかしながら、生成されるいかなる水素も、本明細書の別の箇所で説明されるように捕捉されて別の目的に再利用され得る。
[00101]代替として、図１Ｂに示されるように、アニオン交換膜（ＡＥＭ）が使用されてもよい。この場合、酸はアノード側で生成され、酸によるめっきされた鉄の直接的な攻撃は防止されるが、酸は、水側と混合されて著しい希釈をもたらし、酸は、鉄鉱石溶解においてさらに使用するために容易には回収され得ない。これは、回収不可能な酸及び大量の酸廃棄物生成を暗に意味する。
[00102]代替の実施形態において、電解セルのアノードでの水の酸化の代わりに、水素ガスのストリームがアノードチャンバに誘導されてアノードで酸化され得る。いくつかの実施形態において、そのような「水素脱分極」アノードは、酸素発生アノードのいくつかの実施形態において必要とされ得るものよりも低コストの材料で作製され得る。様々な実施形態において、そのような実施形態での水素は、水素貯蔵システムから、又は水電解槽（例えばＰＥＭ水電解槽、ＡＥＭ水電解槽、若しくはアルカリ水電解槽）等の水素生成システムから供給され得る。
[00103]代替の二段階鉄変換プロセスは、上記の欠点を克服しながら新たな相乗的利点を導入する。
二段階の鉄変換
[00104]図２、図３、図４、及び図６を参照すると、いくつかの実施形態において、鉄変換システム１００は、溶解サブシステム１０２及びめっきサブシステム１３０の２つの主要なサブシステムに分けることができる。溶解サブシステム１０２は、一般に、低温で効率的及び比較的迅速に鉄原料材料１５２を溶解して、溶解鉄溶液１２２を形成するように構成され得る。溶解サブシステム１０２は、溶解鉄溶液１２２がめっきサブシステム１３０内のめっきセル１３２に移送される前に、「酸再生」セル１０４内で溶解鉄溶液１２２中の第二鉄（Ｆｅ３＋）イオンを第一鉄（Ｆｅ２＋）イオンに変換するようにさらに構成され得る。めっきサブシステム１３０は、一般に、溶解した第一鉄イオンを、１４８で取り出されて比較的純粋な鉄として販売され得る固体形態に電解めっきするように構成され得、めっきサブシステム１３０はさらなるめっきのために準備される。めっきセル１３２により溶解鉄溶液１２２から第一鉄が十分に枯渇したら、酸再生セル１０４と併せてその後の溶解で使用するために溶解サブシステム１０２に返送され得る。
[00105]以下でさらに説明されるように、いくつかの実施形態において、溶解鉄溶液１２２はめっきアノード液及びめっきカソード液に分割され得る。めっきアノード液は、めっきアノード液タンク１４４とめっきセル１３２のアノードチャンバ１３８との間で再循環され得、めっきセル１３２内ではめっきアノード液中の種がアノード電極１４０で酸化される。めっきカソード液は、めっきカソード液タンク１４２とめっきセル１３２のカソードチャンバ１３４との間で再循環され得、鉄はカソード電極１０８上に電気めっきされる。鉄は、様々な方法によりめっきセル１３２から１４８で取り出され得、その方法の例は以下で説明される。いくつかの場合において、めっきセルのカソードチャンバ１３４から水素ガスが発生し得る（１４６）。そのような水素ガスは、本明細書に記載の他のサブプロセスにおいて使用するために捕捉及び貯蔵され得る。
[00106]第二鉄から第一鉄への還元を第一鉄から鉄金属への還元から切り離すことは、単一めっきセル内で両方の還元ステップを行うことと比較して、システム１００全体の実質的な改善及びコスト削減を可能にする（例えば図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明されるように）。
[00107]示されるように、酸再生セル１０４は、カソードチャンバ１０６内で第二鉄イオン（原料１２０の溶解中に生成される）を第一鉄イオンに還元しながら、アノード１１２で反応物質源１１６から供給される消耗反応物質を酸化するように構成され得る。いくつかの実施形態において、アノード反応物質は水であってもよく、アノード１１２は、アノードチャンバ１１０から酸素１１１を発生させ得る。代替の実施形態において、酸再生セルアノード１１０は、反応物質源１１６（これは貯蔵システム又は水素生成システム、例えば水電解槽であってもよい）から供給される水素ガス反応物質を酸化するように構成され得る。
[00108]様々な実施形態において、１つ又は複数の処理ステップ１２４、１２６、１２８、１２５、１２７は、材料を取り出すか、又は溶液の１つ若しくは複数の成分の濃度を増加若しくは減少させるために溶解鉄溶液１２２を調節するように実行され得る。例えば、処理ステップ１２４（図２、図６）は、溶解タンク１１８から出る溶解鉄溶液１２２を、溶解中に放出された材料の固体粒子及び／又はコロイド分散体を取り出すように構成された処理槽を通して誘導することを含んでもよい。いくつかの場合において、鉄原料からのシリカがコロイド分散体中のゲル様物質として溶解鉄溶液１２２に入り得、これは酸再生セル１０４内での動作に干渉し得る。処理ステップ１２４は、溶液を凝集剤と、例えばポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、又は溶液からコロイド状シリカを除去する上で効果的であることが知られている他の凝集剤と接触させることを含んでもよい。処理ステップ１２４は、酸再生セル１０４における動作に有害となり得る材料を除去するために必要とされるような任意の他の固体－液体分離技術、デバイス、又は添加剤をさらに含んでもよい。
[00109]めっきサブシステム１３０は、カソード液タンク１４２に流体的に結合したカソードチャンバ１３４内のカソード電極１３６、及びアノード液タンク１４４に流体的に結合したアノードチャンバ１３８内のアノード電極１４０を有する、めっきセル１３２を備えてもよい。めっきセル１３２のカソードチャンバ１３４内では第一鉄イオンがめっきされた金属鉄に還元され得、一方めっきセル１３２のアノードチャンバ１３８内では第一鉄イオンが第二鉄イオンに酸化される。
酸再生により補助された鉄原料の溶解：
[00110]本出願人らは、鉄鉱石（及び他の鉄原料材料）の溶解が、溶解タンク１１８に結合された酸再生セルの使用によって大きく加速され得ることを発見した。図２に示されるように、酸再生セル１０４は、酸再生セル１０４のカソードチャンバ１０６と１つ又は複数の溶解タンク１１８との間で酸溶解溶液１２２を再循環させるように構成され得る。プロトンに酸化可能な消費反応物質１１７（例えば水、水素ガス、又は酸化してプロトンを形成し得る別のガス状若しくは水性物質）の源１１６は、酸再生セル１０４のアノードチャンバに流体的に結合され得る。
[00111]酸再生セル１０４と結合された鉄原料１２０の溶解は、酸水溶液中での鉄原料材料の溶解を含み、酸は電解酸再生セル１０４により電気化学的に再生される。塩酸（ＨＣｌ）溶液に関して図２を参照して一例が以下に記載されるが、プロセスは塩酸に限定されず、硫酸、硝酸、クエン酸、酢酸、ホウ酸、メタンスルホン酸、シュウ酸、又は他の酸を含む任意の酸を用いて実質的に同じ様式で実行され得る。同様に、鉄鉱石原料の一例としてヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）が示されているが、プロセスは、針鉄鉱、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）、菱鉄鉱（ＦｅＣＯ３）、及び他の鉱石並びに任意の他の鉄原料材料を含む全ての他の鉄原料材料に適用される。
[00112]いくつかの実施形態において、鉄原料１２０は、溶解タンク１２２内に導入される前に、ミリング又は粉砕されて所望の範囲内の粒子を形成してもよい。他の実施形態において、原料１２２は、溶解タンク１１８に導入される前に、空気焙焼及び／又は熱還元により前処理されてもよい（図９及び図１０を参照して本明細書で説明されるように）。
[00113]ヘマタイトが塩酸溶液に溶解されると、以下の反応が生じる：
Ｆｅ２Ｏ３＋６ＨＣｌ→２Ｆｅ３＋＋６Ｃｌ－＋３Ｈ２Ｏ（式４）
[00114]ヘマタイトは、塩酸溶液に溶解されると塩化第二鉄となる。酸化鉄の溶解は、一般に迅速な反応ではなく、実験によれば、ヘマタイト溶解の生成物としての塩化第二鉄（ＦｅＣｌ３）の濃度が増加すると、溶解速度が遅くなる傾向があることが示されている。一方、酸濃度の増加は、より迅速な溶解を補助する傾向がある。また、実験によれば、塩化第一鉄（塩化第二鉄の還元形態）等の第一鉄（Ｆｅ２＋）塩を添加すると、同様に溶解速度が増加する傾向があることが示されている。実際に、これらの効果の組合せは、約２４～３０時間未満という許容され得る時間枠内でのヘマタイト又は針鉄鉱鉱石の実質的に完全な溶解をもたらし得る。
[00115]一実施形態において、原料溶解プロセスは、図２に示されるように電気化学プロセスと結合されてもよい。溶解タンク１１８は固体鉄原料１２０（例えば、この例ではヘマタイト及び／又は針鉄鉱）並びに酸溶液１２２（この例では塩酸）で部分的に充填されてもよい。ヘマタイト及び／又は針鉄鉱原料は、酸により部分的に溶解されて塩化第二鉄溶液（すなわち、溶液中でＦｅ３＋及びＣｌ－イオンに解離するＦｅＣｌ３）を形成し、プロセスにおいて酸を消費しながら水を生成し得る。マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）又は菱鉄鉱（ＦｅＣＯ３）等の他の種類の鉄鉱石が使用される場合、第二鉄に加えて塩化第一鉄の形成も生じ得る。
[00116]塩化第一鉄及び第二鉄溶液１２３（図２においてＦｅ２＋＋Ｆｅ３＋と示される）は、溶解タンク１１８から酸再生セル１０４（これは複数のセルのスタックであってもよい）のカソードチャンバ１０６に供給され得る。酸再生セル１０４は、カソード１０８、アノード１１２及びセパレータ膜１１４を含む。セパレータ膜１１４は、プロトン交換膜（ＰＥＭ）（又はカチオン交換膜）、アニオン交換膜（ＡＥＭ）、ポリマー若しくはセラミック微細孔セパレータ、又は他の多孔質セパレータ、アイオノマー、又はこれらの組合せを含む、利用可能な任意の種類のものであってもよい。
[00117]いくつかの実施形態において、アノード１１２で生成されたプロトンをカソードチャンバ１０６に横断させることによってカソード液中で酸（プロトン）の再生を提供するために、酸再生セルセパレータ１１４がＰＥＭ膜又は微細孔セパレータ又はそれらの組合せであることが有利である。リザーバ１１６からの水は、酸再生セル１０４のアノードチャンバ１１０内に供給され得る。セル１０４に電流が印加されると、水は半反応（５）に従って酸化されて酸素ガス及びプロトンを生成する。
アノードでの半反応：Ｈ２Ｏ→２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ（式５）
[00118]プロトン交換膜（ＰＥＭ）又は微細孔セパレータがアノードとカソードとの間のセパレータ膜として使用される場合、水電解（式（５）に従う）により生成されたプロトンは、アノードチャンバ１１０からカソードチャンバ１０６に移動する。
[00119]カソード１０８では、以下に従って第二鉄から第一鉄への還元が生じる。
Ｆｅ３＋＋ｅ→Ｆｅ２＋（式６）
[00120]反応は、酸再生セル１０４内で最後まで鉄金属析出に達することなく、又はさらには単に水素生成に達することなく第一鉄生成で停止するように制御され得ることに留意されたい。鉄の析出は、操作されている電流密度での酸再生セル１０４へのＦｅ３＋イオンの不十分な供給によってもたらされてもよい。すなわち、Ｆｅ３＋イオンが新たに溶解した原料からのＦｅ３＋イオンによって置き換えられるよりも速い速度で（例えば、過度に低い流速又は所与の流速で過度に高い電流で）Ｆｅ２＋に電気化学還元されている場合、次に最も可能性のある反応は、水素ガスを形成する水の還元、次いで鉄析出であろう。これは、生じる場合、定常状態の第二鉄還元を超える少なくとも０．７７Ｖのセル電圧の劇的な増加として検出可能であろう。したがって、第二鉄から第一鉄への変換電位より顕著に高い（例えば０．７７Ｖ以上）セル電圧が検出された場合、水素生成及び／又は鉄析出は、第二鉄溶液の流速を増加させることによって、及び／又は酸再生セル１０４に印加される電流密度を減少させることによって停止されてもよく、さらには防止されてもよい。いくつかの実施形態において、酸再生セル電流密度は、断続的又は再生可能エネルギー電源からの利用可能な電力の増加又は減少が検出又は伝達されるのに応じて増加又は減少され得る。
[00121]一方、いかなる析出された鉄も、再び第二鉄の濃度が上昇すると新たな第二鉄（Ｆｅ３＋）により溶解されるため、酸再生セル１０４におけるある程度の量の鉄析出は必ずしも問題ではない。したがって、いくつかの実施形態において、酸再生セル１０４内での鉄の析出の検出に応じて、カソード液の流速が増加されてもよく、及び／又は、酸再生セル１０４に印加される電流が、第二鉄イオンの濃度の増加に起因して電圧が「正常」範囲に戻るまで増加されてもよい。
[00122]第二鉄溶液が第一鉄溶液に変換されると、同じ結果が生じ得る（すなわち、利用可能なＦｅ３＋の量が印加電流に対して過度に低くなり得る）。したがって、いくつかの実施形態において、酸再生セルを一定電流（ＣＣ）下で操作して、閾値電圧に達するまで電圧を変動させるいわゆるＣＣ－ＣＶプロトコルに従って酸再生セルを操作することが有益となり得、閾値電圧は、鉄析出の開始（又は、第二鉄から第一鉄への変換と鉄めっきとの間の混合ポテンシャル平均電圧）を示す。閾値セル（又は半電池）電圧に達したら、酸再生セル１０４は、閾値電圧以下の一定電圧下で操作され、電流を減少させて漸近的にゼロに近付けることができる。一定電圧は、目標電流若しくは電流密度（例えば、約０．１ｍＡ／ｃｍ２～約１０ｍＡ／ｃｍ２、任意選択で約０．１ｍＡ／ｃｍ２～約０．５ｍＡ／ｃｍ２）に達するまで、又は「十分な」Ｆｅ３＋がＦｅ２＋に変換される十分な期間印加され得る。目標電流及び／又は「十分」に達するのに必要な期間は、実験的に、及び経済的要因に基づいて決定され得る。
[00123]酸再生セル１０４のアノード１１２から来るプロトンは、第二鉄塩還元から利用可能となったアニオンにより酸を形成する（例えば、塩化第二鉄還元から利用可能な塩化物イオンにより塩酸が形成し得る）。したがって、酸再生セル１０４のカソードチャンバ１０６から出る溶液１２５は、第一鉄塩及び酸（例えば、塩化第一鉄及び塩酸）に富む。鉄金属形成は一般にこのステップにおいて防止されるため、金属の酸攻撃による効率損失はない。次いで、溶液１２５は溶解タンクに返送され、そこで新たに生成された酸を使用してより多くの鉄原料１２０を溶解し、それを第二鉄塩（例えば塩化第二鉄）に変換し、プロセスは継続する。それにより酸はさらなる鉄鉱石溶解のために再生される。
[00124]酸再生セル１０４のアノード１１２側では、アノードチャンバ１１０から出る溶液１１７ｒは、気体－液体分離デバイス（図２には示さず）を通して供給され得、溶液から酸素が除去されてから、水リザーバに残りの水が返送され、その後酸再生セル１０４のアノードチャンバに返送される。代替として、又は追加的に、ガス分離は、水リザーバ１１６内で直接行われてもよい。
[00125]電気化学的酸再生セル１０４の１つの機能は、第二鉄を第一鉄に還元し、それにより溶解生成物を低減された酸化状態の異なる生成物に変換することである。この第二鉄イオンの除去は、溶解生成物の蓄積を回避し、予測より高い程度まで鉄鉱石の溶解速度を実質的に改善することが判明している。さらに、このプロセスは、その蓄積がさらなる溶解を阻害し得る第二鉄を、酸化鉄溶解に対する有益な効果を有することが判明している化合物である第一鉄に変換する。連続的な液体再循環を伴う溶解プロセスの間、酸再生セル１０４は、第二鉄濃度を比較的低く維持させながら第一鉄濃度を増加させ、それにより実質的な量の酸化鉄を含有する鉄原料の溶解に二重の利益をもたらす。
[00126]酸再生セル１０４の第２の機能は、鉄原料の溶解により消費される酸を再生することである。酸再生セル１０４がないと、溶解が進行して酸が溶解反応で消費されるにつれて、酸濃度が次第に減少する。酸再生セル１０４におけるセパレータ膜としてＰＥＭが使用される場合、酸が再生されてカソードチャンバ１０６内で第一鉄に富む溶液と混合され、溶解タンク１１８に返送され、両方とも鉄原料１２０の溶解に対するプラスの利益を有する。
[00127]いくつかの実施形態において、より高い温度は溶解を補助するため、溶解タンク１１８は周囲温度を超える温度に維持され得る。典型的な温度範囲は、２０～１２０℃、好ましくはいくつかの実施形態において４０～１００℃、特に約５０℃～約９０℃であってもよい。様々な実施形態において、酸再生セル１０４は、約４０℃～８０℃、好ましくは約６０℃＋／－１０℃の温度で操作されてもよい。酸再生セル１０４に印加される電流密度は、約０．１Ａ／ｃｍ２～約２Ａ／ｃｍ２であってもよい。
[00128]いくつかの実施形態において、最終的な溶解鉄濃度目標は、典型的には０．１Ｍ～４Ｍ、好ましくはいくつかの実施形態において０．５～２Ｍであってもよい。一般に、鉄濃度は、望ましくない沈殿を回避するように、使用される溶液中でのその溶解度限界未満に保持されるべきである。
[00129]酸再生セル１０４のカソードチャンバ１０６を通るカソード液の流速は、酸再生セル１０４にわたる所与の印加電流に対して、少なくとも電子に対する第二鉄イオンの化学量論比を提供するように制御され得る（本明細書で上述される通り）。同様に、アノードチャンバ１１０における水（又は他の反応物質）の流動は、好ましくは、酸再生セル１０４に印加される電流で水分解（又は他の反応物質が消費される反応）の化学量論的要件を超えるように維持される。様々な実施形態において、酸再生セル１０４に印加される電流は、約０．１ｍＡ／ｃｍ２～約２，０００ｍＡ／ｃｍ２の範囲内、若しくはいくつかのより特定の実施形態においては約０．５ｍＡ／ｃｍ２～約１，０００ｍＡ／ｃｍ２の範囲内であってもよく、又は、利用可能な第二鉄濃度及び／又は電気の利用可能性に応じて、その範囲内で変動してもよい。本開示及び添付の図面に基づいて明らかなように、酸再生セル１０４は、めっきセル１３２と異なる電流密度で操作されてもよい。
[00130]いくつかの実施形態において、酸再生セル１０４のカソード１０８は、任意の炭素若しくはグラファイトベース電極、例えば炭素若しくはグラファイトフェルト、紙若しくは布、又は第二鉄／第一鉄塩環境において安定な任意の電極材料であってもよい。酸再生セル１０４のアノード１１２は、貴金属電極（例えば、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等の金属及び酸化物又は他の化合物を含む混合金属酸化物）、寸法的に安定なアノード（ＤＳＡ）、鉛及び二酸化鉛電極、他の酸化物ベース電極等を含むがこれらに限定されない、水電解の技術分野において利用可能な任意の典型的な電極であってもよい。金属又は混合金属酸化物は、チタン粒子等を含む触媒担体上に担持されていても、又は担持されていなくてもよい。本明細書に記載のいくつかの実施形態において、酸再生セル１０４のアノード１１２は、水素ガスを酸化するように構成された水素脱分極アノードであってもよく、したがって、白金担持炭素又は任意の他の水素酸化触媒を含む、ＰＥＭベース水素燃料電池において従来使用されているものと類似した任意の好適な水素酸化触媒を含んでもよい。酸再生セル１０４は、２０～１００℃、好ましくはいくつかの実施形態において４０～８０℃の広い温度範囲にわたって動作し得る。
[00131]酸再生セル１０４のアノードチャンバ１１０に供給される水溶液は、純水であってもよく、又は以下でさらに説明されるようにカソード液に対する浸透圧を増加させるために塩を含んでもよい。例えば、硫酸塩化学物質の場合、塩は、任意の可溶性硫酸塩、例えば硫酸第二鉄、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸アンモニウム等を含み得る。第一鉄はめっき反応により溶液から取り出されるため、そのような支持塩は、電解質の導電性を維持するためにめっきセルにおいて特に有益となり得る。この水は、外部源から来てもよく、又は鉄鉱石の溶解が水を生成するためシステムから回収されてもよく、又は外部からの水及び内部で回収された水の両方の組合せであってもよい。
[00132]本明細書に記載のように、水は、鉱石（いくつかの場合においてはそれ自体も水を含有し得る）の溶解によって生成される。その結果、より多くの鉱石が溶解すると、酸再生セルカソード液（すなわち、最終的にめっきセルに移送される鉄に富む酸溶液）中で含水量が継続的に増加し、溶液のさらなる希釈をもたらす。同時に、酸再生セル１０４のアノード液中では水が分解されている（及びそれにより消費されている）。したがって、酸再生セル１０４のカソード液から水を抽出し、アノード液に供給する水の源に抽出された水を添加することが望ましくなり得る。いくつかの実施形態において、これは浸透作用により達成され得る。したがって、いくつかの実施形態において、水がカソード液からアノード液に横断するための浸透圧を形成するように、酸再生セル１０４のアノード液１１７には、酸再生カソード液１２３中の最大塩濃度を超える塩濃度が提供され得る。代替の実施形態において、水は、より能動的な方法、例えばフラッシュ蒸留、膜蒸留、逆浸透、又は他の方法によって酸再生セルカソード液から抽出され得る。分離された水は、必要に応じて濾過又は別様に精製されてから、任意の便利な点で酸再生セルアノード液に添加され得る。
[00133]いくつかの実施形態において、酸溶液は、酸再生セル１０４のカソードチャンバと溶解タンク１１８との間で連続的に循環されてもよい。溶解タンク１１８を通る各サイクルでは、酸の一部が溶解反応（例えば上記式４）により消費され、酸再生セル１０４を通る各サイクルでは、酸の一部が第二鉄の一部の還元と同時に再生される。したがって、酸再生セル１０４と溶解タンク１１８との間で酸性カソード液を連続的に再循環させることにより、酸の定常状態濃度（例えばプロトン濃度又はｐＨにより測定されるように）が、溶解プロセスのほとんどを通してカソード液中で維持され得る。例えば、いくつかの実施形態において、酸再生と合わせた溶解の定常状態動作中に、少なくとも０．２Ｍのカソード液中のプロトンの濃度が維持され得る。いくつかの実施形態において、通常動作中、新たなサイクルの開始として定義される初期状態は、低い酸含有量を有するめっきサブシステムから返送されるほとんど第二鉄の溶液に対応する。いくつかの実施形態において、初期酸濃度（酸再生サブシステムからの電解質の返送後、及び酸再生器の再始動前）は、典型的には、一般に０．２Ｍ（リットル当たりのモル）未満のサイクルにおける最も低い点である。酸再生セル内の返送された第二鉄の還元は、酸を形成し得る。
[00134]図６に示されるように、「溶解タンク」１１８は、溶解サブシステムプロセス及び装置１０２をめっきプロセス及び装置１３０からさらに切り離すために順次、又は別様に使用され得る多くの別個のタンク１１８を備え、２つのステップの異なる反応速度の管理に関してさらなる利点を提供し得る。例えば、いくつかの実施形態において、酸溶液は、所望の溶解停止点に達するまで酸再生セル１０４と第１の溶解タンク１１８との間で再循環されてもよく、この点において、弁又は他の流動制御デバイスが、酸再生セル１０４と第１の溶解タンク１１８との間の流動を停止するように、及び酸再生セル１０４を第２の溶解タンク１１８と結合するように操作されてもよい。代替として、又は追加的に、いくつかの実施形態において、酸溶液（酸再生カソード液）は、溶解タンク１１８内にある期間残留されてから、酸再生セル１０４で流動が再開されてもよい。これらの、及び他の実施形態において、単一の酸再生セル１０４は、異なる時点で複数の異なる溶解タンク１１８と結合されてもよい。
[00135]いくつかの実施形態において、Ｆｅ３＋からＦｅ２＋（第二鉄から第一鉄）への変換は、典型的には、０％第二鉄及び１００％第一鉄の溶液に漸近的に近付くように可能な限り駆動され得る。実際には、一部の第二鉄イオンは、溶解プロセスが「完了」と考えられる場合でも溶液中に留まる可能性があり、酸性ｐＨは、純粋な第一鉄溶液の自然のｐＨより低く留まり得る。鉄めっきプロセス中に溶液ｐＨが過度に低く留まる（すなわち、純粋な第一鉄溶液の自然のｐＨより低い）場合、過剰のプロトンが発生するまで寄生水素発生反応が生じ得る。いくつかの実施形態において、溶解プロセスの終了近くに残っている一部の酸は、図１０を参照して本明細書で説明されるように、酸溶液をある量の高溶解性鉱石材料（例えばマグネタイト）と接触させることにより消費され得る。代替として、溶解の終了時に存在する任意の残留酸又は第二鉄は、本明細書で以下で説明されるように、「補助鉄」処理（これはまた水素発生をもたらし得る）において消費され得る。そのような反応によって発生するいかなる水素も、本明細書の別の箇所で説明されるように捕捉されて別の目的に再利用され得る。
[00136]様々な実施形態において、酸再生セル１０４のカソード液１２２中の酸溶液は、０．０１Ｍ～６Ｍの範囲の可変の酸濃度を有し得る。溶解が進行するにつれて、酸は消費される。酸再生セル１０４は、還元される第二鉄の各モルに対して１モルのプロトンを有利に回収する。それでもなお、原料から溶解した第二鉄の各モルは３モルのプロトンを消費し、したがって、原料のさらなる溶解は、カソード液中の全プロトン濃度をさらに低下させる。
[00137]したがって、いくつかの実施形態において、溶解プロセスは、酸濃度（例えばｐＨ又はプロトン濃度の他の測定によって測定される）が所定の低い点に達したら停止されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、溶解プロセスは、酸再生カソード液中のプロトン濃度が０．４Ｍ、０．３Ｍ、０．２Ｍ、０．１Ｍ（それぞれ０．４、０．５２、０．７、１のｐＨに対応する）の低い点又はそれより低い点まで降下した場合停止されてもよい。
[00138]代替として、又は追加的に、溶解プロセスは、全鉄濃度（すなわちＦｅ２＋及びＦｅ３＋濃度の合計）が所望の最大値に達したら停止されてもよい。様々な実施形態において、所望の最大鉄濃度は、約１Ｍ～約４Ｍであってもよい。全鉄濃度は、電量滴定技術により、光学的方法、例えばＵＶ可視分光分析、赤／緑／青（ＲＧＢ）分析、又は他の光学的若しくは分光法技術により測定され得る。いくつかの特定の実施形態において、溶解プロセスは、所望の鉄濃度が、例えば酸化学物質に依存して、１Ｍ、１．５Ｍ、２Ｍ、２．５Ｍ、３Ｍ、３．５Ｍ、４Ｍ以上、又は例えばそれを超える最大値に達したら停止されてもよい。
[00139]いくつかの実施形態において、溶解終了の状態が特定されたら、第一鉄に富む酸溶液は、酸再生セル１０４からその後のプロセスステップに移送されてもよい。いくつかの実施形態において、次のステップは、以下で説明されるような「補助鉄」処理であってもよい。他の実施形態において、第一鉄に富む溶液は、めっきサブシステムに直接移送されてもよい。
[00140]他の実施形態において、溶解終了の状態が特定されたら、酸再生を止めるように酸再生セルへの電流が停止されてもよく、残留する酸の一部を消費するために鉄に富む酸性カソード液がマグネタイト等の熱還元鉱石と接触されてもよい。いくつかの実施形態において、マグネタイトは、酸再生セルへの電流の停止後（又はその直前、又はそれとほぼ同時）に溶解タンクに添加されてもよい。他の実施形態において、カソード溶液は、実質的にマグネタイト鉱石のみを含む別個の槽に転送されてもよい。マグネタイトは（本明細書に記載のような）他の鉱石の種類と比較して非常に迅速に溶解するため、溶解の終了時にカソード溶液をマグネタイトと接触させることは、残留する酸（プロトン）の一部を消費し、それによりその後のステップにおいて（例えば本明細書に記載のめっきセル、研磨セル、又は「補助鉄」処理において）除去又は消費される酸の量を減少させる傾向がある。様々な実施形態において、異なる加工がなされた鉱石の連続的溶解を含む他のプロセスが可能であり、そのいくつかの実施形態は、本明細書の以下で図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明される。
[00141]他の実施形態において、溶解終了の状態が特定されたら、酸再生を止めるように酸再生セル１０４への電流が停止されてもよく、残留する酸の一部を消費するために鉄に富む酸性カソード液がマグネタイト等の還元された鉱石と接触されてもよい。いくつかの実施形態において、マグネタイトは、酸再生セル１０４への電流の停止後（又はその直前、又はそれとほぼ同時）に溶解タンク１１８に添加されてもよい。他の実施形態において、カソード溶液は、実質的にマグネタイト鉱石のみを含む別個の槽に転送されてもよい（以下で図１０を参照してさらに説明されるように）。マグネタイトは（本明細書に記載のような）他の鉱石の種類と比較して非常に迅速に溶解するため、溶解の終了時にカソード溶液をマグネタイトと接触させることは、残留する酸（プロトン）の一部を消費し、それによりその後のステップにおいて（例えば本明細書に記載のめっきセル、研磨セル、又は「補助鉄」処理において）除去又は消費される酸の量を減少させる傾向がある。様々な実施形態において、異なる加工がなされた鉱石の連続的溶解を含む他のプロセスが可能であり、そのいくつかの実施形態は、本明細書の以下で図１０を参照して説明される。
[00142]いくつかの実施形態において、本明細書の別の箇所で説明されるように、任意選択の固体－液体分離ステップ１２４が、溶解タンクを通る各サイクル後に行われてもよい。いくつかの場合において、鉄原料の溶解は、ある量のシリカ（又は他の未溶解材料）を粒子又はコロイド分散体として液体に進入させ得る。したがって、いくつかの実施形態において、酸再生セル１０４に溶液を返送する前に、溶液から固体材料（複数種可）を分離することが望ましくなり得る。いくつかの実施形態において、この段階で、濾過、重力沈降、ハイドロサイクロン、凝集、高剪断若しくは低剪断クロスフロー分離、又はこれら若しくは他の任意の組合せを含む任意の好適な固体液体分離デバイス又は技術によって、固体が除去されてもよい。いくつかの実施形態において、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、又は同様の材料等の凝集剤を用いた凝集によって、シリカ等のコロイド状材料が除去されてもよい。いくつかの実施形態において、追加の処理ステップ１２６（図４）、例えば補助鉄処理、固体－液体分離、又は他の処理プロセスが、溶解サブシステム１０２から出る液体の全てに行われてもよい。いくつかの実施形態において、例えば、石英等の不溶性材料が、濾過又は他の固体－液体分離によって分離されてもよい。いくつかの実施形態において、例えば、コロイド状シリカ等の不溶性であるが微細な懸濁液が、任意選択で濾過、沈降、及び／又は他の物理的分離手段を伴う、凝集等の別個のステップで除去されてもよい。
[00143]様々な実施形態において、酸再生セル１０４は、単一セルとして、又は、複数の電気化学的酸再生セルが電気的に直列接続された双極構成で、若しくは電気的に並列接続された単極構成で、若しくはそれらの組合せの構成で共通ユニット１０４に組み合わされたセルスタックとして構成されてもよい。酸再生セルスタックは、フィルタプレス構成（例えば、液圧ピストンにより、又はタイロッド若しくは他の圧縮デバイスにより圧縮された）又は他の構成を含む、電気化学セルスタックにおいて一般的な任意の様式で構成されてもよい。様々な実施形態において、電気化学スタックに典型的な追加の構成要素は、電流コレクタ、双極板、流路、端板等を含み得る。
[00144]様々な実施形態において、溶解タンクから酸再生セル１０４への、及び他のサブシステムへの／からの流体移送を含む他の動作を提供するために、並びに温度制御を可能にするために、例えば濾過システム、ポンプ及び熱交換器等の追加の構成要素又は機器が含まれてもよい。いくつかの実施形態において、原鉱、焙焼された鉱石、及び／又は還元された鉱石を、例えば選択された順番で同じ溶解タンク内に供給して、例えば原料の状態を選択的に変動させることができる。いくつかの実施形態において、複数のタンクを使用する代わりに、原鉱、焙焼された鉱石、及び／又は還元された鉱石を、例えば選択された順番で同じ溶解タンク内に供給して、例えば原料の状態を選択的に変動させることができる。
補助鉄処理
[00145]いくつかの実施形態において、溶解プロセスの完了時の鉄に富む酸溶液の全て又は一部が反応槽に誘導されてもよく、そこで「補助鉄処理」プロセスが行われてもよい。溶解の終了時の鉄に富む酸溶液の状態、及びめっきサブシステムに運搬される溶液の所望の状態に応じて、酸消費、第二鉄還元及び／又は不純物沈殿の３つの可能な反応のうちの１つ又は複数が生じ得る。
[00146]鉄に富む酸溶液と反応させる、又はその組成を別様に改変するために使用される金属鉄は、本明細書において「補助鉄」と呼ばれ、溶液との所望の反応を促進するのに十分小さいサイズの粒子中に金属鉄を含む任意の材料を含み得る。補助鉄材料は、これらに限定されないが、屑鋼、屑鉄、鉄塵（例えば他の工業プロセスからの微細粒子鉄含有塵）、銑鉄、電解鉄、又は本明細書に記載の任意の鉄変換プロセスからリサイクルされた鉄、又はこれら若しくは他の金属鉄含有材料の組合せを含み得る。補助鉄材料は、任意の粒子サイズであってもよいが、より小さい粒子は、一般により迅速な反応速度を可能にし得る。しかしながら、比較的大きい粒子（例えば２ｃｍを超える粒子）であっても、いくつかの実施形態において「補助鉄」として使用され得る。
[00147]鉄に富む酸溶液を金属鉄と接触させると、任意の残留する酸は、以下に従って金属鉄と反応して金属鉄を第一鉄（Ｆｅ２＋）イオンに変換しながら水素ガスを放出する傾向がある。
Ｆｅ＋２Ｈ＋→Ｆｅ２＋＋Ｈ２（式７）
[00148]したがって、いくつかの実施形態において、補助鉄反応槽（例えば、溶液が補助鉄と接触され得るタンク又は他の槽）は、発生した水素ガスが収集されて、本明細書の他の箇所で説明される別のプロセス又はサブシステムに誘導され得る閉じた槽として構成されてもよい。
[00149]いくつかの実施形態において、溶解プロセスの完了時の鉄に富む酸溶液中に存在する任意の残留するＦｅ３＋イオンは、Ｆｅ３＋イオンを、溶解されて第二鉄イオンと反応する金属鉄に曝露して、両方を第一鉄イオンに変換することによりＦｅ２＋に還元され得る。例えば、Ｆｅ３＋は、ほとんどが第一鉄である溶液をある量の金属鉄粒子（「補助鉄」）上に、又はそれを通して流動させることによって、Ｆｅ２＋に還元され得る。これは、以下の式に従って溶液中で金属鉄及びＦｅ３＋の一部をＦｅ２＋に変換する効果を有する。
Ｆｅ３＋＋Ｆｅ→２Ｆｅ２＋（式８）
[00150]有利には、これらの２つの反応（酸消費及び第二鉄還元）は、Ｆｅ３＋を減少させる（又は潜在的に排除する）こと、及び鉄めっき中の寄生水素発生反応の発生を減少させることの両方によって、めっきサブシステムにおける鉄めっきの効率を増加させる。
[00151]いくつかの実施形態において、過剰の酸及び第二鉄イオンは、残留するＦｅ３＋をＦｅ２＋に電解により変換し、酸を消費することによりカソード液のｐＨを上昇させるように構成される別個の電気化学セル（「研磨セル」）において消費され得る。そのようなセルは、過剰の酸及び第二鉄を消費するプロセスから不純物除去を切り離すことを可能にし得る。いくつかの実施形態において、研磨セルは、めっきセルと実質的に同様に構成され得るが、金属鉄の除去を提供する必要がない。いくつかの実施形態において、研磨セルは、いかなる電気めっきもなしに、及びセルカソードでＰｔ等の貴金属電極を使用することなしにＨ２発生をもたらすように構成され得る。
不純物の除去
[00152]カオリナイト及び他のシリケート鉱物を含むいくつかの不純物は、一般に、酸再生セル内で生成された酸溶液に不溶性である。したがって、そのような不溶性不純物を含有する鉱石又は他の原料が小粒子に粉砕され、酸再生セル１０４に接続された溶解タンク内に入れられた場合、不溶性不純物は、溶液から濾過されるか、タンクの底で収集されて固体としてタンクから除去されるか、又は任意の他の好適な固体－液体分離技術若しくは装置によって除去されてもよい。様々な実施形態において、収集された固体不純物は、処理及び廃棄されてもよいか、又は「不純物」が原料となり得る他のプロセスにおいて使用されてもよい。
[00153]いくつかの形態の非晶質シリカを含むいくつかの固体不純物は、酸溶液中でコロイド分散体を形成する傾向があり得る。そのような材料は、ポリエチレングリコール又はポリエチレンオキシド等の凝集剤を用いた凝集によって溶液から分離されてもよい。それでもなお、いくつかのシリカは溶解したままであってもよい。
[00154]いくつかの不純物は、溶液中の鉄又は他の材料と比較的低い溶解度の化合物を形成し得る。「溶解度」という用語は、所与の溶液に対する化合物の熱力学的溶解度限界を指し、これは、それを超えると化合物が溶液から固体として沈殿し始める濃度限界である。
[00155]極めて溶解性の不純物は、とりわけアルミニウム、ケイ素、チタン及びリンを含む。アルミニウム化合物は、溶解してＡｌ３＋カチオンを形成し、リンは、典型的には溶解してリン酸塩ＰＯ４ ３－を形成し得る。これらの不純物は、ポンピング、濾過、酸再生、鉄めっき等の下流プロセスに様々な問題を呈し得る。アルミニウム不純物は、未加工鉱石の約１０重量パーセントまでの量で鉄鉱石中に存在し得る。リンははるかに少ない量（例えば典型的には１％未満であるがそれより多くなり得る）で存在する傾向があるが、製鋼プロセスの前には少量のリンであっても除去されなければならず、したがってめっきセルにより生成されためっきされた鉄中には望ましくない。特に、アルミニウム及びリン不純物は、鉄電気めっきプロセスに干渉することが判明している。
[00156]図８Ａに示されるように、水酸化アルミニウムの溶解度はｐＨが３超に増加すると著しく減少する（例えば、ｐＨ３～５の間で６桁の溶解度降下）。図示されていないが、水酸化鉄（ＩＩ）（Ｆｅ（ＯＨ）２、又は水酸化「第一鉄」）は、このｐＨ範囲内でより高い溶解度を有する。これは、（例えば溶解の終了時の約１又は２のｐＨから）ｐＨを３超から約５まで上昇させることによって、鉄イオンの実質的な沈殿なしに水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）が沈殿され得ることを示唆している。同様に、鉄又はアルミニウムのリン酸塩もまた、同様の理由から実質的な量の鉄が必ずしも沈殿することなく沈殿され得る。いくつかの場合において、コロイド状シリカもまた、溶液ｐＨを上昇させることにより除去され得る（例えば、他の種の沈殿と共に凝集によって）。存在する場合には、水酸化チタンもまた同様のｐＨ範囲内で沈殿し、これもまた溶液から分離及び除去され得る。
[00157]一般に、溶液に新たな元素を添加することなく溶解鉱石溶液のｐＨを上昇させることが望ましい（いかなるそのような新たな元素も、他のプロセスにさらに影響し得る、及び／又はそれを複雑化し得るため）。したがって、いくつかの実施形態において、これらの不純物を沈殿させるのに十分に溶液ｐＨを上昇させるために、金属「補助鉄」が使用され得る。
[00158]補助鉄の追加的な消費により（すなわち、酸と反応して水素ガスを形成することにより）ｐＨが上昇すると、リンが主にリン酸アルミニウム塩として沈殿する傾向があるため、リンを除去する際に鉄は必ずしも消費されない。
Ａｌ３＋ （ａｑ）＋ＰＯ４ ３－ （ａｑ）（ｐＨ＝１のとき）→ＡｌＰＯ４（ｓ）（ｐＨ＝３のとき）（式９）
[00159]アルミニウム等の金属カチオンの場合、鉄は溶液中のカチオンと置き換わって水酸化物として金属を沈殿させる。実質的に純粋な鉄を生成するように設計されたシステムでは、不純物の量は、鉄に対する不純物のモル比の点で表現され得る。例えば、式１０に従い、除去されるアルミニウムの各モルに対して１．５モルの補助鉄が使用されなければならない（限定されない例として硫酸を使用）。
Ａｌ２（ＳＯ４）３（ａｑ）＋３Ｆｅ＋６Ｈ２Ｏ→２Ａｌ（ＯＨ）３（ｓ）＋３ＦｅＳＯ４（ａｑ）＋３Ｈ２（式１０）
[00160]この反応によって水が消費され、水素ガスが生成される。取り出されたプロトンは、カチオンからの加水分解（以下の式１１）に起因して酸性であった。いくつかの場合において、発生した水素ガスの少なくとも一部が収集され、本明細書に記載のようにシステム内の別のプロセスで使用されてもよい。
Ａｌ３＋＋Ｈ２Ｏ→ＡｌＯＨ２＋＋Ｈ＋（式１１）
[00161]いくつかの場合において、鉄電気めっきに使用される鉄に富む酸性溶液の一部（すなわち、めっきカソード液として使用される溶液の部分）にのみ鉄を添加することによって不純物を除去することが有益となり得る。したがって、酸再生器が使用され、電解質が電気めっきステップのための２つの部分に分割される場合、めっきセルカソード液として指定された部分のみ（例えば、酸再生器から出る電解質の約１／３）が、補助鉄金属の添加により処理されてもよい。
[00162]金属鉄が溶液に溶解すると、これもまた任意の溶解第二鉄（Ｆｅ３＋）を第一鉄（Ｆｅ２＋）に変換する。例えば、（硫酸の場合の一例として）式１２に従い硫酸第一鉄に変換される硫酸第二鉄の各モルに対して０．５モルの金属鉄が消費される。
Ｆｅ２（ＳＯ４）３＋Ｆｅ→３ＦｅＳＯ４（式１２）
[00163]溶解した金属鉄はまた、式１３に従い、処理された電解質中の残留する酸を１対１のモル比で消費し得る。
Ｈ２ＳＯ４＋Ｆｅ→ＦｅＳＯ４＋Ｈ２（式１３）
[00164]したがって、ある量の電解質に添加される補助鉄の量は、不純物（例えば、特にアルミニウム及び／又はリン）、残留する第二鉄、及び残留する酸の測定、推定又は予測される量に基づいて決定され得る。電解質を過剰の補助鉄（すなわち、式１０、式１１、式１２、式１３の反応を達成するために必要なものより多くの金属鉄、したがって一部の金属鉄は、それらの反応が可能な限り進行した後に残留する）に曝露することが有益となり得る。必要に応じて、補助鉄は、浮遊選鉱、濾過及び磁気分離を含む様々な分離方法のいずれかにより、沈殿した不純物から分離され得る。同様に、沈殿した不純物は、任意の好適な固体－液体分離デバイス又は技術によって溶液から除去され得る。いくつかの実施形態において、処理された溶液は、不純物除去（及び／又は補助鉄）処理が行われる槽からポンプで排出され、鉄金属及び沈殿した不純物が次の処理サイクルのためにタンクに残されてもよい。
[00165]アルミニウムが存在しない場合であっても、リンは、様々なリン酸鉄及び酸化物化合物の溶解度を示す図８Ｂ及び図８Ｃにおける溶解度図により示唆されるように、リン酸鉄の沈殿によって効率的に除去され得る。処理段階の開始時には、常に残留第二鉄濃度が存在する。図８Ｃに見られるように、リン酸第二鉄は非常に低い溶解度を有し、したがって、式７における反応に起因してｐＨが増加するとすぐに、リン酸鉄が溶液から沈殿する。
[00166]不純物を管理又は除去する様々な他の方法が、不純物の種類に応じて使用され得る。例えば、不溶性不純物は、濾過、重力、遠心分離、又は他の機械的分離によって固体として単純に除去され得る。鉄めっきに干渉し得る可溶性不純物は、鉄（「補助鉄」処理中のものを含む）、アルミニウム等の他の材料と化合物を形成することによって除去されてもよく、又は、最終めっき材料中のそのような不純物の濃度が許容され得る場合（これは特定の生成物又は生成された鉄材料の最終用途に依存し得る）、鉄と共に単純に析出されてもよい。
[00167]めっきに無害である可溶性不純物は、単に溶液中に残されてもよい。最終的に、そのような不純物の濃度は、水を抽出することによって除去され得る点まで蓄積され得る。代替として、稀な不純物の濃度は、最終的には（例えば十分な溶解及びめっきサイクルにわたって）ｐＨシフトに起因する沈殿によって、又は他の方法によって除去されるのに十分蓄積し得る。さらに他の実施形態において、そのような不純物が十分なレベルまで蓄積した場合、電解質溶液が単純に交換されてもよい。
鉄めっきサブシステム
[00168]いくつかの実施形態において、図１Ａ及び図１Ｂを参照して上述された１段階鉄変換プロセスは、酸再生セル１０４内で生成された第一鉄を、上述のめっきセル１３２とは異なるように構成された第２の電気化学セル内で金属鉄に変換するのに使用するために構成されてもよい。そのような実施形態において、酸再生セル１０４からの第一鉄溶液は、電気化学めっきセル（図示せず）のカソードでＦｅ金属をめっきしながら、同じめっきセルのアノードで水を酸化させるために使用され得る。ここで、酸がアノード側（すなわち水の酸化側、それによりめっきされた鉄との酸反応が最小限となる）で生成されるように、アニオン交換膜が使用されてもよい。しかしながら、そのような実施形態は、水分解電極が比較的高価となり得、したがって高い電流密度で最も経済的に操作され得るが、一方鉄めっき反応は比較的緩やかに進行し、高い電流密度では効果的に駆動され得ないという欠点を有する。
[00169]いくつかの実施形態において、酸化鉛電極がめっきセル内の比較的低コストの酸素発生アノードとして使用されてもよく、これによって、より低い電流密度での動作がより経済的に現実的となり得る。代替の実施形態において、めっきセルアノードは、水素貯蔵デバイス等の源から、又は水電解槽（例えばＰＥＭ、ＡＥＭ又はアルカリ水電解槽）から直接供給される水素ガスを酸化するように構成された水素酸化アノードであってもよい。めっきセルのコストを低下させるための別の手法は、鉄析出（第一鉄還元）反応を異なる酸化反応、例えば溶解サブシステムからの第一鉄溶液の一部の酸化と結合することである。
[00170]図６を参照して（但し他の図も参照して）、鉄変換システム１００のいくつかの実施形態は、溶解サブシステム内で生成された水性鉄溶液から鉄金属を生成するように構成されためっきサブシステム１３０を含んでもよい。上述のように、溶解サブシステム１０２内での溶解プロセスは、溶液中の鉄濃度が所望の値に達するまで操作されてもよい。その時点で（又は「補助鉄」処理等のその後の処理後）、溶液は、好ましくは主に第一鉄溶液である。いくつかの実施形態において、溶液は次いで、めっきセル１３２内で使用されるカソード液及びアノード液を表す２つの別個のストリームに分割されてもよい。
[00171]溶解サブシステム１０２から出る溶液は、移送システム１６４を介してめっきサブシステム１３０に移送されてもよい。移送システム１６４は、単純な導管として示されているが、必要に応じて任意の数の流動制御又はプロセス制御デバイスを含んでもよい。同様に、めっきプロセスの終了時に、一部の使用済み電解質溶液（複数種可）が移送１６６でめっきサブシステム１３０から溶解サブシステム１０２に移送されてもよく、移送１６６もまた必要に応じて任意の数の流動制御又はプロセス制御デバイスを含んでもよい。
[00172]いくつかの実施形態において、めっきサブシステム１３０に入る溶液は、めっきサブシステム１３０に入る元の液体の体積の約３分の１及び３分の２の割合でカソード液及びアノード液ストリームに分割されてもよい。３分の１の体積は、１つ又は複数のカソード液貯蔵タンク１４２に誘導及び貯蔵されてもよく、３分の２の体積は、１つ又は複数の別個のアノード液貯蔵タンク１４４に誘導及び貯蔵されてもよい。説明を簡単にするために、本明細書では１つのカソード液貯蔵タンク及び１つのアノード液貯蔵タンクが存在すると仮定される。様々な実施形態において、２つのタンク１４２、１４４は異なる容積を有してもよく、又は同じ容積を有してもよく、容積は異なる容積率で使用されてもよい。カソード液１４２及びアノード液１４４タンクは、それぞれ電気化学めっきセル１３２のカソードチャンバ１３４及びアノードチャンバ１３８に流体的に接続されてもよい。
[00173]めっきセル１３２は、カソード電極１３６を有するカソードチャンバ１３４、膜１５０及びアノード電極１４０を有するアノードチャンバ１３８を含んでもよい。２つの電極１３６、１４０は、ＰＥＭ、ＡＥＭ、又は微細孔セパレータであってもよい膜１５０によって隔てられている。電気化学セル又はスタックに典型的な追加の構成要素は、選択されるめっきセル構成に応じて、電流コレクタ、双極板、流路、端板等を含み得る。例示的なめっきセル構成が本明細書の別の箇所で説明されているが、任意のめっきセル構成が使用され得る。
[00174]図４に示されるように、めっき１３２セルは、カソード電極１３６で金属鉄をめっきしながら、Ｆｅ２＋イオンの一部をＦｅ３＋イオンに酸化するように構成されてもよい。この構成では、酸素発生アノードのコストは、非常に低コストの炭素又はグラファイトアノード材料を使用することによって回避される。
[00175]めっきセルにわたって電流が印加される場合、以下に従って第一鉄を還元することによって鉄金属がカソード上に電気めっきされる。
Ｆｅ２＋＋２ｅ→Ｆｅ（式１４）
[00176]同時に、第一鉄溶液のアノード液ストリームは、以下に従ってめっきセルのアノード上で第二鉄に酸化され得る。
２Ｆｅ２＋→２Ｆｅ３＋＋２ｅ（式１５）
[00177]（式１４）及び（式１５）を組み合わせると、以下の全体的なめっきセル反応が得られる。
３Ｆｅ２＋→２Ｆｅ３＋＋Ｆｅ（式１６）
[00178]鉄電気めっき反応は、第一鉄（Ｆｅ２＋）イオン当たり２つの電子を必要とし、一方第一鉄から第二鉄（Ｆｅ３＋）への酸化は、イオン当たり１つの電子のみを必要とする。電荷平衡に達するには、めっきセル１３２のアノード側１３８でカソード側１３４よりも２倍多くの第一鉄イオンが必要となる。これが、めっきサブシステムに入る第一鉄溶液を、酸再生セル１０４からの初期第一鉄溶液の１／３（カソード液）及び２／３（アノード液）部分に分割する理由である。これは、めっきセル１３２のアノード側１３８を通るアノード液の流速が、カソード側１３４を通るカソード液の流速の２倍となり得ることを暗に意味する。いくつかの実施形態において、アノード液流速は、カソード液流速の２倍超であってもよい。いくつかの実施形態において、アノード液流速は、カソード液流速の２倍未満であってもよい。
[00179]いくつかの実施形態において、めっきサブシステム１３０に入る第一鉄溶液は、一方又は両方の電極の効率、全鉄濃度、又は他の要因に依存して、異なる割合のアノード液及びカソード液部分に分割され得る。したがって、様々な実施形態において、めっきサブシステムに入る第一鉄溶液は、約９０％／１０％～約２０％／８０％、任意選択で７０％／３０％～約３０％／７０％のカソード液／アノード液比でカソード液及びアノード液部分に分割されてもよく、いくつかの特定の実施形態において、カソード液／アノード液の比は、８０％／２０％、７０％／３０％、７５％／２５％、７０％／３０％、６５％／４５％、６０％／４０％、６５％／３５％、５０％／５０％、４５％／６５％、４０％／６０％、３５％／６５％、３３％／６７％、３０％／７０％、２５％／７５％、２０％／８０％（全ての値は＋／－３％変動し得る）を含み得る。
[00180]めっきアノード液及びカソード液は、それぞれのタンク１４４、１４２とめっきセル１３２内のそれぞれの半電池チャンバ１３８、１３４との間で、任意の数のめっきサイクルで再循環されてもよい（１回のめっきサイクルは、めっきセル内のアノード液及びカソード液の体積を完全に置き換えることを含む）。いくつかの実施形態において、めっきアノード液及びめっきカソード液の流体循環は、電流が印加された場合に連続的であってもよい。
[00181]いくつかの実施形態において、めっきされた鉄は、１４８でカソードチャンバ１３４及び／又はカソード基板から取り出されてもよく、めっき電解質は、さらなる溶解及び酸再生動作において再利用するために溶解サブシステム１０２にリサイクルされてもよい。いくつかの実施形態において、めっきプロセスは、所望量の鉄がバッチモードでめっきされたら完了してもよい。他の実施形態において、めっきされた鉄は、めっきカソードチャンバ１３４から連続的に取り出されてもよく、電解質は、反応物質（例えばＦｅ２＋）が所望の点を超えて消費されたら交換されてもよい。
[00182]様々な実施形態において、めっきカソード半電池１３４は、めっきされた鉄材料の取り出しを可能にする任意の様式で鉄をめっきするように構成されてもよい。他の湿式精錬めっき動作において様々なめっき及び金属取り出し法が使用されるが、それらのいずれも、この鉄めっきシステムにおいて使用されるように構成されてもよい。
[00183]鉄をめっきし、カソード半電池から取り出す選択された方法に応じて、めっきセルはバッチモードで操作されてもよく、めっきは、所望量の鉄がめっきされたら、鉄が取り出され得るように停止される。代替として、めっきセルは、めっきが連続モードで動作し、鉄がカソードチャンバから連続的に取り出されるように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、連続的なめっきされた鉄の取り出しは、いくつかの従来の亜鉛及び銅電解採取システムにおいて使用される構成と同様であってもよい。
[00184]例えば、鉄は、固体金属又はグラファイト基板（例えば、鋼、銅、鉛、亜鉛、ニッケル、又は、これら若しくは他の金属若しくはそれらの合金のうちの１つ若しくは複数でコーティング若しくはめっきされた他の材料）上に、プレート又はシートとしてめっきされてもよい。様々な実施形態において、めっきカソード電極及び／又は基板１３６は、カソードチャンバ１３４から取り外し可能であってもよく、又は、カソード電極１３６若しくは基板を取り外すことなく鉄がカソードチャンバ１３４から取り出され得るように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、基板は、カソード電極から取り外し可能であってもよい。いくつかの実施形態において、そのような基板は実質的に平坦であってもよく、めっきされた鉄は、平坦な鉄プレートを基板から削り取る、引きはがす、擦り取る、折り曲げる又は別様に分離することによりバッチモードで取り出されてもよい。他の実施形態において、基板は円筒形であってもよく、めっきされた鉄は、めっきされた鉄を連続シート、ワイヤ、ストリップ又は他の材料として分離する１つ又は複数のナイフに対して円筒を回転させることによって連続的に取り出されてもよい。さらに他の実施形態において、鉄は、めっきセルカソードを通って移動する連続ベルト上にめっきされてもよく、鉄は、カソードチャンバ外の場所でベルトから切り離されてもよい。他の実施形態において、鉄は、粒子成長様式でサイズを増加させ得る種粒子上にめっきされてもよく、粒子は、任意の好適な分離機構によってカソードチャンバから取り出されてもよい。様々な他の鉄めっき及び取り出しプロセスもまた使用され得る。
[00185]様々な実施形態において、めっきの終了は、めっきされる鉄の質量、めっきカソード液中の第一鉄イオンの測定残留濃度、セル電圧、又は他のメトリクスに基づいて決定されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、めっきサイクルは、約１ｍｍ～約１０ｍｍの目標厚に達したら完了してもよい。
[00186]めっきアノード液及びカソード液の反応物質、すなわち第一鉄が実質的に枯渇したら、電解質は別のプロセスに誘導されてもよい。いくつかの実施形態において、カソード液は初期より低い第一鉄含有量を有し得、アノード液は、第一鉄種の代わりに主に第二鉄を有し得る。いくつかの実施形態において、使用済みのアノード液及びカソード液が組み合わされ、再び溶解サブシステムの溶解タンク又は酸再生セル１０４に誘導されて、新たな溶解サイクルに再利用されてもよい。
[00187]いくつかの実施形態において、めっきの間、めっきカソード液中のＦｅ２＋イオンの少なくとも最低濃度を維持することが望ましくなり得る。実験によれば、めっきカソード液の第一鉄濃度が約０．２５Ｍを下回ると、めっきセル効率及びめっき品質が低下する傾向があることが示されている。したがって、いくつかの実施形態において、めっきプロセスにわたって少なくとも０．２５Ｍ以上の第一鉄濃度を維持することが望ましくなり得る。
[00188]最低第一鉄濃度を効果的に維持して電解質を最適に使用するために、めっきサブシステム用のアノード液及びカソード液体積を確立するための代替の手法が使用されてもよい。例えば、めっきカソード液中の最低第一鉄濃度を維持するために、カソード液の第一鉄濃度が最下点まで降下した場合（例えば、光学的、分光学的若しくは他の方法によって測定されるように）、又はめっきセル電圧が設定点超（例えば、様々な実施形態において約２．４Ｖ、２．５Ｖ、２．６Ｖ、２．７Ｖ、２．８Ｖ、２．９Ｖ、若しくは３Ｖ超）に上昇した場合、めっきを停止し、次いで新たなめっきプロセスにおいて「使用済み」カソード液をアノード液として使用することが有益となり得る。
[00189]図１３Ａは、圧縮端板１３０２及び１３１４、集電板１３０４、１３１２、アノード１３１８及びめっきされた鉄が膨張し得るギャップ１３１６を有するカソード電極１３２０を支持する電極保持板１３０６及び１３１０を備える実験めっきセル１３００を示す。セパレータ１３０８は、アノード含有チャンバをカソード含有チャンバから分離している。
[00190]図５Ａ及び図５Ｂは、めっきカソード液中の少なくとも最低第一鉄濃度の維持を有利に容易化する一方で、めっきの完了時に溶解サブシステムに返送される第二鉄に富む溶液を生成し得る、めっきアノード溶液及びめっきカソード溶液を貯蔵及び使用するための実施形態を示す。図５Ａはプロセス５００を示し、溶解プロセス５０２の終了後（及び任意選択で「補助鉄」ステップの実行後）、鉄に富む溶液の１００％がめっきカソード液タンクに誘導され得る一方で、ブロック５１０においてめっきアノード液タンクが以前のめっきサイクルからの「使用済み」カソード液を含む。次いで、めっきプロセスが実行されて、カソード液から鉄をめっきし、アノード液中で第一鉄を第二鉄に酸化することができる。めっきプロセス５０６の終了時、使用済みアノード液は、５０８で溶解サブシステムに返送され得、使用済みカソード液は、５１０で次のめっきサイクルのためにめっきアノード液タンクに誘導され得る。様々な実施形態において、「使用済みカソード液をアノード液タンクに誘導する」ことは、使用済みカソード液を別個のタンクに実際に移動させること、又は、使用済みカソード液を含むタンクを新たなアノード液タンクとして指定するように単に制御部（例えば弁、ポンプ等）を変更することを含み得る。
[00191]図５Ｂは、代替のプロセス５５０を示し、溶解サイクル５５２の終了後（及び任意選択で「補助鉄」ステップの実行後）、溶解サブシステムからの鉄に富む溶液は、５５４で約１／３カソード液量及び２／３アノード液量に分割され得、めっきが上述のように進行され得る。めっきの終了時（５５６）、使用済みのめっきアノード液（主に第二鉄を含有する）は、５５８で再び溶解サブシステムの酸再生器に誘導され得、使用済みめっきカソード液は、ブロック５６０で、溶解サブシステムでの溶解プロセスの終了近くでヘマタイト溶解ステップに誘導され得る。一実施形態において、例えば、アノード液及びカソード液は互いに組み合わされ、組み合わされた溶液の少なくとも一部が溶解サブシステム／酸再生セルに送られる。
[00192]いくつかの実施形態において、溶解サブシステム及びめっきサブシステムのいずれの電解質及び溶液も、溶解した鉄種、酸、及び追加的に電解質の導電性を向上させるように支持電解質として機能する不活性塩を含有してもよく、これは低い第一鉄濃度において特に有益となり得る。支持塩は、任意の電気化学的に不活性な塩、例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸アンモニウ等、又は塩の組合せを含み得る。溶液中の支持塩の濃度は、使用される場合、約０．１～約１Ｍの範囲であってもよい。
[00193]様々な実施形態において、めっきセルの第一鉄酸化アノードは、任意の炭素若しくはグラファイトベース電極、例えば炭素／グラファイトフェルト、紙若しくは布、又は第二鉄／第一鉄塩環境において安定な任意の電極材料であってもよい。めっき電極であるめっきセルのカソードは、シート、プレート、メッシュ等を含むがこれらに限定されない電気めっきに好適な任意の導電性基板であってもよく、炭素、グラファイト、鋼、ステンレス鋼、銅、亜鉛、チタン、又はこれら若しくは他の材料の合金若しくは他の組合せを含む任意の材料で作製されてもよい。さらに、基板は、多層構造を備えてもよく、コアが構造目的で１種類の材料（例えば金属）で作製され、表面がめっきプロセス及び／又は酸溶液との適合性のために別の種類の材料で作製されてもよい。そのような多層構造の例は、銅クラッド若しくはアルミニウムクラッド鋼若しくはステンレス鋼、銅めっき鋼若しくはステンレス鋼、又は他の多層材料を含む。
[00194]図１９は、酸再生セル１０４の電流密度（ｍＡ／ｃｍ２で測定）とセル電圧との間の実験的に決定された関係を示す。図２０は、鉄めっきセルの電流密度（ｍＡ／ｃｍ２で測定）とセル電圧との間の実験的に決定された関係を示す。観察され得るように、酸再生セルは、はるかに低い電流密度でめっきセルにより達成されるセル電圧に達する前に、はるかに高い電流密度で操作され得る。酸再生セル内での水分解反応はまた、典型的にはより高価な触媒を使用し得、そのようなセルの資本経費の増加をもたらし得る。これらの因子は、より高価なセルから価値を得るために、より高い電流密度で酸再生セルを操作することがより高いコスト効率をもたらし得ることを示唆している。一方、鉄めっき反応は、所望の特性を有するめっきされた鉄を達成するために、比較的低い電流密度で最も良好に実行され得る。鉄めっきセルはまた、典型的にはより安価な電極を使用するため、より低い電流密度でめっきセルを操作することがより経済的に実行可能である。様々な実施形態において、めっきセルに印加される電流密度は、約２０～３００ｍＡ／ｃｍ２の範囲内であってもよい。
[00195]様々な実施形態において、めっきカソード液タンク及びめっきアノード液タンクは、４０～８０℃の温度に維持されてもよく、めっきセルは、同様の温度範囲で操作されてもよい。
[00196]図面を参照して理解されるように、原料溶解及び酸再生ステップの鉄めっき（析出）ステップからの切り離しは、理論上のコストなしに、又はほとんどなしに実質的な利点を提供するが、これは、２つのプロセスが共に、根本的に上述の１段階鉄変換プロセスと同じ全理論的エネルギーを消費するためである。関連して、溶解タンクのめっきアノード液タンク及びめっきカソード液タンクからの切り離しは、２つのプロセスの異なる反応速度の管理にさらなる利点を提供し得る。
[00197]様々な実施形態において、鉄めっきセル（複数可）は、約２０ｍＡ／ｃｍ２～約５００ｍＡ／ｃｍ２、任意選択で２０ｍＡ／ｃｍ２～約２００ｍＡ／ｃｍ２、及び任意選択で２０ｍＡ／ｃｍ２～約１００ｍＡ／ｃｍ２、いくつかの実施形態において約５０ｍＡ／ｃｍ２～約３００ｍＡ／ｃｍ２、任意選択で５０ｍＡ／ｃｍ２～約２００ｍＡ／ｃｍ２、及び任意選択で５０ｍＡ／ｃｍ２～約１００ｍＡ／ｃｍ２、並びにいくつかの実施形態において約７５ｍＡ／ｃｍ２～約２５０ｍＡ／ｃｍ２、任意選択で７５ｍＡ／ｃｍ２～約２００ｍＡ／ｃｍ２、及び任意選択で７５ｍＡ／ｃｍ２～約１００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で有利に操作され得る。一実施形態において、鉄めっきセル（複数可）は、５００ｍＡ／ｃｍ２以下、任意選択で４００ｍＡ／ｃｍ２以下、任意選択で３００ｍＡ／ｃｍ２以下、任意選択で２００ｍＡ／ｃｍ２以下、任意選択で１００ｍＡ／ｃｍ２以下の電流密度で操作され得る。いくつかの実施形態において、めっき電流密度は、プロセス条件及び／又は電気の利用可能性に応じてめっき動作中に変動性であってもよい。
溶解を補助するための鉄原料の前処理
[00198]図９は、いくつかの実施形態による鉄変換システム１００の非常に高レベルの概略図を示す。図９の略図は、前処理セクション９２０、溶解セクション９０８、酸再生セクション９１０（これらはそれぞれ上述されている）を備える溶解サブシステム１０２、及びめっきセクション１３０を示し、めっきセクションから鉄が取り出され得る（９２２）。酸再生セクション９１０からは酸素が発生し得、めっきセクション１３０及び／又は酸再生９１０セクションとめっき１３０セクションとの間の不純物処理セクション９１８からは水素が発生し得る。発生した水素は、いくつかの前処理において使用するために前処理セクション９２０に返送されてもよい。追加的な不純物除去ステップ（例えば固体不純物、有機不純物、未溶解固体、又は他の不純物の除去）９１４及び９１６が、前処理セクション９２０と溶解サブシステム１０２との間に存在してもよい。図９に示されるように、例えば、針鉄鉱及びヘマタイトがマグネタイトに熱還元されてもよく、任意選択で、反応物質はめっき中に発生したＨ２ガスである。図９に示されるように、例えば、プロセスの様々な段階で、例えば溶解サブシステム内で（例えば溶解と酸再生器（第１の電気化学セル）との間）及び／又は溶解サブシステムと鉄めっきサブシステムとの間等で不純物が除去されてもよい。
[00199]図示されるように、溶解サブシステム１０２の前に、鉄原料及び特にいくつかの鉄鉱石が溶解を促進するために処理又は改質されてもよい。いくつかの実施形態において、針鉄鉱鉱石９０２はヘマタイト鉱石９０４に変換されてもよく、ヘマタイト鉱石はマグネタイト鉱石９０６に変換されてもよい。他の実施形態において、鉱石の一部は、針鉄鉱又はヘマタイト形態に維持されてもよい。
[00200]鉄原料材料は、鋼、他の金属及び非金属と混合された鋼、屑鋼（若しくは屑鉄）、様々な純度の金属鉄、又は酸化鉄（水酸化鉄及びオキシ水酸化鉄を含む）を含む、多くの可能な形態の１つ又は複数として鉄又は酸化鉄を含有してもよい。しかしながら、鉄含有鉱石中に一般的に存在するいくつかの酸化鉄は、比較的緩やかに溶解する。以下の段落は、鉄含有鉱石の溶解の改善に関する。
[00201]異なる酸化鉄は、異なる溶解速度論を有する。例えば、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ３＋及びＦｅ２＋の両方を含有する）は、Ｆｅ３＋のみを含有する酸化物、例えばヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）及び針鉄鉱（ＦｅＯ（ＯＨ））よりもはるかに容易に溶解する。溶解速度論の差は、例えばヘマタイトとマグネタイトとの間では４０倍となり得る。多くの市販の、及び経済的に実行可能な鉄鉱石は、大量のヘマタイト及び／又は針鉄鉱を含有する。本明細書の任意選択の実施形態は、より速い溶解のために、鉄含有鉱石中のヘマタイト及び／又は針鉄鉱等の酸化鉄の少なくとも一部をマグネタイトに変換することを含む。マグネタイトへの変換はまた、酸への溶解前に、より磁性の低い形態の鉄からのマグネタイト含有材料の磁気分離を可能にする利点を提供し得る。ある特定の酸化鉄をマグネタイトに変換するための原料鉱石の加工は、いくつかの用途に有利となり得る任意選択の態様であるが、本明細書に開示される方法の動作に必須ではない。
[00202]他の場合において、ヘマタイト又は針鉄鉱鉱石を空気雰囲気中であっても十分な温度に単に加熱すること（すなわち「空気焙焼」）によって、鉱石構造に十分な形態変化をもたらして、特に溶解が本明細書に記載のように酸再生セル１０４と結合された場合、許容され得る時間枠（例えば約２４時間＋／－６時間のオーダー）でのそれらの「焙焼」鉱石の酸溶解を可能にすることができる。いくつかの場合において、完全に未処理の「原」鉱であっても、溶解を酸再生セル１０４と結合した場合、許容され得る時間枠で溶解され得る。
[00203]図２１Ａ、図２１Ｂ、及び図２１Ｃに示されるＸ線回折パターンに示されるように、針鉄鉱は、約２００℃～６００℃の温度での空気焙焼によりヘマタイトに変換され得、ヘマタイトは、３００℃～６００℃の温度で水素中でマグネタイトに熱還元され得る。
[00204]様々な実施形態において、「空気焙焼」は、空気雰囲気中で約２００℃～６００℃の温度に約１分～約１時間の期間鉱石を加熱することによって行われてもよい。いくつかの特定の実施形態において、空気焙焼は、約２００℃～約４００℃の温度に鉱石を加熱することを含み得る。様々な実施形態において、鉱石の空気焙焼は、開始温度（例えば周囲温度又は室温）から目標温度に達するまでの昇温時間を含んでもよい。いくつかの実施形態において、空気焙焼の期間は、鉱石材料が第１の目標温度に達したら開始してもよい。
[00205]様々な実施形態において、「熱還元」は、必要な還元の程度及び還元される材料の形態に応じて、還元雰囲気中で約３００℃～６００℃の温度に約１分～約５時間の期間鉱石を加熱することにより行われてもよい。いくつかの実施形態において、還元雰囲気は、約１％～約１０％の水素ガス（又は他の還元ガス）、及び残りの不活性ガス、例えば窒素、アルゴン又は他の不活性ガスのガス混合物を含んでもよい。いくつかの実施形態において、それよりはるかに高い水素含有量、さらには１００％に近いＨ２のガス混合物が使用されてもよい。いくつかの実施形態において、熱還元雰囲気はまた、約５％～約１０％の水蒸気を含有するように加湿されてもよい。
[00206]いくつかの特定の実施形態において、熱還元は、鉱石を約３００℃～約５００℃で、いくつかの特定の実施形態においては約３７５℃、４００℃、４２５℃、４５０℃、５００℃、５２５℃、５５０℃、又はそれ以上の温度に保持することを含んでもよい。様々な実施形態において、鉱石を熱還元する際、目標温度に達する前に非効果的となり得る水素ガスを保存するために、鉱石は、目標温度に達するまでの昇温時間中に空気（又は他の非還元）雰囲気に曝露されてもよい。いくつかの実施形態において、熱還元の期間は、鉱石材料が第１の目標温度に達したら開始してもよい。
[00207]いくつかの実施形態において、例えば、鉱石を除去するか、温度を低下させるか、又は鉄金属への還元を防止するのに十分な湿度レベルを維持することによって、鉄金属への完全な還元の前に鉄鉱石の熱還元を停止することが望ましくなり得る。他の実施形態において、溶解ステップに進む前に鉱石の一部を鉄金属に還元させてもよい。
[00208]ヘマタイトは、水素、一酸化炭素、合成ガス等の還元剤を用いてマグネタイトに還元され得る。これは、多くの異なる目的のために、特に磁気分離を使用した鉄選鉱のために行うことができる。本明細書では、電気めっき等の製鉄プロセスは、任意選択で副反応として（例えば寄生反応を介して、若しくは鉄めっき中に）又は中間プロセスステップ（例えば本明細書に記載のような「補助鉄処理」ステップ）の直接的な結果として、水素等の還元剤を生成することを含み得ることが企図される。
[00209]寄生又は付随的反応によって生成された水素等の還元剤は、廃棄される代わりに、鉱石中のヘマタイト及び針鉄鉱等の酸化鉄をマグネタイトに還元するために捕捉及び使用され得る。その結果、異なるプロセスにおける副生成物（例えば電気めっき又は他のプロセスからの水素）として還元剤を生成することによって「消耗」されたエネルギーの一部はこのようにして回収され得、同時に、還元された鉱石ははるかに容易に溶解するようになる。
[00210]一般に、ある特定の実施形態によれば、Ｈ２等の還元剤の少なくとも一部は、製鉄プロセスの任意の部分、ステップ、又は反応の生成物であってもよい。
[00211]ある特定の実施形態によれば、Ｈ２等の還元剤は、鉄電気めっきプロセス又はその電気化学セルの前及び／又は外部で生成されてもよい。Ｈ２生成は、例えばｐＨが低い（例えば電気めっきセルに運搬される入力ストリーム中の残留酸が過剰である）場合に電気めっきプロセス中に生じ、電気めっきのファラデー効率の低減をもたらし得、これは、鉄電気めっきと同時にＨ２を生成する副反応（又は寄生反応）を可能にする。したがって、めっきが開始したら、ｐＨが約２（又は使用される酸化学物質に応じて他の値）に増加するまで、顕著なＨ２生成が生じ得る。いくつかの実施形態において、めっきセル又は同様に構成された研磨セルは、そのような動作中に生成された水素ガスの収集及び貯蔵を可能にするように構成されてもよい。
[00212]ある特定の実施形態によれば、本明細書に開示されるシステム及び方法は、酸への鉄溶解を改善するための解決策として上記手法の組合せを含み得る。ある特定の実施形態によれば、本明細書に開示される方法は、溶解速度を向上させるための、鉄含有鉱石中の非マグネタイト鉄鉱石、又は非マグネタイト酸化鉄化合物のマグネタイトへの変換のための製鉄プロセスにおける、副反応の生成物（例えば水素）又は副生成物の使用を含み得る。ある特定の実施形態によれば、本明細書に開示される方法は、（ｉ）酸化鉄（例えば酸化物鉱石）のマグネタイトへの還元と、（ｉｉ）酸を用いた得られた材料（マグネタイト）の溶解との組合せを含み得る。
[00213]ある特定の実施形態によれば、本明細書に開示される方法は、出発材料が鉄含有鉱石（例えば、鉱石、鉄鉱石、岩石、沈降物、鉱物）であることを含み得る。ある特定の実施形態によれば、本明細書に開示される方法は、（非マグネタイト酸化鉄をマグネタイトに変換するための）還元剤が製鉄プロセス全体における別の反応ステップの副生成物であることを含み得る。ある特定の実施形態によれば、本明細書に開示される方法は、内部源（例えば、製鉄プロセス全体の副生成物）と、水素貯蔵部、水素ガスを提供する天然ガス改質システム、又は水電解槽を含む外部源との組合せからの（非マグネタイト酸化鉄をマグネタイトに変換するための）還元剤の生成を含み得る。ある特定の実施形態によれば、本明細書に開示される方法は、（非マグネタイト酸化鉄をマグネタイトに変換するための）還元剤が、水素、一酸化炭素、天然ガス、合成ガス又はそれらの組合せであることを含み得る。ある特定の実施形態によれば、本明細書に開示される方法は、異なる反応を駆動するために電気化学めっき反応の副生成物を使用すること、例えば酸化鉄を還元するために水素副生成物を使用することを含み得る。副生成物は、めっきセルで直接、又は水素ガスの同様の正味生成量を伴ってめっきセルの前の別個の反応器内で生成され得る。
[00214]ある特定の実施形態によれば、１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を有する鉄含有鉄鉱石を溶解するための方法が本明細書に含まれ、方法は、鉄鉱石を２００℃～６００℃の温度で還元剤に曝露するステップと、鉱石中の酸化鉄の少なくとも一部をマグネタイトに変換し、それにより加工された鉱石を形成するステップと、加工された鉱石を酸を使用して溶解し、鉄塩溶液を形成するステップとを含む。任意選択で、還元剤は、製鉄プロセスにおける別の反応の副生成物である。
[00215]様々な実施形態において、本明細書におけるシステム及び方法は、許容され得る期間内（例えば約２４時間又は３０時間以内）に所望の目標溶解鉄濃度を達成するために、ある量の異なる処理がなされた鉄含有鉱石材料を溶解するように構成されてもよい。全体として、本明細書に記載のように、酸化鉄の溶解は、第一鉄の存在下、及び酸再生器により形成されるような十分な酸の存在下で、実質的に改善されることが判明した。それでもなお、ヘマタイト鉱石からマグネタイトへの還元は、溶解速度及び任意の環境における完全性の実質的な改善を示した。
[00216]図１０に示されるように、溶解サブシステム１０００は、複数の鉱石含有溶解タンク１０１０、１０１２、１０１４（又は他の実施形態においてはより多い、又はより少ない）に結合された酸再生器１０４を備えてもよい。示されるように、各タンクは、異なる加工がなされた鉱石材料を含んでもよい。例えば、第１のタンク１０１０は、熱的に前処理されていない「原」鉱を含んでもよい。そのような原鉱は、針鉄鉱及び／又は他の鉱石の種類を含んでもよい。第２のタンク１０１２は、上述のように「焙焼」された、例えば空気焙焼された鉱石を含んでもよく、またヘマタイト及び／又は他の鉱石の種類を含んでもよい。第３のタンク１０１４は、上述のように熱還元鉱石を含んでもよく、実質的な量のマグネタイト及び他の鉱石の種類を含んでもよい。
[00217]上述のように、及び図７Ｃ（過剰量の硫酸に対する異なる処理がなされた鉱石の溶解時間を示す）に示されるように、還元された鉱石は極めて迅速に溶解してわずか数時間で完全溶解に達し、焙焼された鉱石は、それよりはるかに緩やかに溶解するが、溶解速度は、温度及び／又は溶液中の第一鉄イオンの量を増加させることにより幾分増加され得る。図示されていないが、原鉱は、焙焼された鉱石より緩やかに溶解することが示されている。
[00218]関連して、図７Ｂにおいて、トレース７０８は、０．１Ｍ硫酸中のヘマタイト７０６、０．３Ｍ硫酸中のヘマタイト７０４及び０．５Ｍ硫酸中のヘマタイト７０２の溶解と比較した、０．１Ｍ硫酸へのマグネタイトの溶解を示す。
[00219]図１０のシステムは、酸再生器１０４から溶解タンク１０１０、１０１２、１０１４のうちの１つ又は複数に、酸で強化された溶解溶液を選択的に誘導するために適用され得るいくつかの可能なプロセスを示す。説明のために、酸再生器１０４とタンク１０１０、１０１２、１０１４のうちの１つ又は複数との間で酸溶液が１回の１０サイクルで再循環されるプロセスが記載され、各サイクルは、酸再生器１０４の出口で開始する。この例では１０サイクルが記載されているが、特定の実装の様々な詳細に応じて任意の数のサイクルが使用され得る。他の場合において、「サイクル」は、溶液が鉱石の種類のそれぞれと接触される相対的期間を単に表してもよく、またタンク、流体導管、弁等の異なる配置が使用されてもよい。例えば、流体が誘導される場所を変更する代わりに、単一溶解タンクの固体内容物が、以下の例で説明されるサイクル数にほぼ対応する様々な期間変更されてもよい。
[00220]１０サイクルの第１グループの間、酸溶液は、弁１０３０を開くことによって原鉱タンク１０１０に誘導されてもよい。原鉱タンク１０１０から出る酸溶液は、弁１０２２を開くことによって酸再生セル１０４に返送されてもよい。１０サイクルの第２グループの間、酸溶液は、弁１０３２を開くことによって焙焼鉱石タンク１０１２に誘導されてもよい。焙焼鉱石タンク１０１２から出る酸溶液は、弁１０２４を開くことによって酸再生セル１０４に返送されてもよい。いくつかの実施形態において、１０サイクルの第３グループの間、酸溶液は、弁１０３４を開くことによって還元鉱石タンク１０１４に誘導されてもよい。焙焼鉱石タンク１０１４から出る酸溶液は、弁１０２６を開くことにより酸再生セル１０４に返送されてもよく、又はその代わりに（又はそれに加えて）弁１０２８を開くことにより下流プロセス１０１６（例えば不純物除去、補助鉄処理、めっき等）に誘導されてもよい。
[00221]したがって、各溶解タンクを介した「サイクル」の数を変更することによって、酸溶液は異なる期間、異なる処理がなされた鉱石と接触され得る。様々な例において、酸溶液は、０～９回のサイクルで原鉱１０１０と接触されてもよく、０～９回のサイクルで焙焼された鉱石１０１２と接触されてもよく、１～１０回のサイクルだけ還元された鉱石１０１４と接触されてもよい。一般に、溶液を下流プロセスステップ１０１６に誘導する前に、酸溶液を還元された鉱石１０１４と少なくとも最終サイクルの間接触させることが望ましい。還元された鉱石の溶解は比較的迅速に進行するため、還元された鉱石で溶解プロセスを終了することは、残留する酸の一部を消費するのに役立ち、本明細書の別の箇所に記載の下流ステップをさらに単純化する。
[00222]以下の表１中のサイクル（又はそれに比例する滞留時間）の組合せのいずれかが使用され得る。
Figure 2024512063000002
[00223]いくつかの態様において、方法は、鉄原料を酸に溶解するステップと；電気化学セルのアノードで水から酸素ガスを発生させながら、電気化学セルのカソードで、又は処理ステップの間、第二鉄溶液から金属鉄を電気めっきし、電気化学セルのカソードで副反応において水素を発生させるステップと、水素を収集するステップと、水素を反応チャンバに移送するステップと、水素により反応チャンバ内で鉄原料を熱還元するステップとを含んでもよい。
[00224]いくつかの態様において、方法は、溶解タンク内で水性酸溶液に鉄原料を溶解するステップと；溶解タンクから酸再生セルに溶液を循環させるステップと；酸再生セルのカソードで溶液中の第二鉄を第一鉄に変換しながら、酸再生セルのアノードで水から酸素を発生させるステップと；溶液の第１の部分（アノード液）を鉄めっきシステムのアノード液タンクに移送するステップと；不純物を除去してＨ２を形成するための処理ステップを任意選択で含む、溶液の第２の部分（カソード液）を鉄めっきシステムのカソード液タンクに移送するステップと；それぞれのタンクと鉄めっきセルとの間でアノード液及びカソード液を循環させるステップと；めっきセルのアノードでアノード液中で第一鉄を第二鉄に酸化しながら、めっきセルのカソードでカソード液中で第一鉄から金属鉄を電気めっきしつつ、電気めっき中にカソードで寄生水素を発生させ、及び／又は不純物を除去してＨ２を形成するための処理ステップから生成されたＨ２を任意選択で使用するステップと；水素を収集するステップと、水素を反応チャンバに移送するステップと、水素により反応チャンバ内で鉄原料を熱還元するステップとを含んでもよい。
[00225]いくつかの態様において、方法は、水性酸性溶液を金属鉄と混合することにより水素を生成するステップと、水素を収集するステップと、水素を反応チャンバに移送するステップと、水素により反応チャンバ内で鉄原料を熱還元するステップとを含んでもよい。
[00226]いくつかの態様において、方法は、水性酸性第一鉄溶液を金属鉄と混合するステップと、水性酸性第一鉄溶液中の残留第二鉄イオンを第一鉄イオンに変換しながら、残留酸と金属鉄との反応から水素を生成するステップと、水素を収集するステップと、水素を反応チャンバに移送するステップと、水素により反応チャンバ内で鉄原料を熱還元するステップとを含んでもよい。
[00227]いくつかの態様において、本明細書に開示される実施形態は、酸性溶液に酸化鉄材料を溶解するための方法を含み、方法は、酸化鉄材料を含む原料を用意するステップと；溶解タンクを用意するステップと；カソード、膜及びアノードを有する電気化学セルを用意するステップと；酸溶液を使用して原料を溶解タンク内で溶解するステップであって、溶解によってＦｅ３＋が酸溶液中に放出されるステップと；溶解タンクと電気化学セルのカソードとの間で酸溶液を循環させてＦｅ３＋をＦｅ２＋に電気化学還元すると同時にプロトンを生成するステップとを含み、循環させるステップは、酸及びＦｅ２＋イオンを含む還元及び酸性化された溶液を溶解タンクに返送して、より多くの酸化鉄材料を溶解することを含む。
例：鉱石前処理及び溶解
[00228]この例は、鉄含有鉱石中のマグネタイトの含有量を増加させるために鉱石を加工する方法のある特定の例示的及び任意選択の実施形態を提供する。ある特定の酸化鉄をマグネタイトに変換するための原料鉱石の加工は、いくつかの用途に有利となり得る任意選択の態様であるが、高純度の鉄を生成するための本明細書に開示される方法の動作に必須ではない。
[00229]一態様において、１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を有する鉄含有鉱石を加工するための方法は、鉄含有鉱石を加工して加工された鉱石を形成するステップを含み、加工するステップは、鉄含有鉱石の１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を２００℃～６００℃の範囲から選択される温度で還元剤に曝露して、１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料の少なくとも一部をマグネタイトに変換し、それにより加工された鉱石を形成することと；酸性溶液を使用してマグネタイトの少なくとも一部を溶解して鉄塩溶液を形成することとを含み；還元剤は、少なくとも部分的に、電気化学プロセス、鉄を作製するためのプロセス、試薬として鉄が関与する化学反応、及び／又は金属と酸との間の化学反応の生成物である。
[00230]任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、還元剤の少なくとも一部は、鉄を作製するプロセスの電気化学及び／又は化学反応の生成物である。任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、還元剤の少なくとも一部は、鉄電気めっきプロセスの生成物である。任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、還元剤の少なくとも一部は、電気化学的に生成されたＨ２である。任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、還元剤の少なくとも一部は、化学的に生成されたＨ２である。任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、還元剤の少なくとも一部は、水電解を介して生成されたＨ２である。任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、還元剤の少なくとも一部は、鉄等の金属と酸との間の反応から生成されたＨ２である。任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、還元剤の少なくとも一部はＨ２、電気化学的に生成されたＨ２及び金属と酸との間の化学反応の生成物の組合せである。
[00231]還元剤は、鉄含有鉱石を加工するための方法の一部であるプロセスから、及び／又は別個の方法から供給されてもよい。任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、方法は、鉄を作製するためのプロセスを含む。任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、方法は、鉄金属を電気めっきするステップと、電気めっきのステップ中に生成された還元剤を収集するステップと、加工するステップに還元剤を供給することとを含む。任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、方法は、電気化学的プロセス、鉄を作製するためのプロセス、試薬として鉄が関与する化学反応、及び／又は金属と酸との間の化学反応を含む。任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、方法は、電気化学的に生成されたＨ２を作製するためのプロセスを含む。任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、方法は、鉄等の金属と酸との間の反応を介してＨ２を作製するためのプロセスを含む。
[00232]任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、還元剤は、Ｈ２、ＣＯ、天然ガス、合成ガス又はそれらの任意の組合せを含む。
[00233]任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、方法は、加工するステップと溶解するステップとの間で、加工された鉱石からマグネタイトの少なくとも一部を抽出するステップを含む。
[00234]いくつかの実施形態において、非マグネタイト酸化鉄からマグネタイトへの変換は、曝露するステップを第１に実行した後に不完全であってもよく、いくらかの量の未変換非マグネタイト酸化鉄がもたらされ、これが次いでさらに加工され得る。任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、加工された鉱石は、未変換非マグネタイト酸化鉄材料を含み、方法は、未変換非マグネタイト酸化鉄材料の少なくとも一部を、加工された鉱石のマグネタイトから分離するステップと；分離された未変換非マグネタイト酸化鉄を、未変換非マグネタイト酸化鉄材料をマグネタイトに変換するために加工するステップに再びリサイクルするステップとをさらに含む。任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、溶解するステップは、加工された鉱石を酸性溶液に曝露することを含み、曝露された加工された鉱石の少なくとも一部は、酸性溶液中に溶解しておらず、加工された鉱石の未溶解部分は、未変換非マグネタイト酸化鉄材料を含み、方法は、未変換非マグネタイト酸化鉄材料を、未変換非マグネタイト酸化鉄材料をマグネタイトに変換するために加工するステップに再びリサイクルするステップをさらに含む。
[00235]任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料は、ヘマタイト及び／又は針鉄鉱を含む。
[00236]任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、（マグネタイトの少なくとも一部を溶解するための）酸性溶液は、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸、クエン酸、シュウ酸、ホウ酸、又はそれらの任意の組合せを含む。
[00237]任意選択で、鉄含有鉱石を加工するための方法において、鉄塩溶液は、水性Ｆｅ２＋及び／又はＦｅ３＋イオンを含む。
[00238]別の態様において、１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を有する鉄含有鉱石を加工するための方法は、鉄含有鉱石を加工して加工された鉱石を形成するステップを含み、加工するステップは、鉄含有鉱石の１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を２００℃～６００℃の範囲から選択される温度で還元剤に曝露して、１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料の少なくとも一部をマグネタイトに変換し、それにより加工された鉱石を形成することと；酸性溶液を使用してマグネタイトの少なくとも一部を溶解して鉄塩溶液を形成することとを含む。
溶解を向上させる添加材料
[00239]例えば硫酸及び塩酸の混合物を使用することによって、硫酸塩及び塩化物の混合溶液を使用することができる。いくつかの実施形態において、そのような混合物は、塩化物塩を硫酸溶液に混合することによって、又は硫酸塩を塩酸溶液に混合することによって生成されてもよい。他の実施形態において、他の酸混合物が鉄鉱石材料を溶解するために使用されてもよい。
酸化学物質の選択
[00240]様々な実施形態において、本明細書に記載のシステム及び方法は、鉄原料材料の溶解のための、及び／又は鉄めっきに使用される第一鉄溶液のベースとしての任意の酸と共に使用され得る。好適な酸は、これらに限定されないが、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸、酢酸、シュウ酸、クエン酸、ホウ酸、メタンスルホン酸、又はそれらの任意の組合せを含み得る。本説明及び添付の図を参照して理解されるように、酸化学物質の選択は、様々な利点及び交換条件を提供し得る。特定の酸化学物質の選択は、とりわけこれらの、又は他の技術的及び／又は経済的要因に基づいてもよい。選択における様々な考慮点を表２に記載する。
[00241]
Figure 2024512063000003
[00242]いくつかの実施形態において、酸再生セル（アノード液及び／若しくはカソード液）又はめっきセル（アノード液及び／若しくはカソード液）のいずれかで使用される電解質又は酸溶液は、本明細書に記載の酸及び溶解種に加えて、支持塩又は他の添加物を含んでもよい。例えば、上記電解質溶液のいずれかにおける支持塩は、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸アンモニウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム等、又はそれらの任意の組合せを含み得る。
[00243]いくつかの実施形態において、めっきセルカソード液は、めっき効率を改善するように構成された１種又は複数種の添加剤、例えば、クエン酸、ホウ酸を含むｐＨ緩衝のための弱酸、及び／又は低発泡性非イオン性界面活性剤、例えばＨｏｐａｘ ＥＮ１６－８０、ＥＡ１５－９０を含む界面活性剤、並びに電気めっき産業において使用される典型的な添加剤を含んでもよい。
全体的プロセスの例
[00244]図４、図６及び図９は、本明細書に記載の鉄変換プロセスの例の様々な概略図を示す。
[00245]図１１は、様々な任意選択の中間ステップを含む、鉄原料を純粋な鉄に変換しながらプロセス溶液をリサイクルするための完全プロセス１１００の一例を示す。１１０２において、プロセス１１００は、原料材料を所望の粒子サイズに粉砕することを任意選択で含んでもよい。１１０４において、プロセスは熱処理を含んでもよく、これは、（例えばプロセス１１００における１つ又は複数のプロセスステップで生成された水素を含む）水素の存在下で鉄原料材料を焙焼及び／又は熱還元することを含んでもよい。熱処理ステップ１１０４は、原料がそのような加工なしでの直接溶解に好適である場合には、任意選択で省略され得る。１１０６において、原料は、酸再生器に接続された溶解タンクに添加され得る。１１０８において、原料は、酸及び酸再生器により生成された第一鉄溶液を有する溶解タンク内で溶解され得る。鉄濃度が所望の値に達した後、溶解タンク内のこの第一鉄溶液は１１１０において鉄で処理されて（例えば本明細書の別の箇所に記載の「補助鉄」処理）ｐＨを増加させ、任意の残留する第二鉄を第一鉄にさらに変換し得る。１１１２において、第一鉄溶液はめっきセルに関連付けられたカソード液タンク及びアノード液タンクに移送され得る。１１１４において、めっきセルは、金属鉄をめっきしながら、アノード液中に第二鉄を生成するように操作され得る。１１１５において、析出された金属鉄は、例えばカソード電極を取り出すことによってセルから取り出され得る。１１１６において、第二鉄めっきアノード溶液は、めっきシステムから酸再生器システムの溶解タンクに返送され得、１１０６においてその後のサイクルで溶解タンクに原料が添加される前に、少なくともいくらかの第一鉄を生成するようにリサイクルされ得る。いくつかの実施形態において、１１２０で電解質に支持塩が任意選択で添加されてもよい。代替として、支持塩は、プロセスの任意の他の点で電解質に添加（例えば、電解質中に、又は原料と共に添加）されてもよい。いくつかの実施形態において、支持塩は、例えば、プロセスにおいて消費され得ない（又は実質的に消費され得ない）ため、サイクル毎には添加されない。
[00246]いくつかの態様において、本明細書に開示される実施形態は、酸化鉄原料から高純度の鉄を生成するための方法を含み、方法は、溶解タンクを用意するステップ；カソード、膜及びアノードを有する第１の電気化学セル（例えば酸再生セル）を用意するステップ；原料を溶解タンク内で酸溶液に溶解するステップであって、溶解反応がＦｅ３＋を溶液中に放出しながらプロトンを消費する、ステップ；並びに溶液を第１の電気化学セルのカソードに循環させてＦｅ３＋をＦｅ２＋に変換すると同時にプロトンを生成するステップであって、酸及びＦｅ２＋イオンを含む還元された、及び酸性化された溶液を溶解タンクに返送して、より多くの酸化鉄材料を溶解することを含むステップによって、第一鉄塩を含有する溶液（「第一鉄移送溶液」）を形成するように構成された溶解サブシステムを含み；また、溶解サブシステムの溶解タンクからの第一鉄溶液を、めっきアノード液及びめっきカソード液用の２つの別個のタンク内に貯蔵される２つのストリームに分割するステップ；第２の電気化学セル（例えばめっきセル）を用意するステップ；カソード液タンクから第２の電気化学セルのカソードに溶液を循環させ、アノード液タンクのアノード液を第２の電気化学セルのアノードに循環させるステップ、Ｆｅ２＋イオンを、第２の電気化学セルのカソードでめっきされる固体鉄金属に還元すると同時に、第２の電気化学セルのアノードでＦｅ２＋イオンからＦｅ３＋に酸化するステップ；めっきされた鉄金属を取り出すステップ；並びにＦｅ３＋イオンを有する第二鉄溶液を溶解サブシステムの溶解タンク又は酸再生セルに返送するステップによって、溶解サブシステム内で生成された第一鉄溶液から金属鉄を生成するように構成された鉄めっきサブシステムをさらに含む、２つのサブシステムを含む。
[00247]いくつかのさらなる態様において、めっきセルのカソード側及びアノード側からのカソード溶液及びアノード溶液は、任意選択で組み合わされて、溶解サブシステムに再び返送される返送第二鉄溶液を形成し得る。いくつかの実施形態において、酸再生セルは、溶解タンクに固体原料を添加する前に、１つ又は複数のサイクルで操作されてもよく、それにより、固体原料材料の溶解を開始するのに十分な酸及び第一鉄（Ｆｅ２＋）溶液の生成を可能にし得る。
[00248]図１８は、本明細書に記載の鉄を生成するための方法及びシステムの態様を実行するように構成された化学プロセス及び化学プラントのある特定の実施形態を示す。例えば、「酸再生器＋Ｆｅ３還元器」は、本明細書に記載の溶解サブシステムのある特定の態様に対応する。例えば、「Ｆｅ電気めっき」は、本明細書に記載の鉄めっきサブシステムのある特定の態様に対応する。概略図は、入力、出力、及び溶解サブシステムと鉄めっきサブシステムとの間の連絡の様々な実施形態を示す。図１８はまた、システムにおける収集された水素の代替の使用（収集された酸素と再結合して水を形成する）を含む、酸再生器カソード液から酸再生器アノード液に水を移送するための例示的水管理システムを示す。図１８のシステムはまた、めっきシステムにおける塩化ナトリウム支持塩の使用の一例を示す。
水性電鋳鉄の工業的及び市場における使用
[00249]様々な実施形態において、本明細書に記載のシステム、方法及びプロセスにより電解で生成された鉄は、他の鉄源では一般に経済的に実行可能ではない多くの商業目的で使用され得る。
[00250]本明細書に記載の様々な実施形態は、経時的に利用可能電力が上下し得る断続的（例えば再生可能）エネルギー源に特に適合するが、これは、酸再生セル、めっきセル及び他の補助的システムが、一般に、変動する電力利用可能性に応じてより高い又はより低い電力で駆動され得るためである。したがって、いくつかの実施形態において、酸再生セル、めっきセル、又は他のシステム構成要素に供給される電流は、利用可能又は使用可能な電力の測定又は伝達された（例えば任意のスマートグリッド又は需要応答通信システム若しくはプロトコルによって）減少又は増加に応答して変動し得る。そのような電流（又は電力）の増加又は減少は、一般に本明細書に記載の電流密度の範囲内で生じ得るが、１つ若しくは複数のセル、スタック、サブシステム、又はシステム全体への全電力の選択的な遮断を含むいくつかの実施形態においては、それらの範囲外で生じ得る。
[00251]図２２は、本明細書に記載の純粋な鉄を作製するためのシステム又はプロセスの任意の実施形態によって生成された鉄を使用してグリーン鋼及びグリーン鋼製品を生成するためのプロセス２２００を示す。プロセス２２００に従い、鉄鉱石は、２２０２において、実質的に再生可能又はカーボン排出ゼロのエネルギー（例えば、風力、太陽光、潮汐、地熱、又は原子力発電エネルギー）のみを使用して「グリーン鉄」に変換され得る。２２０４において、グリーン鉄は、本明細書に記載のようにめっきセルから取り出され得る。
[00252]２２０６において、グリーン鉄は、好ましくは実質的に再生可能又はカーボン排出ゼロのエネルギー（例えば、風力、太陽光、潮汐、地熱、又は原子力発電エネルギー）のみを使用して溶融され得る。様々な実施形態において、鉄は、誘導炉、マイクロ波、電気アーク炉、又は他のシステムを使用して、電気エネルギーのみで溶融され得る。いくつかの実施形態において、鉄を溶融するために従来の酸素転炉が使用されてもよい。
[00253]２２０８において、溶融鉄は、所望のグレードの溶融鋼を作製するために様々な添加剤及び合金材料と混合され得る。そのような添加剤及び／又は合金元素の例は、炭素、クロム、モリブデン、バナジウム、マンガン、ニッケル、コバルト、ケイ素、鉛、ホウ素、アルミニウム、銅、セリウム、ニオブ、チタン、タングステン、スズ、亜鉛、ジルコニウム、又はそれらの任意の組合せを含み得る。
[00254]２２１０において、溶融鋼は、押出、成形、鋳造、又は他の溶融－固体鋼成形ステップによって、鋼製品又は製品前駆体に成形され得る。鋼製品を作製するために、圧延、鍛造、溶接、スタンピング、機械加工等、又はそれらの任意の組合せを含む追加的な製造ステップが使用されてもよい。
[00255]本明細書に記載のシステム、方法及びプロセスによって生成された純粋な鉄は、基本的に、例えば送出可能な水素、季節貯蔵、及び循環する鉄エコノミーを可能にする金属燃料を形成するための様々な市場目的のために展開され得る、エネルギー担体を表す（例えば「金属電気」の形態）。
[00256]送出可能な水素は、現地での、及び需要に応じた水素の運搬を指す。いくつかの実施形態において、本明細書のシステム及び方法によって生成された鉄は、水素ガスが望まれている場所に運搬され、水（例えば高温の）又は酸（酸生成器によって現場で生成されてもよく、若しくは別様に得られてもよい）と反応され得る。鉄と酸との反応は、鉄を酸化しながら自発的に水素ガスを生成する。酸化された鉄は、次いで返送され、本明細書に記載の鉄変換プロセスの１つで原料として使用され得る。
[00257]本明細書に記載の変換プロセスにより生成された鉄は、一次（単回放電）又は二次（再充電可能）鉄電極バッテリー（例えばニッケル－鉄バッテリー、鉄－空気バッテリー、全鉄フローバッテリー等）を作製するために使用され得、二次鉄電極バッテリーは、季節貯蔵（すなわち、高発電量の季節からより低い発電量の季節まで、例えば太陽光の場合夏から冬までの週若しくは月毎のタイムシフト再生可能エネルギー）、又は毎日の貯蔵（すなわち、１日のうちの高発電量時間から低発電量時間まで、例えば太陽光の場合日中から夕方、夜若しくは朝までの時間毎のタイムシフト再生可能エネルギー）に使用され得る。
[00258]本明細書に記載の変換プロセスにより作製された鉄は、十分に小さい粒子に作製され、炉（例えば石炭炉）内で固体燃料として燃焼されてもよい。鉄の燃焼は酸素を消費して酸化鉄（典型的にはヘマタイト）を形成するが、温室効果ガスを放出しない。
[00259]上記用途のいずれにおいても、それらのプロセスにおいてその耐用寿命に達した「使用済み」の鉄（典型的には１種又は複数種の酸化物形態に酸化された後）は、本明細書に記載のもの等の鉄変換プロセスに返送され、再び金属鉄に変換され得る。
鉄還元ステップを切り離すための「酸化還元メディエータ」フレームワーク
[00260]本明細書の様々な実施形態及び例における第二鉄－第一鉄還元の第一鉄還元からの切り離しは、理論的には、以下の式によって示されるような鉄還元と酸素発生とを媒介する「酸化還元メディエータ」対の使用として理解され得る。
酸再生アノード：３／２Ｈ２Ｏ→３Ｈ＋＋３／４Ｏ２＋３ｅ（式１７ａ）
酸再生カソード：３Ｆｅ３＋＋３ｅ→３Ｆｅ２＋（式１７ｃ）
めっきセルアノード：２Ｆｅ２＋→２Ｆｅ３＋＋２ｅ（式１８ａ）
めっきセルカソード：Ｆｅ２＋＋２ｅ→Ｆｅ（式１８ｃ）
[00261]めっきセルアノード（２２ａ）での半反応は、酸再生カソード（２１ｃ）の半反応のまさに逆反応である。本質的に、酸化還元対Ｆｅ３＋／Ｆｅ２＋は、水の酸化反応及びＦｅ３＋からＦｅ０への還元を２つの別個の電気化学セルに切り離すことを可能にする酸化還元メディエータの役割を果たし、第１のセルは第二鉄から第一鉄への還元のみを行い、一方第２のセルはめっきにより第一鉄を鉄金属に還元する。このようにして、Ｆｅ３＋／Ｆｅ２＋「シャトル」の作用が、全体的効率及び全システム反応に対する制御の改善に加えて、実質的な実用上及びコスト削減上の利益を生み出すために活用及び有利に使用される。数ある利点の中でも、切り離しは、酸再生セル及びめっきセルを実質的に異なる電流密度で操作することを可能にし得、これは２つのセルの異なる経済的及び動作上の特性の観点から特に有利となり得る。
[00262]上記の実施形態及び例においてはＦｅ３＋／Ｆｅ２＋対が「酸化還元メディエータ」としての役割を果たすが、例えば図２３に示される一般的な酸化還元メディエータ対は、酸化メディエータ（ＭＯ）と還元メディエータ（ＭＲ）との間でＭＯ／ＭＲとして説明され得、１電子を用いてその半反応は以下の通りである。
ＭＲ→ＭＯ＋１ｅ－（式１９）
[00263]酸化還元メディエータ対は、鉄めっき及び水の酸化反応を以下のように２つのセルに切り離すために使用され得る。
セル１：
アノード：Ｈ２Ｏ→１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ（式２０）
カソード：２ＭＯ＋２ｅ－→２ＭＲ（式２１）
全体：Ｈ２Ｏ＋２ＭＯ→１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ＭＲ（式２２）
セル２：
第１のセルで生成された還元メディエータＭＲを使用して：
アノード：２ＭＲ→２ＭＯ＋２ｅ－（式２３）
カソード：Ｆｅ２＋＋２ｅ－→Ｆｅ（式２４）
全体：Ｆｅ２＋＋２ＭＲ→Ｆｅ＋２ＭＯ（式２５）
[00264]このようにして、ＭＯ／ＭＲ対は、図２３に示されるように、鉄原料溶解プロセスを鉄めっきプロセスから切り離すための「酸化還元メディエータ」としての役割を果たし得る。様々な実施形態において、異なる電気化学反応によって同様の機能的切り離しを達成するために他の酸化還元対が使用されてもよい。様々な例示的代替酸化還元メディエータ対は、これらに限定されないが、Ｃｕ２＋／Ｃｕ０、Ｖ５＋／Ｖ４＋、Ｖ３＋／Ｖ２＋、Ｚｎ２＋／Ｚｎ０、任意の他の塩、キノン／ヒドロキノン等の任意の有機酸化還元対、Ｈ＋／Ｈ２等のガス等を含み得る。いくつかの実施形態において、金属酸化還元メディエータは、溶解によって溶液に提供されてもよく、めっき、溶媒抽出、又は他の方法により溶液から別個に抽出されてもよい。
[00265]本明細書において様々な態様が企図され、そのいくつかが以下の段落に記載される。いかなる態様又はその一部も、組み合わされて１つの態様を形成し得ることが明示的に企図される。さらに、態様Ａ１へのいかなる言及も、態様Ａ１ａ、Ａ１ｂ、Ａ１ｃ、及び／又はＡ１ｄへの言及を含み；態様Ｂ１へのいかなる言及も、態様Ｂ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ１ｃ、及び／又はＢ１ｄへの言及を含み；態様Ｃ１へのいかなる言及も、態様Ｃ１ａ及び／又はＣ１ｂへの言及を含み；態様Ｄ１へのいかなる言及も、態様Ｄ１ａ及び／又はＤ１ｂへの言及を含むことが明示的に企図される。さらに、以下の態様は態様Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤに細分化されるが、細分化部分Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤのそれぞれにおける態様は、任意の様式で組み合わされてもよいことが明示的に企図される。さらに、「上記態様のいずれか」という用語は、そのような語句を含む態様の前に現れるいずれかの態様を意味する（換言すれば、「態様Ｂ１３：態様Ｂ８、又は上記態様のいずれかの方法又はシステム」は、態様Ｂ１～１２及び態様Ａ１～Ａ９７等の「Ａ」態様の全てを含む、態様Ｂ１３の前のいずれかの態様が参照されることを意味する）。例えば、任意選択で、以下の態様のいずれかのシステム又は方法のいずれも、以下に記載の任意の他の態様と共に、又はそれと組み合わせて有用となり得ることが企図される。さらに、例えば、上述のいずれの実施形態も、任意選択で、以下に列挙された態様のいずれかと組み合わされてもよいことが企図される。
[00266]態様Ａ１ａ：鉄含有鉱石を加工及び溶解する方法であって、
還元剤の存在下で鉄含有鉱石中の１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を熱還元してマグネタイトを形成し、それにより熱還元鉱石を形成するステップと；
酸を使用して熱還元鉱石の少なくとも一部を溶解して、酸性鉄塩溶液を形成するステップと
を含み、酸性鉄塩溶液が、電気化学セル内で電気化学的に生成されたプロトンを含む、方法。
[00267]態様Ａ１ｂ：鉄含有鉱石を加工及び溶解する方法であって、
溶解タンク内で、鉄含有鉱石を酸と接触させて鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解し、それにより、溶解したＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液を形成するステップと；
溶解タンクと電気化学セルのカソードチャンバとの間で酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を再循環させるステップであり、電気化学セルが、カソードチャンバ内のカソード液として機能する酸性鉄塩溶液の少なくとも一部の存在下でのカソード、アノード液の存在下でのアノード、及びカソード液をアノード液から分離するセパレータを備える、ステップと；
カソードでカソード液から溶解したＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を電気化学還元して、カソード液中でＦｅ２＋イオンを形成するステップと；
電気化学セル内でプロトンを電気化学的に生成し、電気化学的に生成されたプロトンをカソード液に供給するステップとを含み；溶解タンク内の酸性鉄塩溶液が、鉄含有鉱石の存在下で、少なくとも０．２Ｍの遊離プロトンの定常状態濃度（任意選択で、例えば少なくとも０．２、０．３、０．４、０．５、０．８、１、１．２、１．５、２、３、４、又は５Ｍ、任意選択で、定常状態遊離プロトン濃度は、０．３、０．４、０．５、０．８、１、１．２、１．５、２、３、４、５、又は６Ｍ未満であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．２～６Ｍ等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、方法。
[00268]態様Ａ１ｃ：鉄含有鉱石を加工及び溶解する方法であって、
還元剤の存在下で鉄含有鉱石中の１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を熱還元してマグネタイトを形成し、それにより熱還元鉱石を形成するステップであり、
還元剤が、Ｈ２ガスを含み、
Ｈ２ガスの少なくとも一部が、鉄金属と酸との反応を介して化学的に生成され、及び／又は、Ｈ２ガスの少なくとも一部が、鉄電気めっきプロセスの寄生水素発生反応を介して電気化学的に生成される、ステップと；
酸性溶液を使用して少なくとも熱還元鉱石を溶解して、鉄塩溶液を形成するステップと
を含み、溶解するステップが、形成されたマグネタイトを前記酸性溶液に溶解することを含む、方法。
[00269]態様Ａ１ｄ：鉄含有鉱石を加工及び溶解するためのシステムであって、
第１の酸を使用して第１の鉄含有鉱石を溶解するための第１の溶解タンクであり、
第１の酸への第１の鉱石の溶解は、第１の溶解タンク内で溶解したＦｅ３＋イオンを含む第１の酸性鉄塩溶液を形成する、第１の溶解タンクと；
第１の溶解タンクに流体的に接続された電気化学セルであり、
カソードの存在下でカソード液を有するカソードチャンバ、アノードの存在下でアノード液を有するアノードチャンバ、並びにカソード液及びアノード液を分離するセパレータを備える、電気化学セルと；
第１の溶解タンクからカソードチャンバに第１の酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、また電気化学セルから第１の溶解タンクにカソード液の少なくとも一部を循環させる、第１の循環サブシステムと
を備え、第１の酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンの少なくとも一部が、カソード液中でカソードでＦｅ２＋イオンに電気化学還元され、それにより第１の酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンを消費する、システム。
[00270]態様Ａ２：溶解するステップ中に前記電気化学的に生成されたプロトンを有するカソード液の少なくとも一部を電気化学セルから酸性鉄塩溶液に供給し、それにより、電気化学的に生成されたプロトンを熱還元鉱石の存在下で酸性鉄塩溶液に供給するステップを含む、上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00271]態様Ａ３：溶解するステップが、溶解タンク内で行われ；溶解タンク及び電気化学セルが、流体的に接続され；酸性鉄塩溶液が、溶解タンクと電気化学セルとの間で循環される、態様Ａ２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00272]態様Ａ４：溶解するステップの少なくとも一部の間、酸性鉄塩溶液の全てが、溶解タンクと電気化学セルとの間で循環される、態様Ａ３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00273]態様Ａ５：溶解中の熱還元鉱石と酸性鉄塩溶液との間の反応が水を生成し、それにより酸性鉄塩溶液のプロトンを消費し；供給された電気化学的に生成されたプロトンが、酸性鉄塩溶液中の消費されたプロトンの少なくとも一部を置き換える、態様Ａ２～Ａ４のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00274]態様Ａ６：溶解するステップの少なくとも一部の間、電気化学的に生成されたプロトンが酸性鉄塩溶液に連続的に供給される、態様Ａ２～Ａ５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00275]態様Ａ７：酸性鉄塩溶液が、熱還元鉱石の溶解中に、少なくとも０．２Ｍの遊離プロトンの定常状態濃度（例えば少なくとも０．２、０．３、０．４、０．５、０．８、１、１．２、１．５、２、３、４、又は５Ｍ、任意選択で、定常状態遊離プロトン濃度は、０．３、０．４、０．５、０．８、１、１．２、１．５、２、３、４、５、又は６Ｍ未満であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．２～６Ｍ等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、態様Ａ２～Ａ６のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00276]態様Ａ８：酸性鉄塩溶液が、０．２Ｍ～３Ｍの範囲から選択される遊離プロトンの定常状態濃度（例えば０．４～２．８Ｍ、０．６～２．６Ｍ、０．８～２．２Ｍ、１～２Ｍ、１．２～１．８Ｍ、０．２～０．８Ｍ、０．８～１．４Ｍ、１．４～２Ｍ、２～２．５Ｍ、又は２．５～３Ｍ）により特徴付けられる、態様Ａ７又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00277]態様Ａ９：酸性鉄塩溶液が、０．７未満の定常状態ｐＨ（例えば０．７、０．６、０．５、０．４、０．３、０．２、０．１、０、－０．１、－０．５、又は－１未満、任意選択で、定常状態ｐＨは、少なくとも０．６、０．５、０．４、０．３、０．２、０．１、０、－０．１、－０．５、又は－１であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、－１～０．７等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、態様Ａ７若しくはＡ８、又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00278]態様Ａ１０：同じ又は異なる電気化学セル内で、酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンを、電気化学的に生成されたＦｅ２＋イオンに電気化学還元することによって、Ｆｅ２＋イオンを電気化学的に生成するステップを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00279]態様Ａ１１：溶解するステップ中に、熱還元鉱石の存在下で、電気化学的に生成されたＦｅ２＋イオンを酸性鉄塩溶液に供給するステップを含む、態様Ａ１０又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00280]態様Ａ１２：電気化学セルが、電気化学的に生成されたプロトン及び電気化学的に生成されたＦｅ２＋イオンの両方を生成し；溶解するステップが、溶解タンク内で行われ；溶解タンク及び電気化学セルが、流体的に接続され、酸性鉄塩溶液が、溶解タンクと電気化学セルとの間で循環される、態様Ａ１０若しくはＡ１１又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00281]態様Ａ１３：電気化学セルが、カソード液の存在下でのカソード、アノード液の存在下でのアノード、及びカソード液をアノード液から分離するセパレータを備え；
カソード液が、酸性鉄塩溶液を含み；
酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンを電気化学還元するステップがカソードで行われて、カソード液中に電気化学的に生成されたＦｅ２＋イオンを形成し；
方法が、
電気化学セル内で電気化学的に生成されたプロトンを電気化学的に生成するステップと；
電気化学的に生成されたプロトンをカソード液に供給するステップと
をさらに含む、態様Ａ８又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00282]態様Ａ１４：電気化学的に生成されたプロトンを電気化学的に生成するステップが、アノードで水を電気化学的に酸化することを含む、態様Ａ１３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00283]態様Ａ１５：電気化学的に生成されたプロトンを電気化学的に生成するステップが、アノードでＨ２ガスを電気化学的に酸化することを含む、態様Ａ１３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00284]態様Ａ１６：電気化学的に生成されたプロトンを供給するステップが、セパレータを通してアノード液からカソード液に電気化学的に生成されたプロトンを運搬することを含む、態様Ａ１４若しくはＡ１５又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00285]態様Ａ１７：電気化学セルが、８０％超のクーロン効率（例えば８０％、８５％、９０％、９５％、又は９９％超、任意選択で、クーロン効率は８０％、８５％、９０％、９５％、９９％、又は１００％未満であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、８０～１００％等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、態様Ａ１３～Ａ１６のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00286]態様Ａ１８：電気化学的に生成されたプロトンが、カソード液中で少なくとも部分的に酸を形成する、態様Ａ１３～Ａ１７のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00287]態様Ａ１９：カソード液からアノード液に水を供給するステップを含む、態様Ａ１３～Ａ１８のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00288]態様Ａ２０：アノードで酸化された水が、溶解するステップ中に鉄含有鉱石の溶解により生成された水を含む、態様１４若しくは１６又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00289]態様Ａ２１：水が、浸透作用によりセパレータを通してカソード液からアノード液に供給される、態様Ａ１９若しくはＡ２０又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00290]態様Ａ２２：アノード液が、カソード液の全塩濃度より高い全塩濃度により特徴付けられる、態様Ａ１３～Ａ２１のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00291]態様Ａ２３：膜蒸留によりカソード液から水を分離するステップと、前記分離された水をアノード液に供給するステップとを含む、態様Ａ１３～Ａ２２のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00292]態様Ａ２４：フラッシュ蒸留によりカソード液から水を分離するステップと、前記分離された水をアノード液に供給するステップとを含む、態様Ａ１３～Ａ２３のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00293]態様Ａ２５：逆浸透によりカソード液から水を分離するステップ、及び前記分離された水をアノード液に供給するステップを含む、態様Ａ１３～Ａ２４のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00294]態様Ａ２６：アノード液が、カソード液と異なる組成を有する、態様Ａ１３～Ａ２５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00295]態様Ａ２７：第１のアノード液が、第１のカソード液と異なるｐＨを有する、態様Ａ１３～Ａ２６のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00296]態様Ａ２８：第１のカソード液が、第１のアノード液より低いｐＨを有する、態様Ａ１３～Ａ２７のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00297]態様Ａ２９：第１のアノード液が、第１のカソード液中の組成と異なる組成の溶解した塩を含む、態様Ａ１３～Ａ２８のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00298]態様Ａ３０：第１のアノード液が、１種又は複数種の溶解した第二鉄塩を含有し；第１の検体が、第１のカソード液中の全鉄イオン濃度以上の１種又は複数種の溶解した第二鉄塩の全濃度により特徴付けられる、態様Ａ１３～Ａ２９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00299]態様Ａ３１：第１のカソード液が、１種又は複数種の支持塩を含む、態様Ａ１３～Ａ３０のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00300]態様Ａ３２：第１のカソード液が、０．１～１Ｍ（例えば０．２～０．８Ｍ、０．４～０．６Ｍ、０．１～０．４Ｍ、０．４～０．８Ｍ、又は０．８～１Ｍ）の範囲から選択される濃度の１種又は複数種の支持塩を含む、態様Ａ３１又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00301]態様Ａ３３：１種又は複数種の支持塩が、１種若しくは複数種の金属硫酸塩化合物及び／又は１種若しくは複数種の金属塩化物化合物を含む、態様Ａ３１若しくはＡ３２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00302]態様Ａ３４：１種又は複数種の金属硫酸塩化合物が、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム、硫酸リチウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、塩化リチウム、又はそれらの組合せを含む、態様Ａ３３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00303]態様Ａ３５：第１のアノード液が、第１のカソード液と異なる少なくとも１つの酸化還元対により特徴付けられる、態様Ａ１３～Ａ３４のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00304]態様Ａ３６：第１のアノード液が、第１のカソード液より高い全濃度の溶解した塩を含む、態様Ａ１３～Ａ３５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00305]態様Ａ３７：第１のアノード液が、第１のカソード液より低い全濃度の溶解した塩を含む、態様Ａ１～Ａ２１、Ａ２３～Ａ２９若しくはＡ３１～３５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00306]態様Ａ３８：アノード液が、Ｆｅ２＋及びＦｅ３＋イオンを本質的に含まない、態様Ａ１～Ａ２９若しくはＡ３１～Ａ３５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00307]態様Ａ３９：カソード液が、１～８Ｍ（例えば１～５Ｍ、２～５Ｍ、１～８Ｍ、２～７Ｍ、３～６Ｍ、４～５Ｍ、１～３Ｍ、３～５Ｍ、５～８Ｍ、１～４Ｍ、３～５Ｍ、又は３～８Ｍ）の範囲から選択される最大塩濃度により特徴付けられる、態様Ａ１３～Ａ３８のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00308]態様Ａ４０：カソード液が、０．５～５Ｍ（例えば１～５Ｍ、１～４Ｍ、１～３Ｍ、０．５～５Ｍ、０．５～４Ｍ、２～４Ｍ、２～５Ｍ、１～２Ｍ）の範囲から選択される最大鉄イオン濃度により特徴付けられる、態様Ａ１３～Ａ３９のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00309]態様Ａ４１：アノードで酸素（Ｏ２）を電気化学的に生成するステップを含む、態様Ａ１３～Ａ４０のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00310]態様Ａ４２：アノードでの電気化学的反応が、Ｏ２／Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ／Ｈ２、Ｈ２／Ｈ＋、Ｈ＋／Ｈ２Ｏ、及びそれらの任意の組合せからなる群から選択される１つ又は複数の酸化還元対により特徴付けられる、態様Ａ１３～Ａ４１のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00311]態様Ａ４３：第１のアノード液が、第１のセパレータを介して第１のカソード液とイオン的に接続されている、態様Ａ１３～Ａ４２のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00312]態様Ａ４４：第１のアノード液が、第１のカソード液から流体的に切り離されている、態様Ａ４３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00313]態様Ａ４５：セパレータが、イオン交換膜である、態様Ａ１３～Ａ４４のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00314]態様Ａ４６：セパレータが、プロトン交換膜（ＰＥＭ）である、態様４５又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00315]態様Ａ４７：Ｆｅ２＋イオンを有する鉄に富む溶液を生成するステップを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00316]態様Ａ４８：生成された鉄に富む溶液が、０．５～５Ｍ（例えば１～４Ｍ、１～５Ｍ、０．５～４Ｍ、１～４Ｍ、１～３Ｍ、０．５～４Ｍ、２～４Ｍ、２～５Ｍ、又は１～２Ｍ）の範囲から選択される全鉄イオン濃度により特徴付けられる、態様Ａ４７又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00317]態様Ａ４９：電気化学セル及び／又は溶解するステップが行われる槽から、生成された鉄に富む溶液を取り出すステップを含む、態様Ａ４７若しくはＡ４８又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00318]態様Ａ５０：溶解タンクを電気化学セルから流体的に切り離し、並びに／又は溶解するステップの間及び完了前に電気化学セルを止めることによって酸性鉄塩溶液のｐＨを上昇させるステップを含む、態様Ａ３～Ａ４９のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00319]態様Ａ５１：生成された鉄に富む溶液のｐＨを、２～７（例えば２～６．５、２～６、２～５、３～７、３～６、３～５、３～４、４～７、４～６、４～５、５～７、５～６、又は６～７）の範囲から選択されるｐＨに上昇させ、それによりｐＨ調節された鉄に富む溶液を生成するステップを含む、態様Ａ４７～Ａ５０のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00320]態様Ａ５２：生成された鉄に富む溶液のｐＨを、２～７未満（例えば２～６．５、２～６、２～５、３～７未満、３～６、３～５、３～４、４～７未満、４～６、４～５、５～７未満、５～６、又は６～７未満）から選択されるｐＨに上昇させ、それによりｐＨ調節された鉄に富む溶液を生成するステップを含む、態様Ａ４７～Ａ５１のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00321]態様Ａ５３：ｐＨを上昇させるステップが、生成された鉄に富む溶液の存在下で金属鉄及び／又は１種若しくは複数種の酸化鉄材料を供給することを含む、態様Ａ５１若しくはＡ５２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00322]態様Ａ５４：ｐＨを上昇させるステップが、生成された鉄に富む溶液の存在下で、マグネタイト、金属鉄、又はマグネタイト及び金属鉄の両方を供給することを含む、態様Ａ５３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00323]態様Ａ５５：ｐＨを上昇させるステップが、生成された鉄に富む溶液の存在下でマグネタイト又はマグネタイト及び金属鉄の両方を供給することを含む、態様Ａ５４又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00324]態様Ａ５６：ｐＨを上昇させるステップが、生成された鉄に富む溶液のｐＨを、２～７（例えば２～６．５、２～６、２～５、３～７、３～７未満、３～６、３～５、３～４、４～７、４～７未満、４～６、４～５、５～７、５～７未満、５～６、６～７、又は６～７未満）の範囲から選択されるｐＨに上昇させるのに十分な量の金属鉄を供給することを含み；いくつかの態様において、金属鉄が、金属鉄を含む材料である、態様Ａ５１～Ａ５５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00325]態様Ａ５７：生成された鉄に富む溶液から１種又は複数種の第一鉄塩を沈殿又は結晶化するステップを含む、態様Ａ４７～Ａ５６のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00326]態様Ａ５８：電気めっき以外の１つ又は複数のプロセスによって、生成された鉄に富む溶液から１種又は複数種の第一鉄塩を取り出すステップを含む、態様Ａ４７～Ａ５７のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00327]態様Ａ５９：熱還元するステップが、鉄含有鉱石の１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を２００℃～６００℃（例えば２００～５５０、２００～５００、２００～４５０、２００～４００、２００～３５０、２００～３００、２００～２５０、２５０～６００、２５０～５５０、２５０～５００、２５０～４００、３００～６００、３００～５５０、３００～５００、３００～４５０、３００～４００、３５０～６００、３５０～５５０、３５０～５００、３５０～４５０、４００～６００、４００～５５０、４００～５００、４５０～６００、４５０～５５０、又は５００～６００の温度（℃））の範囲から選択される高温で還元剤に曝露し、それにより１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料の少なくとも一部をマグネタイトに変換することを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00328]態様Ａ６０：還元剤が、Ｈ２ガスを含み；Ｈ２ガスの少なくとも一部は、鉄金属と酸との反応を介して化学的に生成され、及び／又は、Ｈ２ガスの少なくとも一部は、鉄電気めっきプロセスの寄生水素発生反応を介して電気化学的に生成される、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00329]態様Ａ６１：鉄含有鉱石が、熱還元するステップ中、熱処理時間の間高温に曝露され、鉄含有鉱石が、熱処理時間の間中還元剤に曝露される、態様Ａ５９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00330]態様Ａ６２：鉄含有鉱石が、熱還元するステップ中、熱処理時間の間高温に曝露され、鉄含有鉱石が、熱処理時間の一部の間還元剤に曝露される、態様Ａ５９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00331]態様Ａ６３：熱処理時間の初期部分の間鉄含有鉱石を空気に曝露することによって、鉄含有鉱石を空気焙焼するステップを含む、態様Ａ６２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00332]態様Ａ６４：空気の存在下、鉄含有鉱石の少なくとも一部を２００℃～６００℃（例えば２００～５５０、２００～５００、２００～４５０、２００～４００、２００～３５０、２００～３００、２００～２５０、２５０～６００、２５０～５５０、２５０～５００、２５０～４００、３００～６００、３００～５５０、３００～５００、３００～４５０、３００～４００、３５０～６００、３５０～５５０、３５０～５００、３５０～４５０、４００～６００、４００～５５０、４００～５００、４５０～６００、４５０～５５０、又は５００～６００の温度（℃））の範囲から選択される温度で空気焙焼して、空気焙焼された鉱石を形成するステップをさらに含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00333]態様Ａ６５：空気焙焼するステップが、熱還元するステップの前に、又はそれとは別個に行われ、空気焙焼された鉱石は、空気焙焼の前に熱還元されていない、態様Ａ６４、又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00334]態様Ａ６６：熱還元するステップが、空気焙焼された鉱石を熱還元して、熱還元鉱石の少なくとも一部を形成することを含み；空気焙焼された鉱石は、１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を含む、態様Ａ６４若しくはＡ６５又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00335]態様Ａ６７：溶解するステップが、空気焙焼された鉱石の少なくとも一部及び熱還元鉱石の少なくとも一部を同時に、及び／又は順次溶解することを含む、態様Ａ６４、Ａ６５若しくはＡ６６又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00336]態様Ａ６８：溶解するステップが、溶解するステップの少なくとも一部の間、熱還元鉱石とは別個の溶解タンク内で、空気焙焼された鉱石の少なくとも一部を溶解することを含む、態様Ａ６７又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00337]態様Ａ６９：溶解するステップが、鉱石混合物を溶解することを含み；鉱石混合物は、０ｗｔ．％～１００ｗｔ．％（例えば０～１００、１～１００、１～９０、１～８０、１～７０、１～６０、１～５０、１～４０、１～３０、１～２０、１～１０、５～１００、５～９０、５～８０、５～７０、５～６０、５～５０、５～４０、５～３０、５～２０、５～１０、１０～１００、１０～９０、１０～８０、１０～７０、１０～６０、１０～５０、１０～４０、１０～３０、１０～２０、２０～１００、２０～９０、２０～８０、２０～７０、２０～６０、２０～５０、２０～４０、２０～３０、４０～１００、４０～８０、４０～６０、５０～１００、５０～８０、５０～６０、６０～１００、６０～８０、７０～１００、７０～８０、８０～１００のｗｔ．％）の熱還元鉱石、５ｗｔ．％～１００ｗｔ．％（例えば５～１００、５～９０、５～８０、５～７０、５～６０、５～５０、５～４０、５～３０、５～２０、５～１０、１０～１００、１０～９０、１０～８０、１０～７０、１０～６０、１０～５０、１０～４０、１０～３０、１０～２０、２０～１００、２０～９０、２０～８０、２０～７０、２０～６０、２０～５０、２０～４０、２０～３０、４０～１００、４０～８０、４０～６０、５０～１００、５０～８０、５０～６０、６０～１００、６０～８０、７０～１００、７０～８０、８０～１００のｗｔ．％）の焙焼された鉱石、及び０ｗｔ．％～９０ｗｔ．％（例えば０～９０、１～９０、１～８０、１～７０、１～６０、１～５０、１～４０、１～３０、１～２０、１～１０、５～９０、５～８０、５～７０、５～６０、５～５０、５～４０、５～３０、５～２０、５～１０、１０～９０、１０～８０、１０～７０、１０～６０、１０～５０、１０～４０、１０～３０、１０～２０、２０～９０、２０～８０、２０～７０、２０～６０、２０～５０、２０～４０、２０～３０、４０～９０、４０～８０、４０～６０、５０～９０、５０～８０、５０～６０、６０～９０、６０～８０、７０～９０、７０～８０、８０～９０のｗｔ．％）の焙焼されたマグネタイト含有鉱石を含む、態様Ａ６４～Ａ６８のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00338]態様Ａ７０：溶解するステップが、電気化学セルと、第１の溶解タンク、第２の溶解タンク、及び第３の溶解タンクの少なくとも１つとの間で溶解溶液を循環させることを含み；第１の溶解タンクが、熱還元鉱石の少なくとも一部を含み、第２の溶解タンクが、空気焙焼された鉱石を含み、第３の溶解タンクが、鉄含有原鉱を含み；原鉱が、熱還元も空気焙焼もされていない鉄含有鉱石である、態様Ａ６４～Ａ６９のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00339]態様Ａ７１：循環させるステップが、全循環時間又は全循環サイクル数の間溶解溶液を循環させることを含み；溶解溶液は、電気化学セルと第３の溶解タンクとの間で、全循環時間又は全循環サイクル数の０～９９％（例えば０～９５、１～９９、１～９５、５～９０、１０～８５、１５～８０、２０～７５、２５～７０、３０～６５、３５～６０、４０～５５、１～９０、１～８０、１～７０、１～６０、１～５０、１～２０、５～９９、５～８０、５～７０、５～６０、５～４０、５～２０、１０～９５、１０～８０、１０～６０、２０～９５、２０～８０、２０～６０、４０～９９、４０～８０、６０～９９、６０～８０、７０～９５、又は８０～９５の％）の間循環され；溶解溶液は、電気化学セルと第２の溶解タンクとの間で、全循環時間又は全循環サイクル数の０～９９％（例えば０～９５、１～９９、１～９５、５～９０、１０～８５、１５～８０、２０～７５、２５～７０、３０～６５、３５～６０、４０～５５、１～９０、１～８０、１～７０、１～６０、１～５０、１～２０、５～９９、５～８０、５～７０、５～６０、５～４０、５～２０、１０～９５、１０～８０、１０～６０、２０～９５、２０～８０、２０～６０、４０～９９、４０～８０、６０～９９、６０～８０、７０～９５、又は８０～９５の％）の間循環され；溶解溶液は、電気化学セルと第１の溶解タンクとの間で、全循環時間又は全循環サイクル数の１～１００％（例えば１～９９、５～１００、１～９５、５～９０、１０～１００、１０～８５、１５～８０、２０～１００、２０～７５、２５～７０、３０～６５、３５～６０、４０～１００、４０～５５、１～９０、１～８０、１～７０、１～６０、１～５０、１～２０、５～９９、５～８０、５～７０、５～６０、５～４０、５～２０、１０～９５、１０～８０、１０～６０、２０～９５、２０～８０、５０～１００、２０～６０、４０～９９、７０～１００、４０～８０、６０～９９、６０～８０、７０～９５、８０～１００、又は８０～９５の％）の間循環される、態様Ａ７０又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00340]態様Ａ７２：循環させるステップの間、溶解溶液が、電気化学セルと、第１、第２及び第３の溶解タンクの任意の２つ又は任意の３つとの間で、任意の順番で順次、及び／又は同時に循環される、態様Ａ７０若しくはＡ７１、又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00341]態様Ａ７３：循環させるステップが、最初に電気化学セルと原鉱を有する第３の溶解タンクとの間で溶解溶液を第１循環させ、次いで電気化学セルと空気焙焼された鉱石を有する第２の溶解タンクとの間で溶解溶液を第２循環させ、次いで電気化学セルと熱還元鉱石を有する第１の溶解タンクとの間で溶解溶液を第３循環させることを含む、態様Ａ７２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00342]態様Ａ７４：溶解溶液が、酸性鉄塩溶液であるか、又はそれを含む、態様Ａ７０～Ａ７３のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00343]態様Ａ７５：第１の溶解タンクが、溶解するステップの任意の部分の間、空気焙焼された鉱石、原鉱、又はその両方をさらに含む、態様Ａ６４～Ａ７４のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00344]態様Ａ７６：第２の溶解タンクが、溶解するステップの任意の部分の間、熱還元鉱石、原鉱、又はその両方をさらに含む、態様Ａ６４～Ａ７５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00345]態様Ａ７７：第３の溶解タンクが、溶解するステップの任意の部分の間、空気焙焼された鉱石、熱還元鉱石、又はその両方をさらに含む、態様Ａ６４～Ａ７６のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00346]態様Ａ７８：溶解するステップが、少なくとも１つの溶解タンク内で行われ；溶解するステップが、空気焙焼された鉱石、原鉱、又はその両方を、熱還元鉱石の存在下で少なくとも１つの溶解タンク内の酸性鉄塩溶液にさらに導入することを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00347]態様Ａ７９：１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料が、ヘマタイト及び／又は針鉄鉱を含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00348]態様Ａ８０：酸が、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸、クエン酸、シュウ酸、ホウ酸、メタンスルホン酸、又はそれらの任意の組合せを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00349]態様Ａ８１：鉄含有鉱石を加工及び溶解する方法であって、
溶解タンク内で、鉄含有鉱石を酸と接触させて鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解し、それにより、溶解したＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液を形成するステップと；
溶解タンクと電気化学セルのカソードチャンバとの間で酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を再循環させるステップであり、電気化学セルが、カソードチャンバ内のカソード液として機能する酸性鉄塩溶液の少なくとも一部の存在下でのカソード、アノード液の存在下でのアノード、及びカソード液をアノード液から分離するセパレータを備える、ステップと；
カソードでカソード液から溶解したＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を電気化学還元して、カソード液中でＦｅ２＋イオンを形成するステップと；
電気化学セル内でプロトンを電気化学的に生成し、電気化学的に生成されたプロトンをカソード液に供給するステップとを含み；溶解タンク内の酸性鉄塩溶液が、鉄含有鉱石の存在下で、少なくとも０．２Ｍの遊離プロトンの定常状態濃度（任意選択で、例えば少なくとも０．２、０．３、０．４、０．５、０．８、１、１．２、１．５、２、３、４、又は５Ｍ、任意選択で、定常状態遊離プロトン濃度は、０．３、０．４、０．５、０．８、１、１．２、１．５、２、３、４、５、又は６Ｍ未満であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．２～６Ｍ等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、方法。
[00350]態様Ａ８２：鉄含有鉱石を加工及び溶解する方法であって、
還元剤の存在下で鉄含有鉱石中の１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を熱還元してマグネタイトを形成し、それにより熱還元鉱石を形成するステップであり、
還元剤が、Ｈ２ガスを含み、
Ｈ２ガスの少なくとも一部が、鉄金属と酸との反応を介して化学的に生成され、及び／又は、Ｈ２ガスの少なくとも一部が、鉄電気めっきプロセスの寄生水素発生反応を介して電気化学的に生成される、ステップと；
酸性溶液を使用して少なくとも熱還元鉱石を溶解して、鉄塩溶液を形成するステップと
を含み、溶解するステップが、形成されたマグネタイトを前記酸性溶液に溶解することを含む、方法。
[00351]態様Ａ８３：鉄含有鉱石を加工及び溶解するためのシステムであって、
第１の酸を使用して第１の鉄含有鉱石を溶解するための第１の溶解タンクであり、
第１の酸への第１の鉱石の溶解が、第１の溶解タンク内で溶解したＦｅ３＋イオンを含む第１の酸性鉄塩溶液を形成する、第１の溶解タンクと；
第１の溶解タンクに流体的に接続された電気化学セルであり、
カソードの存在下でカソード液を有するカソードチャンバ、アノードの存在下でアノード液を有するアノードチャンバ、並びにカソード液及びアノード液を分離するセパレータを備える、電気化学セルと；
第１の溶解タンクからカソードチャンバに第１の酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、電気化学セルから第１の溶解タンクにカソード液の少なくとも一部を循環させる、第１の循環サブシステムと
を備え、第１の酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンの少なくとも一部が、カソード液中でカソードでＦｅ２＋イオンに電気化学還元され、それにより第１の酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンを消費する、システム。
[00352]態様Ａ８４：プロトンが、電気化学セル内で電気化学的に生成され、カソード液に供給され、それにより溶解中に消費された酸を少なくとも部分的に補充する、態様Ａ８３又は上述の態様のいずれかの方法又はシステム。
[00353]態様Ａ８５：プロトンが、アノード液中で電気化学的に生成され、カソード液に向かってセパレータを通過する、態様Ａ８４又は上述の態様のいずれかの方法又はシステム。
[00354]態様Ａ８６：溶解タンク内の酸性鉄塩溶液が、鉄含有鉱石の存在下で、少なくとも０．２Ｍの遊離プロトンの定常状態濃度（任意選択で、例えば少なくとも０．２、０．３、０．４、０．５、０．８、１、１．２、１．５、２、３、４、若しくは５Ｍ、任意選択で、定常状態遊離プロトン濃度は、０．３、０．４、０．５、０．８、１、１．２、１．５、２、３、４、５、若しくは６Ｍ未満であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．２～６Ｍ等の範囲を形成し得る）により特徴付けられ、並びに／又は、０．７以下の定常状態ｐＨ（例えば０．６、０．５、０．４、０．３、０．２、０．１、０、－０．１、－０．５、若しくは－１以下、任意選択で、定常状態ｐＨは、少なくとも０．５、０．４、０．３、０．２、０．１、０、－０．１、－０．５、若しくは－１であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、－１～０．７等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、態様Ａ８３、Ａ８４若しくはＡ８５又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00355]態様Ａ８７：アノード液が、水又は塩水溶液を含み；水が、アノードで電気化学的に酸化されてアノード液中にプロトンを生成し；生成されたプロトンが、セパレータを通ってカソード液に運搬される、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00356]態様Ａ８８：アノード液が、カソード液と異なる組成を有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00357]態様Ａ８９：第１の鉄含有鉱石が、マグネタイトを有する熱還元鉱石を含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00358]態様Ａ９０：還元剤の存在下、２００℃～６００℃（例えば２００～５５０、２００～５００、２００～４５０、２００～４００、２００～３５０、２００～３００、２００～２５０、２５０～６００、２５０～５５０、２５０～５００、２５０～４００、３００～６００、３００～５５０、３００～５００、３００～４５０、３００～４００、３５０～６００、３５０～５５０、３５０～５００、３５０～４５０、４００～６００、４００～５５０、４００～５００、４５０～６００、４５０～５５０、又は５００～６００の温度（℃））の範囲から選択される高温で非マグネタイト材料をマグネタイトに変換することによって熱還元鉱石を形成するように構成された熱還元サブシステムをさらに備え、熱還元鉱石は、熱還元サブシステムから第１の溶解タンクに供給される、態様Ａ６９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00359]態様Ａ９１：空気の存在下、２００℃～６００℃（例えば２００～５５０、２００～５００、２００～４５０、２００～４００、２００～３５０、２００～３００、２００～２５０、２５０～６００、２５０～５５０、２５０～５００、２５０～４００、３００～６００、３００～５５０、３００～５００、３００～４５０、３００～４００、３５０～６００、３５０～５５０、３５０～５００、３５０～４５０、４００～６００、４００～５５０、４００～５００、４５０～６００、４５０～５５０、又は５００～６００の温度（℃））の範囲から選択される高温で鉄含有鉱石を空気焙焼することによって空気焙焼された鉱石を形成するように構成された空気焙焼サブシステムを備える、態様Ａ９０又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00360]態様Ａ９２：空気焙焼サブシステム及び熱還元サブシステムが同じである、態様Ａ９１又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00361]態様Ａ９３：空気焙焼された鉱石を有する第２の溶解タンクを備える上記態様のいずれか１つの方法又はシステムであって、空気焙焼された鉱石が、熱還元されておらず、２００℃～６００℃（例えば２００～５５０、２００～５００、２００～４５０、２００～４００、２００～３５０、２００～３００、２００～２５０、２５０～６００、２５０～５５０、２５０～５００、２５０～４００、３００～６００、３００～５５０、３００～５００、３００～４５０、３００～４００、３５０～６００、３５０～５５０、３５０～５００、３５０～４５０、４００～６００、４００～５５０、４００～５００、４５０～６００、４５０～５５０、又は５００～６００の温度（℃））の範囲から選択される高温で空気に曝露された鉄含有鉱石であり；
空気焙焼された鉱石の溶解が、第２の溶解タンク内で、溶解したＦｅ３＋イオンを含む第２の酸性鉄塩溶液の存在下で生じ；
システムが、第２の溶解タンクからカソードチャンバに第２の酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、また電気化学セルから第２の溶解タンクにカソード液の少なくとも一部を循環させる、第２の循環サブシステムをさらに備え；
第２の酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンの少なくとも一部が、カソード液中でカソードでＦｅ２＋イオンに電気化学還元され、それにより第２の酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンを消費する、方法又はシステム。
[00362]態様Ａ９４：原鉱を有する第３の溶解タンクを備える、上記態様のいずれか１つの方法又はシステムであって、原鉱は、熱還元も空気焙焼もされていない鉄含有鉱石であり；
空気焙焼された鉱石の溶解が、第３の溶解タンク内で、溶解したＦｅ３＋イオンを含む第３の酸性鉄塩溶液の存在下で生じ、
システムが、第３の溶解タンクからカソードチャンバに第３の酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、また電気化学セルから第３の溶解タンクにカソード液の少なくとも一部を循環させる、第３の循環サブシステムをさらに備え；
第３の酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンの少なくとも一部が、カソード液中でカソードでＦｅ２＋イオンに電気化学還元され、それにより第３の酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンを消費する、方法又はシステム。
[00363]態様Ａ９５：１Ｍ～４Ｍ（例えば１～３．５、１～３、１～２．５、１～２、１～１．５、１．５～４、１．５～３．５、１．５～３、１．５～２．５、１．５～２、２～４、２～３．５、２～３、２～２．５、２．５～４、２．５～３．５、２．５～３、３～４、又は３～３．５）の範囲から選択される鉄イオン濃度を有する鉄に富む溶液を生成するように構成される、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00364]態様Ａ９６：溶解するステップが、酸性鉄塩溶液中のプロトン濃度（任意選択で定常状態プロトン濃度）が０．４Ｍ（任意選択で０．３Ｍ、任意選択で０．２Ｍ、任意選択で０．１Ｍ）以下である（任意選択で、溶解するステップが行われる時間の大部分にわたりこの閾値を超えた後）場合停止される、上記又は下記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00365]態様Ａ９７：溶解するステップが、第１のカソード液、酸性鉄塩溶液、及び／又は生成された鉄に富む溶液中の全鉄イオン濃度が、１Ｍ、任意選択で２Ｍ、任意選択で３Ｍ、任意選択で４Ｍ、任意選択で１Ｍ～４Ｍ（これらの値を含む）の間の任意の値又は範囲の所望の最大値（任意選択で定常状態値）に達した場合に停止される、上記又は下記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00366]態様Ｂ１ａ：鉄を生成するための方法であって、
鉄含有鉱石を有する原料を、第１の電気化学セルを備える溶解サブシステムに供給するステップであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下で第１のアノード液を有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備え、
第１のアノード液が、第１のカソード液と異なる組成を有する、ステップと；
酸を使用して鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解して、溶解した第１のＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液を形成するステップと；
第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を有する酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、第１のカソードチャンバに供給するステップと；
第１のカソード液中の前記第１のＦｅ３＋イオンを第１電気化学還元して、Ｆｅ２＋イオンを形成するステップと；
形成されたＦｅ２＋イオンを、溶解サブシステムから第２の電気化学セルを有する鉄めっきサブシステムに移送するステップと；
移送された形成されたＦｅ２＋イオンの第１の部分を、第２の電気化学セルの第２のカソードでＦｅ金属に第２電気化学還元するステップと；
第２の電気化学セルからＦｅ金属を取り出し、それにより鉄を生成するステップと
を含む方法。
[00367]態様Ｂ１ｂ：鉄を生成するための方法であって、
鉄含有鉱石を有する原料を、第１の電気化学セルを備える溶解サブシステムに供給するステップであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下でＨ２ガスを有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノードチャンバを第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備える、ステップと；
酸を使用して鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解して、溶解した第１のＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液を形成するステップと；
第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を有する酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、第１のカソードチャンバに供給するステップと；
第１のカソード液中の前記第１のＦｅ３＋イオンを第１電気化学還元して、Ｆｅ２＋イオンを形成するステップと；
形成されたＦｅ２＋イオンを、溶解サブシステムから第２の電気化学セルを有する鉄めっきサブシステムに移送するステップと；
移送された形成されたＦｅ２＋イオンの第１の部分を、第２の電気化学セルの第２のカソードでＦｅ金属に第２電気化学還元するステップと；
第２の電気化学セルからＦｅ金属を取り出し、それにより鉄を生成するステップと
を含む方法。
[00368]態様Ｂ１ｃ：鉄を生成するためのシステムであって、
溶解タンク、及び溶解タンクに流体的に接続された第１の電気化学セルを有する溶解サブシステムであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下で第１のアノード液を有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備え、
第１のアノード液が、第１のカソード液と異なる組成を有する、溶解サブシステムと；
溶解サブシステムに流体的に接続され、第２の電気化学セルを有する鉄めっきサブシステムと；
溶解サブシステムと鉄めっきサブシステムとの間の第１のサブシステム間流体接続と
を備え、
溶解タンクが、鉄含有鉱石を有する原料を受容し；
溶解タンクが、鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解して、溶解した第１のＦｅ３＋イオンを生成するための酸性鉄塩溶液を含み；
第１のＦｅ３＋イオンが、第１のカソードで電気化学還元されて、第１のカソード液中でＦｅ２＋イオンを形成し、
形成されたＦｅ２＋イオンが、第１のサブシステム間流体接続を介して溶解サブシステムから鉄めっきサブシステムに移送され；
第２の電気化学セルが、移送された形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも第１の部分をＦｅ金属に還元するための第２のカソードを備え；
Ｆｅ金属が、第２の電気化学セルから取り出される、システム。
[00369]態様Ｂ１ｄ：鉄を生成するためのシステムであって、
溶解タンク、及び溶解タンクに流体的に接続された第１の電気化学セルを有する溶解サブシステムであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下でＨ２ガスを有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノードチャンバを第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備える、溶解サブシステムと；
溶解サブシステムに流体的に接続され、第２の電気化学セルを有する鉄めっきサブシステムと；
溶解サブシステムと鉄めっきサブシステムとの間の第１のサブシステム間流体接続と
を備え、
溶解タンクが、鉄含有鉱石を有する原料を受容し；
溶解タンクが、鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解して、溶解した第１のＦｅ３＋イオンを生成するための酸性鉄塩溶液を含み；
第１のＦｅ３＋イオンが、第１のカソードで電気化学還元されて、第１のカソード液中でＦｅ２＋イオンを形成し、
形成されたＦｅ２＋イオンが、第１のサブシステム間流体接続を介して溶解サブシステムから鉄めっきサブシステムに移送され；
第２の電気化学セルが、移送された形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも第１の部分をＦｅ金属に還元するための第２のカソードを備え；
Ｆｅ金属が、第２の電気化学セルから取り出される、システム。
[00370]態様Ｂ２：第１の電気化学セル内でプロトンを電気化学的に生成するステップと、溶解するステップ中に電気化学的に生成されたプロトンを酸性鉄塩溶液に供給するステップとを含む、上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00371]態様Ｂ３：生成され酸性鉄塩溶液に供給されている電気化学的に生成されたプロトンが、溶解するステップ中に０．７以下の定常状態ｐＨ（例えば０．６、０．５、０．４、０．３、０．２、０．１、０、－０．１、－０．５、又は－１以下、任意選択で、定常状態ｐＨは、少なくとも０．５、０．４、０．３、０．２、０．１、０、－０．１、－０．５、又は－１であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、－１～０．７等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる酸性鉄塩溶液を促進する、態様Ｂ２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00372]態様Ｂ４：生成され酸性鉄塩溶液に供給されている電気化学的に生成されたプロトンが、溶解するステップ中に０．２Ｍ以上の定常状態遊離プロトン濃度（例えば０．３、０．４、０．５、０．８、１、１．２、１．５、２、３、４、又は５Ｍ以上、任意選択で、定常状態遊離プロトン濃度は、０．４、０．５、０．８、１、１．２、１．５、２、３、４、５、又は６Ｍ未満であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．２～６Ｍ等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる酸性鉄塩溶液を促進する、態様Ｂ２若しくは態様Ｂ３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00373]態様Ｂ５：溶解するステップ中に、酸性鉄塩溶液からＦｅ３＋イオンを連続的に取り出して、第１のカソード液中の前記第１のＦｅ３＋イオンを第１電気化学還元するステップにより、前記鉄含有鉱石の溶解を促進するステップを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00374]態様Ｂ６：第１のアノード液が、第１のカソード液と異なるｐＨを有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00375]態様Ｂ７：第１のカソード液が、第１のアノード液より低いｐＨを有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00376]態様Ｂ８：第１のアノード液が、第１のカソード液中の組成と異なる組成の溶解した塩を含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00377]態様Ｂ９：第１のアノード液が、１種又は複数種の溶解した第二鉄塩を含有し、第１の検体が、第１のカソード液中の全鉄イオン濃度以上の１種又は複数種の溶解した第二鉄塩の全濃度により特徴付けられる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00378]態様Ｂ１０：第１のカソード液が、１種又は複数種の支持塩を含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00379]態様Ｂ１１：第１のカソード液が、０．１～１Ｍ（例えば０．２～０．８Ｍ、０．４～０．６Ｍ、０．１～０．４Ｍ、０．４～０．８Ｍ、又は０．８～１Ｍ）の範囲から選択される濃度の１種又は複数種の支持塩を含む、態様Ｂ１０又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00380]態様Ｂ１２：１種又は複数種の支持塩が、１種若しくは複数種の金属硫酸塩化合物及び／又は１種若しくは複数種の金属塩化物化合物を含む、態様Ｂ１０若しくはＢ１１又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00381]態様Ｂ１３：１種又は複数種の金属硫酸塩化合物が、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム、硫酸リチウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、塩化リチウム、又はそれらの組合せを含む、態様Ｂ１２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00382]態様Ｂ１４：第１のアノード液が、第１のカソード液と異なる少なくとも１つの酸化還元対により特徴付けられる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00383]態様Ｂ１５：第１のアノード液が、第１のカソード液より高い全濃度の溶解した塩を含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00384]態様Ｂ１６：第１のアノード液が、第１のカソード液より低い全濃度の溶解した塩を含む、態様Ｂ１～Ｂ８及びＢ１０～Ｂ１４のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00385]態様Ｂ１７：第１のアノード液が、第１のセパレータを介して第１のカソード液とイオン的に接続されている、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00386]態様Ｂ１８：第１のアノード液が、第１のカソード液から流体的に切り離されている、態様Ｂ１７又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00387]態様Ｂ１９：第１のセパレータが、イオン交換膜である、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00388]態様Ｂ２０：第１のセパレータが、プロトン交換膜（ＰＥＭ）である、態様Ｂ１９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00389]態様Ｂ２１：溶解サブシステムが、第１の電気化学セルと流体的に接続された第１の溶解タンクを備え；
溶解された第１のＦｅ３＋イオンが溶解タンク内で生成されるように、溶解するステップが溶解タンク内で行われ；
方法が、溶解タンクと第１の電気化学セルとの間で酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を第１循環させるステップを含み；
第１循環させるステップが、第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を有する酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、溶解タンクから第１のカソードチャンバに供給するステップを含み、第１循環させるステップが、形成されたＦｅ２＋イオンを第１のカソード液から第１の溶解タンクに供給することをさらに含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00390]態様Ｂ２２：第１のカソード液が酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を含むように、第１のカソードチャンバに供給された酸性鉄塩溶液の一部が、第１のカソード液の少なくとも一部として機能する、態様Ｂ２１又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00391]態様Ｂ２３：酸性鉄塩溶液の全てが、第１の溶解タンクと第１の電気化学セルとの間で循環される、態様Ｂ２１若しくはＢ２２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00392]態様Ｂ２４：第１のアノード液中の水を酸化して水性プロトンを電気化学的に生成するステップと、電気化学的に生成されたプロトンを第１のカソード液に供給するステップとを含み；循環させるステップが、溶解するステップ中に第１の溶解タンク内の酸性鉄塩溶液が電気化学的に生成されたプロトンを含むように、電気化学的に生成された水性プロトンを第１のカソード液から溶解タンクに供給することを含む、態様Ｂ２１、Ｂ２２若しくはＢ２３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00393]態様Ｂ２５：第１の電気化学セル内で酸化された水が、溶解タンク内で鉄含有鉱石の溶解により生成され；循環させるステップが、生成された水を第１の溶解タンクから第１のカソード液に供給することを含む、態様Ｂ２４又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00394]態様Ｂ２６：第１のカソード液から第１のアノード液に水を供給するステップを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00395]態様Ｂ２７：溶解サブシステム内で形成されたＦｅ２＋イオンを有する鉄に富む溶液を生成するステップを含み；形成されたＦｅ２＋イオンを移送するステップが、溶解サブシステムから鉄に富む溶液の少なくとも一部を取り出すことと、運搬された鉄に富む溶液を鉄めっきサブシステムに運搬することとを含み；運搬された鉄に富む溶液が、取り出された鉄に富む溶液の少なくとも一部を含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00396]態様Ｂ２８：形成されたＦｅ２＋イオンを有する運搬された鉄に富む溶液が、０．５超のｐＨ（例えば０．５、０．６、０．７、０．８、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、又は６超、任意選択で、ｐＨは、０．６、０．７、０．８、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、又は６未満であり、そのようなｐＨは、任意の様式で組み合わされて、０．５～６等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、態様Ｂ２７又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00397]態様Ｂ２９：運搬された鉄に富む溶液が、１以上のｐＨ（例えば１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、又は６超、任意選択で、ｐＨは、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、又は６未満であり、そのようなｐＨは、任意の様式で組み合わされて、１～６等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、態様Ｂ２８又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00398]態様Ｂ３０：運搬された鉄に富む溶液が、２～６の範囲から選択されるｐＨ（例えば２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、又は６超、任意選択で、ｐＨは、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、又は６未満であり、そのようなｐＨは、任意の様式で組み合わされて、ある範囲を形成し得る）により特徴付けられる、態様Ｂ２９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00399]態様Ｂ３１：運搬された鉄に富む溶液が、Ｆｅ３＋イオンより高い濃度のＦｅ２＋イオンを含む、態様Ｂ２７～Ｂ３０のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00400]態様Ｂ３２：運搬された鉄に富む溶液が、０．０１以下のＦｅ２＋イオンに対するＦｅ３＋イオンの濃度の比率（例えば０．０１、０．００７５、０．００５、０．００２５、又は０．００１以下、任意選択で、比率は、０．００７５、０．００５、０．００２５、又は０．００１以上であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．００１～０．０１等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、態様Ｂ２７～Ｂ３１のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00401]態様Ｂ３３：運搬された鉄に富む溶液が、第２のカソードチャンバに直接的又は間接的に運搬され；第２の電気化学セルが、第２のカソードの存在下で第２のカソード液を有する第２のカソードチャンバを備える、態様Ｂ２７～Ｂ３２のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00402]態様Ｂ３４：運搬された鉄に富む溶液の少なくとも７０％（例えば少なくとも７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９９％、又は１００％、任意選択で、そのような値は、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９９％、又は１００％未満であり、任意の様式で組み合わされて、７０～９９％等の範囲を形成し得る）が、第２のカソードチャンバに直接的又は間接的に運搬される、態様Ｂ３３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00403]態様Ｂ３５：運搬された鉄に富む溶液の少なくとも９０％が、第２のカソードチャンバに直接的又は間接的に運搬される、態様Ｂ３４又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00404]態様Ｂ３６：第２電気化学還元するステップが、使用済みの第２のカソード液を形成し、使用済みの第２のカソード液が、運搬された鉄に富む溶液より低い濃度の鉄イオンを有し；使用済みの第２のカソード液の少なくとも一部が、第２のアノードチャンバに供給され；第２の電気化学セルが、第２のアノードの存在下で第２のアノード液を有する第２のアノードチャンバを備える、態様Ｂ３３～Ｂ３５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00405]態様Ｂ３７：第２電気化学還元するステップが完了したか又は停止された際に、使用済みの第２のカソード液が形成される、態様Ｂ３６又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00406]態様Ｂ３８：使用済みの第２のカソード液が、運搬された鉄に富む溶液中の鉄イオンの濃度の６０％～７０％（例えば６２～６８％、６４～６６％、６０～６５％、又は６５～７０％）の鉄イオンの濃度により特徴付けられる、態様Ｂ３６若しくはＢ３７又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00407]態様Ｂ３９：第２のカソード液中の鉄イオンの濃度が、運搬された鉄に富む溶液中の鉄イオンの濃度の６０％～７０％（例えば６２～６８％、６４～６６％、６０～６５％、又は６５～７０％）に低下した場合、第２電気化学還元するステップが完了するか又は停止される、態様Ｂ３７又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00408]態様Ｂ４０：運搬された鉄に富む溶液の第１の部分が、第２のカソードチャンバに直接的又は間接的に運搬され；運搬された鉄に富む溶液の第２の部分が、第２のアノードチャンバに直接的又は間接的に運搬され；第２の電気化学セルが、第２のカソードの存在下で第２のカソード液を有する第２のカソードチャンバを備え、第２の電気化学セルが、第２のアノードの存在下で第２のアノード液を有する第２のアノードチャンバを備える、態様Ｂ２７～Ｂ３３のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00409]態様Ｂ４１：第１の部分が、運搬された鉄に富む溶液の２５ｖｏｌ．％～４５ｖｏｌ．％（例えば３０～４０ｖｏｌ．％、３２～３８ｖｏｌ．％、２５～３５ｖｏｌ．％、又は３５～４５ｖｏｌ．％）であり、第２の部分が、運搬された鉄に富む溶液の５５ｖｏｌ．％～７５ｖｏｌ．％（例えば６０～７０ｖｏｌ．％、６２～６８ｖｏｌ．％、５５～６５ｖｏｌ．％、又は６５～７５ｖｏｌ．％）である、態様Ｂ４０又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00410]態様Ｂ４２：第１の部分が、運搬された鉄に富む溶液のＦｅ２＋の２５ｍｏｌ．％～４５ｍｏｌ．％（例えば３０～４０ｍｏｌ．％、３２～３８ｍｏｌ．％、２５～３５ｍｏｌ．％、又は３５～４５ｍｏｌ．％）を含み、第２の部分が、運搬された鉄に富む溶液のＦｅ２＋の５５ｍｏｌ．％～７５ｍｏｌ．％（例えば６０～７０ｍｏｌ．％、６２～６８ｍｏｌ．％、５５～６５ｍｏｌ．％、又は６５～７５ｍｏｌ．％）を含む、態様Ｂ４０若しくはＢ４１又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00411]態様Ｂ４３：移送するステップが、運搬するステップの前に、鉄に富む溶液の取り出された部分を処理し、それにより処理された鉄に富む溶液を形成することをさらに含み；運搬された鉄に富む溶液が、処理された鉄に富む溶液の少なくとも一部を含む、態様Ｂ２７～Ｂ４２のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00412]態様Ｂ４４：処理するステップが、鉄に富む溶液の取り出された部分のｐＨを上昇させることを含む、態様Ｂ４３又は上述の態様のいずれかの方法又はシステム。
[00413]態様Ｂ４５：処理するステップが、鉄に富む溶液の取り出された部分の存在下で金属鉄を供給することにより、鉄に富む溶液の取り出された部分のｐＨを上昇させることを含み；鉄に富む溶液の取り出された部分と供給された金属鉄との間の反応が、鉄に富む溶液の取り出された部分のプロトンを消費する、態様Ｂ４３若しくはＢ４４又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00414]態様Ｂ４６：鉄に富む溶液の取り出された部分のｐＨを上昇させることが、鉄に富む溶液の取り出された部分の存在下で金属鉄を供給することの前に、及び／又はそれと同時に、鉄に富む溶液の取り出された部分の存在下でマグネタイトを供給することをさらに含む、態様Ｂ４５又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00415]態様Ｂ４７：鉄に富む溶液の取り出された部分と供給された金属鉄との間の反応が、Ｈ２ガスを化学的に生成し；方法が、化学的に生成されたＨ２ガスを収集するステップをさらに含む、態様Ｂ４５若しくはＢ４６又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00416]態様Ｂ４８：処理された第一鉄溶液が、２～７未満（例えば２～４、４～６、６～７未満、３～７未満、３～６、又は４～５）の範囲から選択されるｐＨを有する、態様Ｂ４３～Ｂ４７のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00417]態様Ｂ４９：Ｆｅ２＋イオンを電気化学的に酸化して、第２のアノード液中に第２のＦｅ３＋イオンを形成するステップを含み；第２の電気化学セルが、第２のカソードの存在下で第２のカソード液を有する第２のカソードチャンバを備え、第２の電気化学セルが、第２のアノードの存在下で第２のアノード液を有する第２のアノードチャンバを備える、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00418]態様Ｂ５０：鉄めっきサブシステムから溶解サブシステムに第１のリサイクル溶液をリサイクルするステップを含み；リサイクル溶液が、第２のアノード液中で形成された第２のＦｅ３＋イオンを含む、態様Ｂ４９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00419]態様Ｂ５１：リサイクルするステップが、第２電気化学還元するステップが完了したか又は停止された後に行われる、態様Ｂ５０又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00420]態様Ｂ５２：第１のリサイクル溶液が、第１の溶解タンクに供給され；溶解するステップが、鉄含有鉱石及び酸性鉄塩溶液を含む第１の溶解タンク内で行われる、態様Ｂ５０若しくはＢ５１又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00421]態様Ｂ５３：第１のリサイクル溶液が、第２の電気化学セルからの第２のカソード液及び第２のアノード液の少なくとも一部を含む、態様Ｂ５０、Ｂ５１若しくはＢ５２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00422]態様Ｂ５４：第２の電気化学セルの第２のカソード液が、（ｉ）運搬された鉄に富む溶液又は（ｉｉ）生成された鉄に富む溶液中の鉄イオンの濃度の６０％～７０％（任意選択で５０～８０％、任意選択で６２～６８％、６４～６６％、６０～６５％、又は６５～７０％）である鉄イオンの全濃度により特徴付けられる場合、第２電気化学還元するステップが完了するか又は停止される、態様Ｂ２７～Ｂ５３のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00423]態様Ｂ５５：上記態様のいずれか。
[00424]態様Ｂ５６：上記態様のいずれか。
[00425]態様Ｂ５７：第２の電気化学セルの第２のカソード上の形成されたＦｅ金属の平均厚さが１ｍｍ～１０ｍｍ（例えば１～１０、１～８、１～６、１～４、１～２、２～１０、２～８、２～６、２～４、４～１０、４～８、４～６、６～１０、６～８、又は８～１０の平均厚さ（ｍｍ））の範囲から選択される場合、第２電気化学還元するステップが完了するか又は停止される、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00426]態様Ｂ５８：上記態様のいずれか。
[00427]態様Ｂ５９：鉄めっきサブシステムが、第２の電気化学セルの第２のカソードチャンバと第１の循環タンクとの間で第２のカソード液を循環させるように構成された第１の循環タンクを備え；鉄めっきサブシステムが、第２の電気化学セルの第２のアノードチャンバと第２の循環タンクとの間で第２のアノード液を循環させるように構成された第２の循環タンクを備える、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00428]態様Ｂ６０：第２のカソードチャンバに間接的に運搬される鉄に富む溶液が、第１の循環タンクに運搬される、態様Ｂ５９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00429]態様Ｂ６１：第２の電気化学セルが、第２のセパレータにより分離された第２のカソード液及び第２のアノード液を備える、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00430]態様Ｂ６２：第２のセパレータが、ＰＥＭ又はアニオン交換膜（ＡＥＭ）又は微細孔セパレータである、態様Ｂ６１の方法又はシステム。
[00431]態様Ｂ６３：第１の電気化学セルが、第２の電気化学セルと異なる電流密度で操作される、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00432]態様Ｂ６４：第１の電気化学セルが、第２の電気化学セルと異なる電流密度で同時に操作される、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00433]態様Ｂ６５：第１の電気化学セルが、第２の電気化学セルより高い電流密度で操作される、態様Ｂ６３若しくはＢ６４、又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00434]態様Ｂ６６：第１の電気化学セルが、０．１～２Ａ／ｃｍ２の範囲から選択される電流密度（例えば０．１～２、０．１～１．５、０．１～１、０．１～０．５、０．５～２、０．５～１．５、０．５～１、１～２、１～１．５、又は１．５～２の電流密度（Ａ／ｃｍ２））で操作され、第２の電気化学セルが、２０～３００ｍＡ／ｃｍ２の範囲から選択される電流密度（例えば２０～３００、２０～２５０、２０～２００、２０～１５０、２０～１００、２０～５０、５０～３００、５０～２５０、５０～２００、５０～１５０、５０～１００、１００～３００、１００～２５０、１００～２００、１００～１５０、１５０～３００、１５０～２５０、１５０～２００、２００～３００、２００～２５０、又は２５０～３００の電流密度（ｍＡ／ｃｍ２））で操作される、態様Ｂ６３、Ｂ６４若しくはＢ６５又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00435]態様Ｂ６７：方法を少なくとも５サイクル（例えば少なくとも５、６、７、８、９、１０、１５、２０、３０、５０、又は１００サイクル、任意選択で、サイクルは、６、７、８、９、１０、１５、２０、３０、５０、１００、又は１５０未満であり、それぞれのそのような値は、任意の様式で組み合わされて、５～１５０等の範囲を形成し得る）反復するステップを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00436]態様Ｂ６８：鉄含有鉱石が、１種又は複数種の酸化鉄材料を含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00437]態様Ｂ６９：１種又は複数種の酸化鉄材料が、ヘマタイト、マグヘマイト、フェリハイドライト、マグネタイト、針鉄鉱、赤金鉱、レピドクロサイト、フェロキシハイト、又はそれらの任意の組合せを含む、上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00438]態様Ｂ７０：溶解するステップが、鉄含有鉱石にマグネタイトを溶解することを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00439]態様Ｂ７１：Ｈ２ガスを生成するステップと、生成されたＨ２ガスを収集するステップとを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00440]態様Ｂ７２：収集されたＨ２ガスの少なくとも一部が、鉄含有鉱石を熱還元するためのプロセスにおいて酸化され、還元剤として使用される、態様Ｂ４７若しくはＢ７１又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00441]態様Ｂ７３：第１のカソードにおけるＦｅ金属電気めっきを防止するように第１の電気化学セルを電気制御するステップを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00442]態様Ｂ７４：第２の電気化学セルが、４０℃～８０℃（例えば４５～７５℃、５０～７０℃、５５～６５℃、４０～５５℃、５５～７０℃、４０～７０℃、又は５０～８０℃）の範囲から選択される温度で動作している、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00443]態様Ｂ７５：第２の電気化学セルが、第２のカソード液及び第２のアノード液を備え；第２のアノード液が、第２のカソード液より低いｐＨを有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00444]態様Ｂ７６：第２のアノード液のｐＨが、Ｆｅ（ＩＩＩ）（ＯＨ）２の溶解限度のｐＨより低い、態様Ｂ７５又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00445]態様Ｂ７７：第２のカソード液が、第２電気化学還元するステップ中に６未満のｐＨ（例えば６、５．５、５、４．５、４、３．５、３、２．５、２、１．５、１、０．５、０、－０．５、又は－１未満、任意選択で、ｐＨは、少なくとも５．５、５、４．５、４、３．５、３、２．５、２、１．５、１、０．５、０、－０．５、又は－１であり、そのような値のいずれも、任意の様式で組み合わされて、－１～６等の範囲を形成し得る）を有する、態様Ｂ７５若しくはＢ７６又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00446]態様Ｂ７８：取り出されたＦｅ金属が、少なくとも９９ｗｔ．％（例えば少なくとも９９ｗｔ．％、少なくとも９９．５ｗｔ．％、少なくとも９９．９ｗｔ．％、又は１００ｗｔ．％）のＦｅを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00447]態様Ｂ７９：第１のアノードが、鉛、酸化鉛、酸化マンガン、混合金属酸化物、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、又はそれらの任意の組合せを含む組成を有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00448]態様Ｂ８０：第１のカソードが、炭素、グラファイト、チタン、又はそれらの任意の組合せを含む組成を有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00449]態様Ｂ８１：第２のアノードが、炭素、グラファイト、鉛、酸化鉛、混合金属酸化物、又はそれらの任意の組合せを含む組成を有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00450]態様Ｂ８２：第２のカソードが、鋼、低炭素鋼、ステンレス鋼、銅、銅合金又はそれらの任意の組合せを含む組成を有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00451]態様Ｂ８３：鉄を生成するためのシステムであって、
溶解タンク、及び溶解タンクに流体的に接続された第１の電気化学セルを有する溶解サブシステムであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下で第１のアノード液を有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備え、
第１のアノード液が、第１のカソード液と異なる組成を有する、溶解サブシステムと；
溶解サブシステムに流体的に接続され、第２の電気化学セルを有する鉄めっきサブシステムと；
溶解サブシステムと鉄めっきサブシステムとの間の第１のサブシステム間流体接続と
を備え、
溶解タンクが、鉄含有鉱石を有する原料を受容し；
溶解タンクが、鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解して、溶解した第１のＦｅ３＋イオンを生成するための酸性鉄塩溶液を含み；
第１のＦｅ３＋イオンが、第１のカソードで電気化学還元されて、第１のカソード液中でＦｅ２＋イオンを形成し；
形成されたＦｅ２＋イオンが、第１のサブシステム間流体接続を介して溶解サブシステムから鉄めっきサブシステムに移送され；
第２の電気化学セルが、移送された形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも第１の部分をＦｅ金属に還元するための第２のカソードを備え；
Ｆｅ金属が、第２の電気化学セルから取り出される、システム。
[00452]態様Ｂ８４：第２の電気化学セルが、第２のカソードの存在下で第２のカソード液を有する第２のカソードチャンバを備え、第２の電気化学セルが、第２のアノードの存在下で第２のアノード液を有する第２のアノードチャンバを備える、態様Ｂ８３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00453]態様Ｂ８５：Ｆｅ２＋イオンが、第２のアノード液中でＦｅ３＋イオンに酸化される、態様Ｂ８４又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00454]態様Ｂ８６：溶解サブシステムが、形成されたＦｅ２＋イオンを有する鉄に富む溶液を生成し；システムが、生成された鉄に富む溶液の少なくとも一部を取り出し、鉄に富む溶液の取り出された部分を処理して、それにより処理された鉄に富む溶液を形成するための移行サブシステムを備える、態様Ｂ８３～Ｂ８５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00455]態様Ｂ８７：第２の電気化学セルから溶解サブシステムに第１のリサイクル溶液をリサイクルするように構成された、使用済み電解質リサイクルシステムを備える、態様Ｂ８４～Ｂ８７のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00456]態様Ｂ８８：第１のリサイクル溶液が、第２のアノード液の少なくとも一部及び第２のカソード液の少なくとも一部を含む、態様Ｂ８７又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00457]態様Ｂ８９：第１のリサイクル溶液が、形成されたＦｅ２＋イオンのＦｅ金属への還元が完了したか又は停止された後に、第２のアノード液の少なくとも一部及び第２のカソード液の少なくとも一部を混合することによって形成される、態様Ｂ８７又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00458]態様Ｂ９０：鉄を生成するための方法であって、
鉄含有鉱石を有する原料を、第１の電気化学セルを備える溶解サブシステムに供給するステップであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下でＨ２ガスを有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノードチャンバを第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備える、ステップと；
酸を使用して鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解して、溶解した第１のＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液を形成するステップと；
第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を有する酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、第１のカソードチャンバに供給するステップと；
第１のカソード液中の前記第１のＦｅ３＋イオンを第１電気化学還元して、Ｆｅ２＋イオンを形成するステップと；
形成されたＦｅ２＋イオンを、溶解サブシステムから第２の電気化学セルを有する鉄めっきサブシステムに移送するステップと；
移送された形成されたＦｅ２＋イオンの第１の部分を、第２の電気化学セルの第２のカソードでＦｅ金属に第２電気化学還元するステップと；
第２の電気化学セルからＦｅ金属を取り出し、それにより鉄を生成するステップと
を含む方法。
[00459]態様Ｂ９１：第１のアノードでＨ２ガスを酸化して、プロトンを電気化学的に生成するステップを含む、態様Ｂ９０又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00460]態様Ｂ９２：溶解するステップが、酸性鉄塩溶液中のプロトン濃度（任意選択で定常状態プロトン濃度）が０．４Ｍ（任意選択で０．３Ｍ、任意選択で０．２Ｍ、任意選択で０．１Ｍ）以下である（任意選択で、溶解するステップが行われる時間の大部分にわたりこの閾値を超えた後）場合停止される、上記又は下記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00461]態様Ｂ９３：溶解するステップが、第１のカソード液、酸性鉄塩溶液、及び／又は生成された鉄に富む溶液中の全鉄イオン濃度が、１Ｍ、任意選択で２Ｍ、任意選択で３Ｍ、任意選択で４Ｍ、任意選択で１Ｍ～４Ｍ（これらの値を含む）の間の任意の値又は範囲の所望の最大値（任意選択で定常状態値）に達した場合に停止される、上記又は下記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00462]態様Ｃ１ａ：鉄を生成するための方法であって、
鉄含有鉱石及び１種又は複数種の不純物を有する原料を、第１の電気化学セルを備える溶解サブシステムに供給するステップであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下で第１のアノード液を有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備える、ステップと；
酸を使用して鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解して、溶解した第１のＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液を形成するステップと；
第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を有する酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、第１のカソードチャンバに供給するステップと；
第１のカソード液中の前記第１のＦｅ３＋イオンを第１電気化学還元して、Ｆｅ２＋イオンを形成するステップと；
溶解サブシステム内で鉄に富む溶液を生成するステップであって、鉄に富む溶液は、形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部及び１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を有するステップと；
鉄に富む溶液の少なくとも第１の部分を処理して、鉄に富む溶液から１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を除去し、それにより、形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部を有する処理された鉄に富む溶液を形成するステップであり、
初期ｐＨから調節されたｐＨまで鉄に富む溶液のｐＨを上昇させ、それにより処理された鉄に富む溶液中の１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を沈殿させることを含む、処理するステップと；
処理された鉄に富む溶液の少なくとも第１の部分を、第２の電気化学セルを有する鉄めっきサブシステムに運搬するステップと；
移送された形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも第１の部分を、第２の電気化学セルの第２のカソードでＦｅ金属に第２電気化学還元するステップと；
第２の電気化学セルからＦｅ金属を取り出し、それにより鉄を生成するステップと
を含む方法。
[00463]態様Ｃ１ｂ：鉄を生成するためのシステムであって、
第１の溶解タンク、及び第１の溶解タンクに流体的に接続された第１の電気化学セルを有する溶解サブシステムであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下で第１のアノード液を有する第１のカソードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第２のアノードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備える、溶解サブシステムと；
溶解サブシステムに流体的に接続され、第２の電気化学セルを有する鉄めっきサブシステムと；
第１の不純物除去サブシステムと
を備え、
第１の溶解タンクが、１種又は複数種の鉄含有鉱石及び１種又は複数種の不純物を有する原料を受容し；
第１の溶解タンクが、１種又は複数種の鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解して、酸性鉄塩溶液中で溶解した第１のＦｅ３＋イオンを生成するための酸性鉄塩溶液を含み；
第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を有する酸性鉄塩溶液の少なくとも一部が、第１のカソードチャンバに供給され；
第１のＦｅ３＋イオンが、第１のカソードで電気化学還元されて、第１のカソード液中でＦｅ２＋イオンを形成し、
溶解サブシステム内で鉄に富む溶液が形成され、鉄に富む溶液が、形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部及び１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を有し；
鉄に富む溶液の少なくとも一部が、第１の不純物除去サブシステムに供給されて、鉄に富む溶液から１種又は複数種の不純物の少なくとも一部が除去され、それにより、形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部を有する処理された鉄に富む溶液が形成され；
第１の不純物除去サブシステム内で、初期ｐＨから調節されたｐＨまで鉄に富む溶液のｐＨが上昇されて、１種又は複数種の不純物の除去された部分が沈殿され；
処理された鉄に富む溶液の少なくとも第１の部分が、第１の不純物除去サブシステムから鉄めっきサブシステムに運搬され；
第２の電気化学セルが、移送された運搬されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部をＦｅ金属に還元するための第２のカソードを備え；
Ｆｅ金属が、第２の電気化学セルから取り出される、システム。
[00464]態様Ｃ２：鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解するステップが、不溶性不純物を生成し；方法が、不溶性不純物の少なくとも一部を分離及び除去するステップをさらに含む、態様Ｃ１ａ若しくはＣ１ｂ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00465]態様Ｃ３：不溶性不純物の少なくとも一部の除去が、不溶性不純物を濾過及び／又は分離することによるものである、態様Ｃ２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00466]態様Ｃ４：不溶性不純物が、石英、石膏、及びこれらの任意の組合せを含む、態様Ｃ２若しくはＣ３、又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00467]態様Ｃ５ａ：調節されたｐＨが、１種又は複数種の不純物の沈殿ｐＨ以上、及びＦｅ２＋イオンの沈殿ｐＨ未満であり、それにより１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を沈殿させる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00468]態様Ｃ５ｂ：調節されたｐＨが、１種又は複数種の不純物の溶解限度以上、及びＦｅ２＋イオンの溶解限度未満であり、それにより１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を沈殿させる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00469]態様Ｃ６ａ：調節されたｐＨが、アルミニウム、チタン、及びリン酸イオンの沈殿ｐＨ以上、並びにＦｅ２＋イオンの沈殿ｐＨ未満であり、それによりアルミニウム、チタン、及びリン含有イオンの少なくとも一部を沈殿させる、態様Ｃ５ａ若しくはＣ５ｂ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00470]態様Ｃ６ｂ：調節されたｐＨが、アルミニウム、チタン、及びリン酸イオンの溶解限度以上、並びにＦｅ２＋イオンの溶解限度未満であり、それによりアルミニウム、チタン、及びリン含有イオンの少なくとも一部を沈殿させる、Ｃ５ａ若しくはＣ５ｂ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00471]態様Ｃ７：水酸化チタン、水酸化アルミニウム、リン酸アルミニウム、及び／又はリン酸鉄を沈殿させるステップを含む、態様Ｃ３～Ｃ６のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00472]態様Ｃ８：沈殿した不純物の少なくとも一部を除去するステップを含み、態様Ｃ３～Ｃ７のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00473]態様Ｃ９：調節されたｐＨが、３～７（例えば３～６．５、３～６、３～５．５、３～５、３～７未満、３～６、３～５、３～４、４～７、４～７未満、４～６、４～５、５～７、５～７未満、５～６、６～７、又は６～７未満）の範囲から選択される、態様Ｃ１～Ｃ８のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00474]態様Ｃ１０：調節されたｐＨが、４～７未満（例えば４～６．５、４～５．５、４～７未満、４～６、４～５、５～７未満、５～６、又は６～７未満）の範囲から選択される、態様Ｃ９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00475]態様Ｃ１１：調節されたｐＨが、他の不純物の沈殿により引き起こされるコロイド状シリカの凝固もまたもたらし；方法が、コロイド状シリカの少なくとも一部の除去をさらに含む、態様Ｃ１～Ｃ１０のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00476]態様Ｃ１２：ｐＨを上昇させるステップが、鉄に富む溶液の存在下で金属鉄及び／又は酸化鉄材料を供給することを含み；鉄に富む溶液の取り出された部分と供給された金属鉄及び／又は酸化鉄材料との間の反応が、鉄に富む溶液中のプロトンを消費し、それによりそのｐＨを上昇させる、態様Ｃ１～Ｃ１１のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00477]態様Ｃ１３：ｐＨを上昇させるステップが、まず鉄に富む溶液の存在下で酸化鉄材料を供給し、その後鉄に富む溶液の存在下で金属鉄を供給することを含む、態様Ｃ１２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00478]態様Ｃ１４：鉄に富む溶液の取り出された部分のｐＨを上昇させることが、鉄に富む溶液の取り出された部分の存在下で金属鉄を供給することの前に、及び／又はそれと同時に、鉄に富む溶液の取り出された部分の存在下で酸化鉄材料を供給することをさらに含む、態様Ｃ１２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00479]態様Ｃ１５：酸化鉄材料が、マグネタイトを含む、態様Ｃ１２～Ｃ１４のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00480]態様Ｃ１６：供給された酸化鉄材料が、熱還元された鉄含有鉱石を含む、態様Ｃ１２～Ｃ１５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00481]態様Ｃ１７：金属鉄が、第２電気化学還元するステップ中に形成されたＦｅ金属の一部である、態様Ｃ１２～Ｃ１６のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00482]態様Ｃ１８：処理された第一鉄生成物溶液が、
１ｍＭ若しくは０．２Ｍ未満のアルミニウムイオンの濃度（例えば０．２Ｍ、０．１５Ｍ、０．１２Ｍ、０．１Ｍ、８０ｍＭ、６０ｍＭ、５０ｍＭ、２０ｍＭ、１０ｍＭ、５ｍＭ、１ｍＭ未満、任意選択で、アルミニウムイオンの濃度は、０ｍＭ若しくは少なくとも０．１５Ｍ、０．１２Ｍ、０．１Ｍ、８０ｍＭ、６０ｍＭ、５０ｍＭ、２０ｍＭ、１０ｍＭ、５ｍＭ、１ｍＭであり、そのような値はそれぞれ、任意の様式で組み合わされて、０～０．２Ｍ若しくは１ｍＭ～０．１Ｍ等の範囲を形成し得る）；並びに／又は
１ｍＭ若しくは０．２Ｍ未満のリン含有イオンの濃度（例えば０．２Ｍ、０．１５Ｍ、０．１２Ｍ、０．１Ｍ、８０ｍＭ、６０ｍＭ、５０ｍＭ、２０ｍＭ、１０ｍＭ、５ｍＭ、１ｍＭ未満、任意選択で、リン含有イオンの濃度は、０ｍＭ若しくは少なくとも０．１５Ｍ、０．１２Ｍ、０．１Ｍ、８０ｍＭ、６０ｍＭ、５０ｍＭ、２０ｍＭ、１０ｍＭ、５ｍＭ、１ｍＭであり、そのような値はそれぞれ、任意の様式で組み合わされて、０～０．２Ｍ若しくは１ｍＭ～０．１Ｍ等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00483]態様Ｃ１９：第２の電気化学セルが、第２のカソードの存在下で第２のカソード液を有する第２のカソードチャンバ、第２のアノードの存在下で第２のアノード液を有する第２のアノードチャンバ、及び第２のカソード液を第２のアノード液から分離する第２のセパレータを備える、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00484]態様Ｃ２０：処理された鉄に富む溶液が、第２のカソードチャンバに直接的又は間接的に運搬される、態様Ｃ１９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00485]態様Ｃ２１：処理された鉄に富む溶液が、第２のアノードチャンバに運搬されない、態様Ｃ２０又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00486]態様Ｃ２２：生成された鉄に富む溶液の第２の部分を、第２のアノードチャンバに直接的又は間接的に運搬するステップを含み；鉄に富む溶液の第２の部分が、未処理であるか、又は鉄に富む溶液の第１の部分とは異なる処理に供される、態様Ｃ２０若しくはＣ２１又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00487]態様Ｃ２３：鉄に富む溶液が、コロイド状シリカを含み；処理するステップが、コロイド状シリカの少なくとも一部を除去することを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00488]態様Ｃ２４：コロイド状シリカを除去することが、コロイド状シリカの少なくとも一部を凝集させて凝集したコロイド状シリカを生成することを含む、態様Ｃ２３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00489]態様Ｃ２５：コロイド状シリカを除去するステップが、ポリエチレンオキシドを鉄に富む溶液に添加してコロイド状シリカの凝集を促進し、それにより凝集したコロイド状シリカを生成することを含む、態様Ｃ２３若しくはＣ２４又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00490]態様Ｃ２６：コロイド状シリカを除去することが、濾過、沈降、及び／又は任意の固体－液体分離プロセスによるものである、態様Ｃ２３～Ｃ２５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00491]態様Ｃ２７：処理された鉄に富む溶液が、１０ｍＭ以下のコロイド状シリカ含有量（例えば１０ｍＭ、８ｍＭ、６ｍＭ、５ｍＭ、４ｍＭ、２ｍＭ、又は１ｍＭ以下、任意選択で、コロイド状シリカ含有量は、０ｍＭ又は少なくとも８ｍＭ、６ｍＭ、５ｍＭ、４ｍＭ、２ｍＭ、又は１ｍＭであり、そのような値はそれぞれ、任意の様式で組み合わされて、０～１０ｍＭ又は１～８ｍＭ等の範囲を形成し得る）を有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00492]態様Ｃ２８：初期ｐＨが、０．５～１．５（例えば０．５～１、１～１．５、０．８～１．３、又は０．７～１．４）の範囲内である、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00493]態様Ｃ２９：鉄に富む溶液が、初期ｐＨにより特徴付けられ、Ｆｅ３＋イオンより高い濃度のＦｅ２＋イオンをさらに有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00494]態様Ｃ３０：鉄に富む溶液が、０．１以下のＦｅ２＋イオンに対するＦｅ３＋イオンの濃度の比率（例えば０．１、０．０９、０．０８、０．０７、０．０６、０．０５、０．０４、０．０３、０．０２、０．０１、又は０．００５以下、任意選択で、比率は、少なくとも０．０９、０．０８、０．０７、０．０６、０．０５、０．０４、０．０３、０．０２、０．０１、又は０．００５であり、そのような値はそれぞれ、任意の様式で組み合わされて、０．００５～０．１、又は０．０２～０．０８等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00495]態様Ｃ３１：処理された鉄に富む溶液のｐＨが、めっき中に減少する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00496]態様Ｃ３２：めっき中のｐＨが、２～６（例えば２～６、２～５、２～４、２～３、３～６、３～５、３～４、４～６、又は４～５）の範囲内である、態様Ｃ３１の方法又はシステム。
[00497]態様Ｃ３３：原料が、マグネタイト、ヘマタイト、針鉄鉱、又はそれらの任意の組合せを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00498]態様Ｃ３４：１種又は複数種の不純物が、アルミニウム化合物、チタン化合物、リン酸塩化合物、ケイ素化合物、又はそれらの任意の組合せを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00499]態様Ｃ３５：原料が、１～５０ｗｔ．％（例えば１～５０、１～４５、１～４０、１～３５、１～３０、１～２５、１～２０、１～１５、１～１０、１～５、５～５０、５～４５、５～４０、５～３５、５～３０、５～２５、５～２０、５～１５、５～１０、１０～５０、１０～４５、１０～４０、１０～３５、１０～３０、１０～２５、２０～５０、２０～４０、２０～３０、３０～５０、３０～４０、又は４０～５０のｗｔ．％）の範囲から選択される濃度の１種又は複数種の不純物を含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00500]態様Ｃ３６：第２の電気化学セルからの第２のアノード液及び／又は第２のカソード液を第２処理して、ｐＨの調節、組成の変更及び／又は不純物の除去を行うステップを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00501]態様Ｃ３７：第２処理するステップが、第２電気化学還元するステップが完了したか又は停止された後に行われる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00502]態様Ｃ３８ａ：取り出されたＦｅ金属が、
０．１ｗｔ．％未満若しくは０．５ｗｔ．％未満のアルミニウムの濃度（例えば０．５、０．２、０．１、０．０８、０．０６、０．０５、０．０２、０．０１、若しくは０．００５未満のアルミニウムのｗｔ．％、任意選択で、ｗｔ．％は、少なくとも０．２、０．１、０．０８、０．０６、０．０５、０．０２、０．０１、若しくは０．００５であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．００５～０．５若しくは０．０１～０．１等の範囲を形成し得る）；及び／又は
０．０１ｗｔ．％未満又は０．５ｗｔ．％未満のリンイオンの濃度（任意選択で、０．５、０．２、０．１、０．０８、０．０６、０．０５、０．０２、０．０１、０．００８、０．００６、０．００５、０．００２、若しくは０．００１未満のリンのｗｔ．％；任意選択で、ｗｔ．％は、少なくとも０．２、０．１、０．０８、０．０６、０．０５、０．０２、０．０１、０．００８、０．００６、０．００５、０．００２、０．００１、若しくは０．０００５であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．０００５～０．５若しくは０．００１～０．０１等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00503]態様Ｃ３８ｂ：取り出されたＦｅ金属が、
０．１ｗｔ．％未満若しくは０．５ｗｔ．％未満のアルミニウムの濃度（例えば０．５、０．２、０．１、０．０８、０．０６、０．０５、０．０２、０．０１、若しくは０．００５未満のアルミニウムのｗｔ．％、任意選択で、ｗｔ．％は、少なくとも０．２、０．１、０．０８、０．０６、０．０５、０．０２、０．０１、若しくは０．００５であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．００５～０．５若しくは０．０１～０．１等の範囲を形成し得る）；及び／又は
０．０１ｗｔ．％未満若しくは０．５ｗｔ．％未満のリンイオンの濃度（任意選択で、０．５、０．２、０．１、０．０８、０．０６、０．０５、０．０２、０．０１、０．００８、０．００６、０．００５、０．００２、若しくは０．００１未満のリンのｗｔ．％；任意選択で、ｗｔ．％は、少なくとも０．２、０．１、０．０８、０．０６、０．０５、０．０２、０．０１、０．００８、０．００６、０．００５、０．００２、０．００１、若しくは０．０００５であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．０００５～０．５若しくは０．００１～０．０１等の範囲を形成し得る）及び／又は
１ｗｔ．％未満若しくは０．５ｗｔ．％未満のマンガンの濃度（任意選択で、０．９、０．８、０．７、０．６、０．５、０．２、０．１、０．０８、０．０６、０．０５、０．０２、０．０１、０．００８、０．００６、０．００５、０．００２、若しくは０．００１未満のマンガンのｗｔ．％；任意選択で、ｗｔ．％は、少なくとも０．２、０．１、０．０８、０．０６、０．０５、０．０２、０．０１、０．００８、０．００６、０．００５、０．００２、０．００１、若しくは０．０００５であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．０００５～０．５若しくは０．００１～０．０１等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00504]態様Ｃ３９：第１のアノード液が、第１のカソード液と異なる組成を有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00505]態様Ｃ４０：鉄を生成するためのシステムであって、
第１の溶解タンク、及び第１の溶解タンクに流体的に接続された第１の電気化学セルを有する溶解サブシステムであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下で第１のアノード液を有する第１のカソードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第２のアノードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備える、溶解サブシステムと；
溶解サブシステムに流体的に接続され、第２の電気化学セルを有する鉄めっきサブシステムと；
第１の不純物除去サブシステムと
を備え、
第１の溶解タンクが、１種又は複数種の鉄含有鉱石及び１種又は複数種の不純物を有する原料を受容し；
第１の溶解タンクが、１種又は複数種の鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解して、酸性鉄塩溶液中で溶解した第１のＦｅ３＋イオンを生成するための酸性鉄塩溶液を含み；
第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を有する酸性鉄塩溶液の少なくとも一部が、第１のカソードチャンバに供給され；
第１のＦｅ３＋イオンが、第１のカソードで電気化学還元されて、第１のカソード液中でＦｅ２＋イオンを形成し；
溶解サブシステム内で鉄に富む溶液が形成され、鉄に富む溶液が、形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部及び１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を有し；
鉄に富む溶液の少なくとも一部が、第１の不純物除去サブシステムに供給されて、鉄に富む溶液から１種又は複数種の不純物の少なくとも一部が除去され、それにより、形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部を有する処理された鉄に富む溶液が形成され；
第１の不純物除去サブシステム内で、初期ｐＨから調節されたｐＨまで鉄に富む溶液のｐＨが上昇されて、１種又は複数種の不純物の除去された部分が沈殿され；
処理された鉄に富む溶液の少なくとも第１の部分が、第１の不純物除去サブシステムから鉄めっきサブシステムに運搬され；
第２の電気化学セルが、移送された運搬されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部をＦｅ金属に還元するための第２のカソードを備え；
Ｆｅ金属が、第２の電気化学セルから取り出される、システム。
[00506]態様Ｄ１ａ：鉄を生成するための方法であって、
第１の溶解タンク内で、第１の鉄含有鉱石を酸と接触させて第１の鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解し、それにより、溶解した第１のＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液を形成するステップと；
第１の溶解タンクと第１の電気化学セルの第１のカソードチャンバとの間で酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を循環させ、それにより第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を第１のカソードチャンバの第１のカソード液に供給するステップであり、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下で第１のアノード液を有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備える、ステップと；
第１のカソードで第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を第１電気化学還元して、第１のカソード液中でＦｅ２＋イオンを形成するステップと；
第１の電気化学セル内でプロトンを電気化学的に生成するステップであり、
循環させるステップが、電気化学的に生成されたプロトンの少なくとも一部及び形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部を、第１のカソード液から酸性鉄塩溶液に供給することを含む、ステップと；
溶解サブシステム内で形成されたＦｅ２＋イオンを有する第１の鉄に富む溶液を生成するステップであり、溶解サブシステムが、第１の溶解タンク及び第１の電気化学セルを備える、ステップと；
第１の鉄に富む溶液の少なくとも一部を鉄めっきサブシステムに移送するステップであり、鉄めっきサブシステムが、第２の電気化学セルを備える、ステップと；
形成されたＦｅ２＋イオンの第１の部分を、第２の電気化学セルの第２のカソードでＦｅ金属に第２電気化学還元するステップであり、
第２の電気化学セルが、第２のカソードの存在下で第２のカソード液を有する第２のカソードチャンバ、第２のアノードの存在下で第２のアノード液を有する第２のアノードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第２のセパレータを備える、ステップと；
第２の電気化学セルからＦｅ金属を取り出し、それにより鉄を生成するステップと
を含む方法。
[00507]態様Ｄ１ｂ：鉄を生成するためのシステムであって、
鉄に富む溶液を生成するための溶解サブシステムであり、溶解サブシステムが、第１の溶解タンク、第１の電気化学セル、及び第１の循環サブシステムを備え、
第１の溶解タンク内で、鉄含有鉱石が酸と接触されて鉄含有鉱石の少なくとも一部が溶解され、それにより、溶解したＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液が形成され、
第１の循環サブシステムが、第１の溶解タンクと第１の電気化学セルの第１のカソードチャンバとの間で酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を循環させ、それにより第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を第１のカソードチャンバの第１のカソード液に供給し、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下で第１のアノード液を有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備え、
第１の電気化学セルが、第１のカソードで第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を電気化学還元して、第１のカソード液中でＦｅ２＋イオンを形成し、
第１の電気化学セルが、プロトンを電気化学的に生成し、電気化学的に生成されたプロトンをカソード液に供給し、第１の循環システムが、電気化学的に生成されたプロトンを、第１のカソード液から酸性鉄塩溶液に供給し、
第１のサブシステム内で生成された鉄に富む溶液が、形成されたＦｅ２＋イオンを含む、溶解サブシステムと；
鉄に富む溶液の少なくとも一部を鉄めっきサブシステムに移送するための第１のサブシステム間流体接続を備える移行サブシステムと；
第２の電気化学セルを備える鉄めっきサブシステムであり、
第２の電気化学セルは、第２のカソードの存在下で第２のカソード液を有する第２のカソードチャンバ、第２のアノードの存在下で第２のアノード液を有する第２のアノードチャンバ、及び、第２のカソードの存在下で第２のカソード液を有する第１のカソード液から第１のアノード液を分離する第２のセパレータを備え、
移送された形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも第１の部分が、第２のカソードでＦｅ金属に電気化学還元される、鉄めっきサブシステムと；
第２の電気化学セルからＦｅ金属を取り出し、それにより鉄を生成するための鉄を取り出すサブシステムと
を備えるシステム。
[00508]態様Ｄ２：還元剤の存在下で鉄含有鉱石中の１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を熱還元してマグネタイトを形成し、それにより熱還元鉱石を形成するステップを含み；第１の溶解タンク内の第１の鉄含有鉱石が、熱還元鉱石を含み；溶解するステップが、酸を使用して熱還元鉱石の少なくとも一部を溶解して、酸性鉄塩溶液を形成することを含む、態様Ｄ１ａ若しくはＤ１ｂ、又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00509]態様Ｄ３：溶解するステップ中に前記電気化学的に生成されたプロトンを有するカソード液の少なくとも一部を電気化学セルから酸性鉄塩溶液に供給し、それにより、電気化学的に生成されたプロトンを熱還元鉱石の存在下で酸性鉄塩溶液に供給するステップを含む、態様Ｄ２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00510]態様Ｄ４：溶解するステップが、溶解タンク内で行われ；溶解タンク及び電気化学セルが、流体的に接続され；酸性鉄塩溶液が、溶解タンクと電気化学セルとの間で循環される、態様Ｄ３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00511]態様Ｄ５：溶解するステップの少なくとも一部の間、酸性鉄塩溶液の全てが、溶解タンクと電気化学セルとの間で循環される、態様Ｄ４又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00512]態様Ｄ６：溶解中の熱還元鉱石と酸性鉄塩溶液との間の反応が水を生成し、それにより酸性鉄塩溶液のプロトンを消費し；供給された電気化学的に生成されたプロトンが、酸性鉄塩溶液中の消費されたプロトンの少なくとも一部を置き換える、態様Ｄ２～Ｄ５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00513]態様Ｄ７：溶解するステップの少なくとも一部の間、電気化学的に生成されたプロトンが酸性鉄塩溶液に連続的に供給される、態様Ｄ２～Ｄ６のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00514]態様Ｄ８：酸性鉄塩溶液が、熱還元鉱石の溶解中に、少なくとも０．２Ｍの遊離プロトンの定常状態濃度（例えば少なくとも０．２、０．３、０．４、０．５、０．８、１、１．２、１．５、２、３、４、又は５Ｍ、任意選択で、定常状態遊離プロトン濃度は、０．３、０．４、０．５、０．８、１、１．２、１．５、２、３、４、５、又は６Ｍ未満であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．２～６Ｍ等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、態様Ｄ２～Ｄ７のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00515]態様Ｄ９：酸性鉄塩溶液が、０．２Ｍ～３Ｍの範囲から選択される遊離プロトンの定常状態濃度により特徴付けられる、態様Ｄ８又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00516]態様Ｄ１０：酸性鉄塩溶液が、０．７未満の定常状態ｐＨ（例えば０．７、０．６、０．５、０．４、０．３、０．２、０．１、０、－０．１、－０．５、又は－１以下、任意選択で、定常状態ｐＨは、少なくとも０．６、０．５、０．４、０．３、０．２、０．１、０、－０．１、－０．５、又は－１であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、－１～０．７又は０．１～０．７未満等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、態様Ｄ８若しくはＤ９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00517]態様Ｄ１１：電気化学的に生成されたプロトンを電気化学的に生成するステップが、第１のアノードで水を電気化学的に酸化することを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00518]態様Ｄ１２：電気化学的に生成されたプロトンを供給するステップが、セパレータを通してアノード液からカソード液に電気化学的に生成されたプロトンを運搬することを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00519]態様Ｄ１３：電気化学セルが、８０％超のクーロン効率（例えば８０％、８５％、９０％、９５％、又は９９％超、任意選択で、クーロン効率は８５％、９０％、９５％、９９％、又は１００％未満であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、８０～１００％等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00520]態様Ｄ１４：電気化学的に生成されたプロトンが、第１のカソード液中で少なくとも部分的に酸を形成する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00521]態様Ｄ１５：第１のカソード液から第１のアノード液に水を供給するステップを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00522]態様Ｄ１６：第１のアノードで酸化された水が、溶解するステップ中に鉄含有鉱石の溶解により生成された水を含む、態様Ｄ１１～Ｄ１５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00523]態様Ｄ１７：第１のセパレータを通した浸透作用、膜蒸留、及び／又はフラッシュ蒸留によりカソード液からアノード液に水を供給するステップを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00524]態様Ｄ１８：アノード液が、カソード液と異なる組成を有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00525]態様Ｄ１９：第１のアノード液が、第１のカソード液と異なるｐＨを有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00526]態様Ｄ２０：第１のカソード液が、第１のアノード液より低いｐＨを有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00527]態様Ｄ２１：第１のアノード液が、第１のカソード液中の組成と異なる組成の溶解した塩を含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00528]態様Ｄ２２：第１のアノード液が、１種又は複数種の溶解した第二鉄塩を含有し、第１のアノード液が、第１のカソード液中の全鉄イオン濃度以上の１種又は複数種の溶解した第二鉄塩の全濃度により特徴付けられる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00529]態様Ｄ２３：第１のカソード液が、１種又は複数種の支持塩を含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00530]態様Ｄ２４：第１のカソード液が、０．１～１Ｍ（例えば０．２～０．８Ｍ、０．４～０．６Ｍ、０．１～０．４Ｍ、０．４～０．８Ｍ、又は０．８～１Ｍ）の範囲から選択される濃度の１種又は複数種の支持塩を含む、態様Ｄ２３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00531]態様Ｄ２５：１種又は複数種の支持塩が、１種若しくは複数種の金属硫酸塩化合物及び／又は１種若しくは複数種の金属塩化物化合物を含む、態様Ｄ２３若しくはＤ２４又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00532]態様Ｄ２６：１種又は複数種の金属硫酸塩化合物が、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム、硫酸リチウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、塩化リチウム、又はそれらの組合せを含む、態様Ｄ２５又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00533]態様Ｄ２７：第１のアノード液が、第１のカソード液と異なる少なくとも１つの酸化還元対により特徴付けられる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00534]態様Ｄ２８：第１のアノード液が、第１のカソード液より高い全濃度の溶解した塩を含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00535]態様Ｄ２９：第１のアノード液が、第１のカソード液より低い全濃度の溶解した塩を含む、態様Ｄ１～Ｄ２１及びＤ２３～Ｄ２７のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00536]態様Ｄ３０：アノード液が、Ｆｅ２＋及びＦｅ３＋イオンを本質的に含まない、態様Ｄ１～Ｄ２１及びＤ２３～Ｄ２８のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00537]態様Ｄ３１：カソード液が、０．５～５Ｍ又は１～５Ｍ（例えば１～５Ｍ、１～４Ｍ、１～３Ｍ、０．５～５Ｍ、０．５～４Ｍ、２～４Ｍ、２～５Ｍ、１～２Ｍ）の範囲から選択される最大鉄イオン濃度により特徴付けられる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00538]態様Ｄ３２：アノードで酸素（Ｏ２）を電気化学的に生成するステップを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00539]態様Ｄ３３：第１のアノード液が、第１のセパレータを介して第１のカソード液とイオン的に接続されている、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00540]態様Ｄ３４：第１のアノード液が、第１のカソード液から流体的に切り離されている、態様Ｄ３３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00541]態様Ｄ３５：セパレータが、イオン交換膜である、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00542]態様Ｄ３６：セパレータが、プロトン交換膜（ＰＥＭ）である、態様Ｄ３５又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00543]態様Ｄ３７：生成された鉄に富む溶液が、０．５～５Ｍ又は１～５Ｍ（例えば１～５Ｍ、１～４Ｍ、１～３Ｍ、０．５～５Ｍ、０．５～４Ｍ、２～４Ｍ、２～５Ｍ、１～２Ｍ）の範囲から選択される全鉄イオン濃度により特徴付けられる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00544]態様Ｄ３８：熱還元するステップが、鉄含有鉱石の１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を２００℃～６００℃（例えば２００～５５０、２００～５００、２００～４５０、２００～４００、２００～３５０、２００～３００、２００～２５０、２５０～６００、２５０～５５０、２５０～５００、２５０～４００、３００～６００、３００～５５０、３００～５００、３００～４５０、３００～４００、３５０～６００、３５０～５５０、３５０～５００、３５０～４５０、４００～６００、４００～５５０、４００～５００、４５０～６００、４５０～５５０、又は５００～６００の温度（℃））の範囲から選択される高温で還元剤に曝露し、それにより１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料の少なくとも一部をマグネタイトに変換することを含む、態様Ｄ２～Ｄ３７のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00545]態様Ｄ３９：還元剤が、Ｈ２ガスを含み；Ｈ２ガスの少なくとも一部が、鉄金属と酸との反応を介して化学的に生成され、及び／又は、Ｈ２ガスの少なくとも一部は、鉄電気めっきプロセスの寄生水素発生反応を介して電気化学的に生成される、態様Ｄ２～Ｄ３８のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00546]態様Ｄ４０：鉄含有鉱石が、熱還元するステップ中、熱処理時間の間高温に曝露され、鉄含有鉱石が、熱処理時間の間中還元剤に曝露される、態様Ｄ３８又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00547]態様Ｄ４１：鉄含有鉱石が、熱還元するステップ中、熱処理時間の間高温に曝露され、鉄含有鉱石が、熱処理時間の一部の間還元剤に曝露される（例えば、空気焙焼は、温度上昇中又は鉄含有鉱石が２００℃～６００℃（例えば、又はこの２００～６００℃範囲について本明細書の別の箇所で指定された任意の温度範囲）の高温に曝露される期間の初期部分の間に行われ、続いてＨ２ガスが導入されて空気焙焼から熱還元に切り替えられ得る）、態様Ｄ３８又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00548]態様Ｄ４２：熱処理時間の初期部分の間鉄含有鉱石を空気に曝露することによって、鉄含有鉱石を空気焙焼するステップを含む、態様Ｄ４１又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00549]態様Ｄ４３：空気の存在下、鉄含有鉱石の少なくとも一部を２００℃～６００℃（例えば２００～５５０、２００～５００、２００～４５０、２００～４００、２００～３５０、２００～３００、２００～２５０、２５０～６００、２５０～５５０、２５０～５００、２５０～４００、３００～６００、３００～５５０、３００～５００、３００～４５０、３００～４００、３５０～６００、３５０～５５０、３５０～５００、３５０～４５０、４００～６００、４００～５５０、４００～５００、４５０～６００、４５０～５５０、又は５００～６００の温度（℃））の範囲から選択される温度で空気焙焼するステップをさらに含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00550]態様Ｄ４４：空気焙焼するステップが、熱還元するステップの前に、又はそれとは別個に行われ、空気焙焼された鉱石は、空気焙焼の前に熱還元されていない、態様Ｄ４３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00551]態様Ｄ４５：熱還元するステップが、空気焙焼された鉱石を熱還元して、熱還元鉱石の少なくとも一部を形成することを含み；空気焙焼された鉱石が、１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を含む、態様Ｄ４３若しくはＤ４４又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00552]態様Ｄ４６：溶解するステップが、空気焙焼された鉱石の少なくとも一部及び熱還元鉱石の少なくとも一部を同時に、及び／又は順次溶解することを含む、態様Ｄ４３、Ｄ４４若しくはＤ４５又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00553]態様Ｄ４７：溶解するステップが、溶解するステップの少なくとも一部の間、熱還元鉱石とは別個の溶解タンク内で、空気焙焼された鉱石の少なくとも一部を溶解することを含む、態様Ｄ４６又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00554]態様Ｄ４８：溶解するステップが、鉱石混合物を溶解することを含み；鉱石混合物が、０ｗｔ．％～１００ｗｔ．％の熱還元鉱石、５ｗｔ．％～１００ｗｔ．％の焙焼された鉱石、及び０ｗｔ．％～９０ｗｔ．％の焙焼されたマグネタイト含有鉱石（ここで、態様Ａ６９に記載の範囲のそれぞれに対するｗｔ．％範囲が、本態様Ｄ４８における対応するｗｔ．％範囲に等しく適用され得る）を含む、態様Ｄ４３～Ｄ４７のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00555]態様Ｄ４９：溶解するステップが、第１の電気化学セルと、第１の溶解タンク、第２の溶解タンク、及び第３の溶解タンクの少なくとも１つとの間で溶解溶液を循環させることを含み；第１の溶解タンクが、熱還元鉱石の少なくとも一部を含み、第２の溶解タンクが、空気焙焼された鉱石を含み、第３の溶解タンクが、鉄含有原鉱を含み；原鉱は、熱還元も空気焙焼もされていない鉄含有鉱石である、態様Ｄ４３～Ｄ４８のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00556]態様Ｄ５０：循環させるステップが、全循環時間又は全循環サイクル数の間溶解溶液を循環させることを含み；溶解溶液が、電気化学セルと第３の溶解タンクとの間で、全循環時間又は全循環サイクル数の０～９９％の間循環され；溶解溶液が、電気化学セルと第２の溶解タンクとの間で、全循環時間又は全循環サイクル数の０～９９％の間循環され；溶解溶液が、電気化学セルと第１の溶解タンクとの間で、全循環時間又は全循環サイクル数の１～１００％の間循環される（ここで、態様Ａ７１に記載の範囲のそれぞれに対する％循環範囲が、本態様Ｄ５０における対応する％循環範囲に等しく適用され得る）、態様Ｄ４９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00557]態様Ｄ５１：循環させるステップの間、溶解溶液が、電気化学セルと、第１、第２及び第３の溶解タンクの任意の２つ又は任意の３つとの間で、任意の順番で順次、及び／又は同時に循環される、態様Ｄ４９若しくはＤ５０、又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00558]態様Ｄ５２：循環させるステップが、最初に電気化学セルと原鉱を有する第３の溶解タンクとの間で溶解溶液を第１循環させ、次いで電気化学セルと空気焙焼された鉱石を有する第２の溶解タンクとの間で溶解溶液を第２循環させ、次いで電気化学セルと熱還元鉱石を有する第１の溶解タンクとの間で溶解溶液を第３循環させることを含む、態様Ｄ５１又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00559]態様Ｄ５３：溶解溶液が、酸性鉄塩溶液であるか、又はそれを含む、態様Ｄ４９～Ｄ５２のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00560]態様Ｄ５４：第１の溶解タンクが、溶解するステップの任意の部分の間、空気焙焼された鉱石、原鉱、又はその両方をさらに含む、態様Ｄ４３～Ｄ５３のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00561]態様Ｄ５５：第２の溶解タンクが、溶解するステップの任意の部分の間、熱還元鉱石、原鉱、又はその両方をさらに含む、態様Ｄ４９～Ｄ５４のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00562]態様Ｄ５６：第３の溶解タンクが、溶解するステップの任意の部分の間、空気焙焼された鉱石、熱還元鉱石、又はその両方をさらに含む、態様Ｄ４９～Ｄ５５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00563]態様Ｄ５７：溶解するステップが、少なくとも１つの溶解タンク内で行われ；溶解するステップが、空気焙焼された鉱石、原鉱、又はその両方を、熱還元鉱石の存在下で少なくとも１つの溶解タンク内の酸性鉄塩溶液にさらに導入することを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00564]態様Ｄ５８：１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料が、ヘマタイト及び／又は針鉄鉱を含む、態様Ｄ２～Ｄ５７のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00565]態様Ｄ５９：酸性鉄塩溶液が、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸、クエン酸、シュウ酸、ホウ酸、メタンスルホン酸、及びそれらの任意の組合せからなる群から選択される酸を含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00566]態様Ｄ６０：形成されたＦｅ２＋イオンを移送するステップが、溶解サブシステムから鉄に富む溶液の少なくとも一部を取り出すことと、運搬された鉄に富む溶液を鉄めっきサブシステムに運搬することとを含み；運搬された鉄に富む溶液は、取り出された鉄に富む溶液の少なくとも一部を含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00567]態様Ｄ６１：形成されたＦｅ２＋イオンを有する運搬された鉄に富む溶液が、０．５超のｐＨ（例えば０．５、０．６、０．７、０．８、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、又は６超、任意選択で、ｐＨは、０．６、０．７、０．８、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、又は６未満であり、そのようなｐＨは、任意の様式で組み合わされて、０．５～６等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、態様Ｄ６０又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00568]態様Ｄ６２：運搬された鉄に富む溶液が、１以上のｐＨにより特徴付けられる、態様Ｄ６１又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00569]態様Ｄ６３：運搬された鉄に富む溶液が、２～６の範囲から選択されるｐＨにより特徴付けられる、態様Ｄ６２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00570]態様Ｄ６４：運搬された鉄に富む溶液が、Ｆｅ３＋イオンより高い濃度のＦｅ２＋イオンを含む、態様Ｄ６０～Ｄ６３のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00571]態様Ｄ６５：運搬された鉄に富む溶液が、０．０１以下のＦｅ２＋イオンに対するＦｅ３＋イオンの濃度の比率（例えば０．０１、０．００７５、０．００５、０．００２５、又は０．００１以下、任意選択で、比率は、０．００７５、０．００５、０．００２５、又は０．００１以上であってもよく、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．００１～０．０１等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、態様Ｄ６０～Ｄ６４のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00572]態様Ｄ６６：運搬された鉄に富む溶液が、第２のカソードチャンバに直接的又は間接的に運搬され；第２の電気化学セルが、第２のカソードの存在下で第２のカソード液を有する第２のカソードチャンバを備える、態様Ｄ６０～Ｄ６５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00573]態様Ｄ６７：運搬された鉄に富む溶液の少なくとも７０％（例えば少なくとも７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９９％、又は１００％、任意選択で、そのような値は、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９９％、又は１００％未満であり、任意の様式で組み合わされて、７０～９９％等の範囲を形成し得る）が、第２のカソードチャンバに直接的又は間接的に運搬される、態様Ｄ６６又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00574]態様Ｄ６８：運搬された鉄に富む溶液の少なくとも９０％が、第２のカソードチャンバに直接的又は間接的に運搬される、態様Ｄ６７又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00575]態様Ｄ６９：第２電気化学還元するステップが、使用済みの第２のカソード液を形成し、使用済みの第２のカソード液が、運搬された鉄に富む溶液より低い濃度の鉄イオンを有し；使用済みの第２のカソード液の少なくとも一部が、第２のアノードチャンバに供給され；第２の電気化学セルが、第２のアノードの存在下で第２のアノード液を有する第２のアノードチャンバを備える、態様Ｄ６０～Ｄ６８のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00576]態様Ｄ７０：第２電気化学還元するステップが完了したか又は停止された際に、使用済みの第２のカソード液が形成される、態様Ｄ６９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00577]態様Ｄ７１：使用済みの第２のカソード液が、運搬された鉄に富む溶液中の鉄イオンの濃度の６０％～７０％（例えば６２～６８％、６４～６６％、６０～６５％、又は６５～７０％）の鉄イオンの濃度により特徴付けられる、態様Ｄ６８若しくはＤ６９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00578]態様Ｄ７２：第２のカソード液中の鉄イオンの濃度が、運搬された鉄に富む溶液中の鉄イオンの濃度の６０％～７０％（例えば６２～６８％、６４～６６％、６０～６５％、又は６５～７０％）に低下した場合、第２電気化学還元するステップが完了するか又は停止される、態様Ｄ６９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00579]態様Ｄ７３：運搬された鉄に富む溶液の第１の部分が、第２のカソードチャンバに直接的又は間接的に運搬され；運搬された鉄に富む溶液の第２の部分が、第２のアノードチャンバに直接的又は間接的に運搬され；第２の電気化学セルが、第２のカソードの存在下で第２のカソード液を有する第２のカソードチャンバを備え、第２の電気化学セルが、第２のアノードの存在下で第２のアノード液を有する第２のアノードチャンバを備える、態様Ｄ６０～Ｄ７２のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00580]態様Ｄ７４：第１の部分が、運搬された鉄に富む溶液の２５ｖｏｌ．％～４５ｖｏｌ．％（例えば３０～４０ｖｏｌ．％、３２～３８ｖｏｌ．％、２５～３５ｖｏｌ．％、又は３５～４５ｖｏｌ．％）であり、第２の部分が、運搬された鉄に富む溶液の５５ｖｏｌ．％～７５ｖｏｌ．％（例えば６０～７０ｖｏｌ．％、６２～６８ｖｏｌ．％、５５～６５ｖｏｌ．％、又は６５～７５ｖｏｌ．％）である、態様Ｄ７３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00581]態様Ｄ７５：第１の部分が、運搬された鉄に富む溶液のＦｅ２＋の２５ｍｏｌ．％～４５ｍｏｌ．％（例えば３０～４０ｍｏｌ．％、３２～３８ｍｏｌ．％、２５～３５ｍｏｌ．％、又は３５～４５ｍｏｌ．％）を含み、第２の部分が、運搬された鉄に富む溶液のＦｅ２＋の５５ｍｏｌ．％～７５ｍｏｌ．％（例えば６０～７０ｍｏｌ．％、６２～６８ｍｏｌ．％、５５～６５ｍｏｌ．％、又は６５～７５ｍｏｌ．％）を含む、態様Ｄ７３若しくはＤ７４又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00582]態様Ｄ７６：移送するステップが、運搬するステップの前に、鉄に富む溶液の取り出された部分を処理し、それにより処理された鉄に富む溶液を形成することをさらに含み；運搬された鉄に富む溶液が、処理された鉄に富む溶液の少なくとも一部を含む、態様Ｄ６０～Ｄ７５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00583]態様Ｄ７７：処理するステップが、鉄に富む溶液の取り出された部分のｐＨを上昇させることを含む、態様Ｄ７６又は上述の態様のいずれかの方法又はシステム。
[00584]態様Ｄ７８：処理するステップが、鉄に富む溶液の取り出された部分の存在下で金属鉄を供給することにより、鉄に富む溶液の取り出された部分のｐＨを上昇させることを含み；鉄に富む溶液の取り出された部分と供給された金属鉄との間の反応が、鉄に富む溶液の取り出された部分のプロトンを消費する、態様Ｄ７６若しくはＤ７７又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00585]態様Ｄ７９：鉄に富む溶液の取り出された部分のｐＨを上昇させることが、鉄に富む溶液の取り出された部分の存在下で金属鉄を供給することの前に、及び／又はそれと同時に、鉄に富む溶液の取り出された部分の存在下でマグネタイトを供給することをさらに含む、態様Ｄ７８又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00586]態様Ｄ８０：鉄に富む溶液の取り出された部分と供給された金属鉄との間の反応が、Ｈ２ガスを化学的に生成し；方法が、化学的に生成されたＨ２ガスを収集するステップをさらに含む、態様Ｄ７８若しくはＤ７９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00587]態様Ｄ８１：処理された第一鉄溶液が、２～７未満（例えば２～４、４～６、６～７未満、３～７未満、３～６、又は４～５）の範囲から選択されるｐＨを有する、態様Ｄ７６～Ｄ８０のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00588]態様Ｄ８２：原料が、１種又は複数種の不純物を含み；生成された鉄に富む溶液が、１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を含み；ｐＨを上昇させるステップが、初期ｐＨから調節されたｐＨまで鉄に富む溶液の取り出された部分のｐＨを上昇させ、それにより鉄に富む溶液中の１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を沈殿させ、処理された鉄に富む溶液を形成することを含み；処理された鉄に富む溶解が、生成された鉄に富む溶液と比較して低減された濃度の１種又は複数種の不純物を有する、態様Ｄ７６又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00589]態様Ｄ８３：鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解するステップが、不溶性不純物を生成し；方法が、不溶性不純物の少なくとも一部を分離及び除去するステップをさらに含む、態様Ｄ８２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00590]態様Ｄ８４：不溶性不純物の少なくとも一部の除去が、不溶性不純物を濾過及び／又は分離することによるものである、態様Ｄ８３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00591]態様Ｄ８５：不溶性不純物が、石英、石膏、及びこれらの任意の組合せを含む、態様Ｄ８３若しくはＤ８４又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00592]態様Ｄ８６：調節されたｐＨが、１種又は複数種の不純物の溶解限度以上、及びＦｅ２＋イオンの溶解限度未満であり、それにより１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を沈殿させる、態様Ｄ８２～Ｄ８５のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00593]態様Ｄ８７：調節されたｐＨが、アルミニウム、チタン、及びリン酸イオンの溶解限度以上、並びにＦｅ２＋イオンの溶解限度未満であり、それによりアルミニウム、チタン、及びリン含有イオンの少なくとも一部を沈殿させる、Ｄ８６又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00594]態様Ｄ８８：調節されたｐＨが、１種又は複数種の不純物の沈殿ｐＨ以上、及びＦｅ２＋イオンの沈殿ｐＨ未満であり、それにより１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を沈殿させる、態様Ｄ８２～Ｄ８７のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00595]態様Ｄ８９：調節されたｐＨが、アルミニウム、チタン、及びリン酸イオンの沈殿ｐＨ以上、並びにＦｅ２＋イオンの沈殿ｐＨ未満であり、それによりアルミニウム、チタン、及びリン含有イオンの少なくとも一部を沈殿させる、態様Ｄ８８又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00596]態様Ｄ９０：水酸化チタン、水酸化アルミニウム、リン酸アルミニウム、及び／又はリン酸鉄を沈殿させるステップを含む、態様Ｄ８６～Ｄ８９のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00597]態様Ｄ９１：沈殿した不純物の少なくとも一部を除去するステップを含み、態様Ｄ８６～Ｄ９０のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00598]態様Ｄ９２：調節されたｐＨが、３～７又は３～７未満（例えば、３～６．５、３～６、３～５、３～４、３～７、３～７未満、４～７、４～７未満、４～６、４～５、５～７、５～７未満、５～６、６～７、又は６～７未満）の範囲から選択される、態様Ｄ８２～Ｄ９１のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00599]態様Ｄ９３：調節されたｐＨが、４～７未満の範囲から選択される、態様Ｄ９２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00600]態様Ｄ９４：調節されたｐＨが、他の不純物の沈殿により引き起こされるコロイド状シリカの凝固もまたもたらし；方法が、コロイド状シリカの少なくとも一部の除去をさらに含む、態様Ｄ８２～Ｄ９３のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00601]態様Ｄ９５：ｐＨを上昇させるステップが、鉄に富む溶液の存在下で金属鉄及び／又は酸化鉄材料を供給することを含み；鉄に富む溶液の取り出された部分と供給された金属鉄及び／又は酸化鉄材料との間の反応は、鉄に富む溶液中のプロトンを消費し、それによりそのｐＨを上昇させる、態様Ｄ８２～Ｄ９４のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00602]態様Ｄ９６：ｐＨを上昇させるステップが、まず鉄に富む溶液の存在下で酸化鉄材料を供給し、その後鉄に富む溶液の存在下で金属鉄を供給することを含む、態様Ｄ９５又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00603]態様Ｄ９７：鉄に富む溶液の取り出された部分のｐＨを上昇させることが、鉄に富む溶液の取り出された部分の存在下で金属鉄を供給することの前に、及び／又はそれと同時に、鉄に富む溶液の取り出された部分の存在下で酸化鉄材料を供給することをさらに含む、態様Ｄ９５又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00604]態様Ｄ９８：酸化鉄材料が、マグネタイトを含む、態様Ｄ９５～Ｄ９７のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00605]態様Ｄ９９：供給された酸化鉄材料が、熱還元された鉄含有鉱石を含む、態様Ｄ９５～Ｄ９８のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00606]態様Ｄ１００：金属鉄が、第２電気化学還元するステップ中に形成されたＦｅ金属の一部である、態様Ｄ９５～Ｄ９９のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00607]態様Ｄ１０１：処理された第一鉄生成物溶液が、
１ｍＭ若しくは０．２Ｍ未満のアルミニウムイオンの濃度（例えば０．２Ｍ、０．１５Ｍ、０．１２Ｍ、０．１Ｍ、８０ｍＭ、６０ｍＭ、５０ｍＭ、２０ｍＭ、１０ｍＭ、５ｍＭ、１ｍＭ未満、任意選択で、アルミニウムイオンの濃度は、０ｍＭ若しくは少なくとも０．１５Ｍ、０．１２Ｍ、０．１Ｍ、８０ｍＭ、６０ｍＭ、５０ｍＭ、２０ｍＭ、１０ｍＭ、５ｍＭ、１ｍＭであり、そのような値はそれぞれ、任意の様式で組み合わされて、０～０．２Ｍ若しくは１ｍＭ～０．１Ｍ等の範囲を形成し得る）；並びに／又は
１ｍＭ若しくは０．２Ｍ未満のリン含有イオンの濃度（例えば０．２Ｍ、０．１５Ｍ、０．１２Ｍ、０．１Ｍ、８０ｍＭ、６０ｍＭ、５０ｍＭ、２０ｍＭ、１０ｍＭ、５ｍＭ、１ｍＭ未満、任意選択で、リン含有イオンの濃度は、０ｍＭ若しくは少なくとも０．１５Ｍ、０．１２Ｍ、０．１Ｍ、８０ｍＭ、６０ｍＭ、５０ｍＭ、２０ｍＭ、１０ｍＭ、５ｍＭ、１ｍＭであり、そのような値はそれぞれ、任意の様式で組み合わされて、０～０．２Ｍ若しくは１ｍＭ～０．１Ｍ等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、態様Ｄ８２～Ｄ１００のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00608]態様Ｄ１０２：処理された鉄に富む溶液が、第２のカソードチャンバに直接的又は間接的に運搬される、態様Ｄ８２～Ｄ１０１のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00609]態様Ｄ１０３：処理された鉄に富む溶液が、第２のアノードチャンバに運搬されない、態様Ｄ１０２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00610]態様Ｄ１０４：生成された鉄に富む溶液の第２の部分を、第２のアノードチャンバに直接的又は間接的に運搬するステップを含み；鉄に富む溶液の第２の部分が、未処理であるか、又は鉄に富む溶液の第１の部分とは異なる処理に供される、態様Ｄ１０２若しくはＤ１０３又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00611]態様Ｄ１０５：鉄に富む溶液が、コロイド状シリカを含み；処理するステップが、コロイド状シリカの少なくとも一部を除去することを含む、態様Ｄ８２～Ｄ１０４のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00612]態様Ｄ１０６：コロイド状シリカを除去することが、コロイド状シリカの少なくとも一部を凝集させて凝集したコロイド状シリカを生成することを含む、態様Ｄ１０５又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00613]態様Ｄ１０７：コロイド状シリカを除去するステップが、ポリエチレンオキシドを鉄に富む溶液に添加してコロイド状シリカの凝集を促進し、それにより凝集したコロイド状シリカを生成することを含む、態様Ｄ１０５若しくはＤ１０６又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00614]態様Ｄ１０８：コロイド状シリカを除去することが、濾過、沈降、及び／又は任意の固体－液体分離プロセスによるものである、態様Ｄ１０５～Ｄ１０７のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00615]態様Ｄ１０９：処理された鉄に富む溶液が、１０ｍＭ以下のコロイド状シリカ含有量（例えば１０ｍＭ、８ｍＭ、６ｍＭ、５ｍＭ、４ｍＭ、２ｍＭ、又は１ｍＭ以下、任意選択で、コロイド状シリカ含有量は、０ｍＭ又は少なくとも８ｍＭ、６ｍＭ、５ｍＭ、４ｍＭ、２ｍＭ、又は１ｍＭであり、そのような値はそれぞれ、任意の様式で組み合わされて、０～１０ｍＭ又は１～８ｍＭ等の範囲を形成し得る）を有する、態様Ｄ８２～Ｄ１０８のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00616]態様Ｄ１１０：初期ｐＨが、０．５～１．５（例えば０．５～１、１～１．５、０．８～１．３、又は０．７～１．４）の範囲内である、態様Ｄ８２～Ｄ１０９のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00617]態様Ｄ１１１：鉄に富む溶液が、初期ｐＨにより特徴付けられ、Ｆｅ３＋イオンより高い濃度のＦｅ２＋イオンをさらに有する、態様Ｄ８２～Ｄ１１０のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00618]態様Ｄ１１２：１種又は複数種の不純物が、アルミニウム化合物、チタン化合物、リン酸塩化合物、又はそれらの任意の組合せを含む、態様Ｄ８２～Ｄ１１１のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00619]態様Ｄ１１３：原料が、１～５０ｗｔ．％（例えば１～５０、１～４５、１～４０、１～３５、１～３０、１～２５、１～２０、１～１５、１～１０、１～５、５～５０、５～４５、５～４０、５～３５、５～３０、５～２５、５～２０、５～１５、５～１０、１０～５０、１０～４５、１０～４０、１０～３５、１０～３０、１０～２５、２０～５０、２０～４０、２０～３０、３０～５０、３０～４０、又は４０～５０のｗｔ．％）の範囲から選択される濃度の１種又は複数種の不純物を含む、態様Ｄ８２～Ｄ１１２のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00620]態様Ｄ１１４：第２の電気化学セルからの第２のアノード液及び／又は第２のカソード液を第２処理して、ｐＨの調節、組成の変更及び／又は不純物の除去を行うステップを含む、態様Ｄ８２～Ｄ１１３のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00621]態様Ｄ１１５：第２処理するステップが、第２電気化学還元するステップが完了したか又は停止された後に行われる、態様Ｄ８２～Ｄ１１４のいずれか１つ又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00622]態様Ｄ１１６：取り出されたＦｅ金属が、
０．１ｗｔ．％未満若しくは０．５ｗｔ．％未満のアルミニウムの濃度（例えば０．５、０．２、０．１、０．０８、０．０６、０．０５、０．０２、０．０１、若しくは０．００５未満のアルミニウムのｗｔ．％、任意選択で、ｗｔ．％は、少なくとも０．２、０．１、０．０８、０．０６、０．０５、０．０２、０．０１、若しくは０．００５であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．００５～０．５若しくは０．０１～０．１等の範囲を形成し得る）；及び／又は
０．０２ｗｔ．％未満若しくは０．５ｗｔ．％未満のリンイオンの濃度（例えば０．５、０．２、０．１、０．０８、０．０６、０．０５、０．０２、０．０１、０．００８、０．００６、０．００５、０．００２、若しくは０．００１未満のリンのｗｔ．％、任意選択で、ｗｔ．％は、少なくとも０．２、０．１、０．０８、０．０６、０．０５、０．０２、０．０１、０．００８、０．００６、０．００５、０．００２、０．００１、若しくは０．０００５であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．０００５～０．５若しくは０．００１～０．０１等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00623]態様Ｄ１１７：Ｆｅ２＋イオンを電気化学的に酸化して、第２のアノード液中に第２のＦｅ３＋イオンを形成するステップを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00624]態様Ｄ１１８：鉄めっきサブシステムから溶解サブシステムに第１のリサイクル溶液をリサイクルするステップを含み；リサイクル溶液は第２のアノード液中で形成された第２のＦｅ３＋イオンを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00625]態様Ｄ１１９：リサイクルするステップが、第２電気化学還元するステップが完了したか又は停止された後に行われる、態様Ｄ１１８又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00626]態様Ｄ１２０：第１のリサイクル溶液が、第１の溶解タンクに供給され；溶解するステップが、鉄含有鉱石及び酸性鉄塩溶液を含む第１の溶解タンク内で行われる、態様Ｄ１１８若しくはＤ１１９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00627]態様Ｄ１２１：第１のリサイクル溶液が、第２の電気化学セルからの第２のカソード液及び第２のアノード液の少なくとも一部を含む、態様Ｄ１１８、Ｄ１１９若しくはＤ１２０又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00628]態様Ｄ１２２：第２の電気化学セルの第２のカソード液が、（ｉ）運搬された鉄に富む溶液又は（ｉｉ）生成された鉄に富む溶液中の鉄イオンの濃度の６０％～７０％（例えば６２～６８％、６４～６６％、６０～６５％、又は６５～７０％）である鉄イオンの全濃度により特徴付けられる場合、第２電気化学還元するステップが完了するか又は停止される、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00629]態様Ｄ１２３：上記態様のいずれか。
[00630]態様Ｄ１２４：上記態様のいずれか。
[00631]態様Ｄ１２５：第２の電気化学セルの第２のカソード上の形成されたＦｅ金属の平均厚さが１ｍｍ～１０ｍｍ（例えば１～１０、１～８、１～６、１～４、１～２、２～１０、２～８、２～６、２～４、４～１０、４～８、４～６、６～１０、６～８、又は８～１０の平均厚さ（ｍｍ））の範囲から選択される場合、第２電気化学還元するステップが完了するか又は停止される、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00632]態様Ｄ１２６：上記態様のいずれか。
[00633]態様Ｄ１２７：鉄めっきサブシステムが、第２の電気化学セルの第２のカソードチャンバと第１の循環タンクとの間で第２のカソード液を循環させるように構成された第１の循環タンクを備え；鉄めっきサブシステムが、第２の電気化学セルの第２のアノードチャンバと第２の循環タンクとの間で第２のアノード液を循環させるように構成された第２の循環タンクを備える、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00634]態様Ｄ１２８：第２のカソードチャンバに間接的に運搬される鉄に富む溶液が、第１の循環タンクに運搬される、態様Ｄ１２７又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00635]態様Ｄ１２９：第２のセパレータが、ＰＥＭ又はアニオン交換膜（ＡＥＭ）又は微細孔セパレータである、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00636]態様Ｄ１３０：第１の電気化学セルが、第２の電気化学セルと異なる電流密度で操作される、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00637]態様Ｄ１３１：第１の電気化学セルが、第２の電気化学セルと異なる電流密度で同時に操作される、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00638]態様Ｄ１３２：第１の電気化学セルが、第２の電気化学セルより高い電流密度で操作される、態様Ｄ１３０若しくはＤ１３１又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00639]態様Ｄ１３３：第１の電気化学セルが、０．１～２Ａ／ｃｍ２の範囲から選択される電流密度（例えば０．１～２、０．１～１．５、０．１～１、０．１～０．５、０．５～２、０．５～１．５、０．５～１、１～２、１～１．５、又は１．５～２の電流密度（Ａ／ｃｍ２））で操作され、第２の電気化学セルが、２０～３００ｍＡ／ｃｍ２の範囲から選択される電流密度（例えば２０～３００、２０～２５０、２０～２００、２０～１５０、２０～１００、２０～５０、５０～３００、５０～２５０、５０～２００、５０～１５０、５０～１００、１００～３００、１００～２５０、１００～２００、１００～１５０、１５０～３００、１５０～２５０、１５０～２００、２００～３００、２００～２５０、又は２５０～３００の電流密度（ｍＡ／ｃｍ２））で操作される、態様Ｄ１３０、Ｄ１３１若しくはＤ１３２又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00640]態様Ｄ１３４：方法を少なくとも５サイクル（例えば少なくとも５、６、７、８、９、１０、１５、２０、３０、５０、又は１００サイクル、任意選択で、サイクルは、６、７、８、９、１０、１５、２０、３０、５０、１００、又は１５０未満であり、それぞれのそのような値は、任意の様式で組み合わされて、５～１５０等の範囲を形成し得る）反復するステップを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00641]態様Ｄ１３５：原料が、ヘマタイト、マグヘマイト、フェリハイドライト、マグネタイト、針鉄鉱、赤金鉱、レピドクロサイト、フェロキシハイト、又はそれらの任意の組合せを含む、上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00642]態様Ｄ１３６：Ｈ２ガスを生成するステップと、生成されたＨ２ガスを収集するステップとを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00643]態様Ｄ１３７：収集されたＨ２ガスの少なくとも一部が、鉄含有鉱石を熱還元するためのプロセスにおいて酸化され、還元剤として使用される、態様Ｄ３９、Ｄ８０若しくはＤ１３６又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00644]態様Ｄ１３８：第１のカソードにおけるＦｅ金属電気めっきを防止するように第１の電気化学セルを電気制御するステップを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00645]態様Ｄ１３９：第２の電気化学セルが、４０℃～８０℃（例えば４５～７５℃、５０～７０℃、５５～６５℃、４０～５５℃、５５～７０℃、４０～７０℃、又は５０～８０℃）の範囲から選択される温度で動作している、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00646]態様Ｄ１４０：第２の電気化学セルが、第２のカソード液及び第２のアノード液を備え；第２のアノード液が、第２のカソード液より低いｐＨを有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00647]態様Ｄ１４１：第２のアノード液のｐＨが、Ｆｅ（ＩＩＩ）（ＯＨ）２の溶解限度のｐＨより低い、態様Ｄ１４０又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00648]態様Ｄ１４２：第２のカソード液が、第２電気化学還元するステップ中に６未満のｐＨを有する、態様Ｄ１４０若しくはＤ１４１又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00649]態様Ｄ１４３：取り出されたＦｅ金属が、少なくとも９９ｗｔ．％（例えば少なくとも９９ｗｔ．％、少なくとも９９．５ｗｔ．％、少なくとも９９．９ｗｔ．％、又は１００ｗｔ．％）のＦｅを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00650]態様Ｄ１４４：第１のアノードが、鉛、酸化鉛、酸化マンガン、混合金属酸化物、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、又はそれらの任意の組合せを含む組成を有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00651]態様Ｄ１４５：第１のカソードが、炭素、グラファイト、チタン、又はそれらの任意の組合せを含む組成を有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00652]態様Ｄ１４６：第２のアノードが、炭素、グラファイト、鉛、酸化鉛、混合金属酸化物、又はそれらの任意の組合せを含む組成を有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00653]態様Ｄ１４７：第２のカソードが、鋼、低炭素鋼、ステンレス鋼、銅、銅合金又はそれらの任意の組合せを含む組成を有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00654]態様Ｄ１４８：鉄金属を取り出すステップが、（ａ）第２電気化学還元するステップ中に第２のカソードから鉄金属を擦り取ること、及び（ｂ）擦り取った鉄金属を収集することを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00655]態様Ｄ１４９：方法の１つ又は複数のステップに電気エネルギー入力を供給するステップを含み；電気エネルギー入力の少なくとも一部が、再生可能エネルギー源から得られる、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00656]態様Ｄ１５０：鋼を作製するステップを含み；鋼を作製するステップが、電気めっきされた鉄金属を鋼に変換するのに十分な温度で、取り出された電気めっきされた鉄金属を炭素源の存在下で炉で加熱することを含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00657]態様Ｄ１５１：炉が、アーク炉、誘導炉、又は電気めっきされた鉄金属を鋼に変換するのに十分な温度に達することができる任意の他の炉である、態様Ｄ１５０又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00658]態様Ｄ１５２：放電モードで第２の電気化学セルを操作するステップであって、放電モードが、電気めっきされたＦｅ金属を第２の電気化学セル内で酸化することを含むステップを含み；方法が、第２の電気化学セルの放電モード中に生成された電気エネルギーを電気グリッドに供給するステップをさらに含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00659]態様Ｄ１５３：第２電気化学還元するステップが、鉄電気めっき反応である、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00660]態様Ｄ１５４：鉄を生成するためのシステムであって、
鉄に富む溶液を生成するための溶解サブシステムであり、溶解サブシステムが、第１の溶解タンク、第１の電気化学セル、及び第１の循環サブシステムを備え、
第１の溶解タンク内で、鉄含有鉱石が酸と接触されて鉄含有鉱石の少なくとも一部が溶解され、それにより、溶解したＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液が形成され、
第１の循環サブシステムが、第１の溶解タンクと第１の電気化学セルの第１のカソードチャンバとの間で酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を循環させ、それにより第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を第１のカソードチャンバの第１のカソード液に供給し、
第１の電気化学セルが、第１のアノードの存在下で第１のアノード液を有する第１のアノードチャンバ、第１のカソードの存在下で第１のカソード液を有する第１のカソードチャンバ、及び第１のアノード液を第１のカソード液から分離する第１のセパレータを備え、
第１の電気化学セルが、第１のカソードで第１のＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を電気化学還元して、第１のカソード液中でＦｅ２＋イオンを形成し、
第１の電気化学セルが、プロトンを電気化学的に生成し、電気化学的に生成されたプロトンをカソード液に供給し、第１の循環システムが、電気化学的に生成されたプロトンを、第１のカソード液から酸性鉄塩溶液に供給し、
第１のサブシステム内で生成された鉄に富む溶液が、形成されたＦｅ２＋イオンを含む、溶解サブシステムと；
鉄に富む溶液の少なくとも一部を鉄めっきサブシステムに移送するための第１のサブシステム間流体接続を備える移行サブシステムと；
第２の電気化学セルを備える鉄めっきサブシステムであり、
第２の電気化学セルは、第２のカソードの存在下で第２のカソード液を有する第２のカソードチャンバ、第２のアノードの存在下で第２のアノード液を有する第２のアノードチャンバ、及び、第２のカソードの存在下で第２のカソード液を有する第１のカソード液から第１のアノード液を分離する第２のセパレータを備え、
移送された形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも第１の部分が、第２のカソードでＦｅ金属に電気化学還元される、鉄めっきサブシステムと；
第２の電気化学セルからＦｅ金属を取り出し、それにより鉄を生成するための鉄を取り出すサブシステムと
を備えるシステム。
[00661]態様Ｄ１５５：プロトンが、第１のアノード液中で電気化学的に生成され、第１のカソード液に供給される、態様Ｄ１５４又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00662]態様Ｄ１５６：溶解タンク内の酸性鉄塩溶液が、鉄含有鉱石の存在下で、少なくとも０．２Ｍの遊離プロトンの定常状態濃度（任意選択で、例えば少なくとも０．２、０．３、０．４、０．５、０．８、１、１．２、１．５、２、３、４、若しくは５Ｍ、任意選択で、定常状態遊離プロトン濃度は、０．３、０．４、０．５、０．８、１、１．２、１．５、２、３、４、５、若しくは６Ｍ未満であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、０．２～６Ｍ等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、及び／又は、０．７以下の定常状態ｐＨ（例えば、０．７、０．６、０．５、０．４、０．３、０．２、０．１、０、－０．１、－０．５、若しくは－１以下、任意選択で、定常状態ｐＨは、少なくとも０．６、０．５、０．４、０．３、０．２、０．１、０、－０．１、－０．５、若しくは－１であり、そのような値は、任意の様式で組み合わされて、－１～０．７等の範囲を形成し得る）により特徴付けられる、態様Ｄ１５４若しくはＤ１５５又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00663]態様Ｄ１５７：第１のアノード液が、水又は塩水溶液を含み；水が、第１のアノードで電気化学的に酸化されて第１のアノード液中にプロトンを生成し；生成されたプロトンが、セパレータを通って第１のカソード液に運搬される、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00664]態様Ｄ１５８：第１のアノード液が、第１のカソード液と異なる組成を有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00665]態様Ｄ１５９：第１の鉄含有鉱石が、マグネタイトを有する熱還元鉱石を含む、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00666]態様Ｄ１６０：還元剤の存在下、２００℃～６００℃（例えば２００～５５０、２００～５００、２００～４５０、２００～４００、２００～３５０、２００～３００、２００～２５０、２５０～６００、２５０～５５０、２５０～５００、２５０～４００、３００～６００、３００～５５０、３００～５００、３００～４５０、３００～４００、３５０～６００、３５０～５５０、３５０～５００、３５０～４５０、４００～６００、４００～５５０、４００～５００、４５０～６００、４５０～５５０、又は５００～６００の温度（℃））の範囲から選択される高温で非マグネタイト材料をマグネタイトに変換することによって熱還元鉱石を形成するように構成された熱還元サブシステムをさらに備え、熱還元鉱石が、熱還元サブシステムから第１の溶解タンクに供給される、態様Ｄ１５９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00667]態様Ｄ１６１：空気の存在下、２００℃～６００℃（例えば２００～５５０、２００～５００、２００～４５０、２００～４００、２００～３５０、２００～３００、２００～２５０、２５０～６００、２５０～５５０、２５０～５００、２５０～４００、３００～６００、３００～５５０、３００～５００、３００～４５０、３００～４００、３５０～６００、３５０～５５０、３５０～５００、３５０～４５０、４００～６００、４００～５５０、４００～５００、４５０～６００、４５０～５５０、又は５００～６００の温度（℃））の範囲から選択される高温で鉄含有鉱石を空気焙焼することによって空気焙焼された鉱石を形成するように構成された空気焙焼サブシステムを備える、態様Ｄ１６０又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00668]態様Ｄ１６２：空気焙焼サブシステム及び熱還元サブシステムが同じである、態様Ｄ１６１又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00669]態様Ｄ１６３：空気焙焼された鉱石を有する第２の溶解タンクを備える上記態様のいずれか１つの方法又はシステムであって、空気焙焼された鉱石が、熱還元されておらず、２００℃～６００℃（例えば２００～５５０、２００～５００、２００～４５０、２００～４００、２００～３５０、２００～３００、２００～２５０、２５０～６００、２５０～５５０、２５０～５００、２５０～４００、３００～６００、３００～５５０、３００～５００、３００～４５０、３００～４００、３５０～６００、３５０～５５０、３５０～５００、３５０～４５０、４００～６００、４００～５５０、４００～５００、４５０～６００、４５０～５５０、又は５００～６００の温度（℃））の範囲から選択される高温で空気に曝露された鉄含有鉱石であり；
空気焙焼された鉱石の溶解が、第２の溶解タンク内で、溶解したＦｅ３＋イオンを含む第２の酸性鉄塩溶液の存在下で生じ、
システムが、第２の溶解タンクからカソードチャンバに第２の酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、また電気化学セルから第２の溶解タンクにカソード液の少なくとも一部を循環させる、第２の循環サブシステムをさらに備え；
第２の酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンの少なくとも一部が、カソード液中でカソードでＦｅ２＋イオンに電気化学還元され、それにより第２の酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンを消費する、方法又はシステム。
[00670]態様Ｄ１６４：原鉱を有する第３の溶解タンクを備える、上記態様のいずれか１つの方法又はシステムであって、原鉱が、熱還元も空気焙焼もされていない鉄含有鉱石であり；
空気焙焼された鉱石の溶解が、第３の溶解タンク内で、溶解したＦｅ３＋イオンを含む第３の酸性鉄塩溶液の存在下で生じ、
システムが、第３の溶解タンクからカソードチャンバに第３の酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、また電気化学セルから第３の溶解タンクにカソード液の少なくとも一部を循環させる、第３の循環サブシステムをさらに備え；
第３の酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンの少なくとも一部が、カソード液中でカソードでＦｅ２＋イオンに電気化学還元され、それにより第３の酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンを消費する、方法又はシステム。
[00671]態様Ｄ１６５：生成された鉄に富む溶液が、１Ｍ～４Ｍ（例えば１～３．５、１～３、１～２．５、１～２、１～１．５、１．５～４、１．５～３．５、１．５～３、１．５～２．５、１．５～２、２～４、２～３．５、２～３、２～２．５、２．５～４、２．５～３．５、２．５～３、３～４、又は３～３．５）の範囲から選択される鉄イオン濃度を有する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00672]態様Ｄ１６６：Ｆｅ２＋イオンが、第２のアノード液中でＦｅ３＋イオンに酸化される、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00673]態様Ｄ１６７：移行サブシステムが、生成された鉄に富む溶液の少なくとも一部を取り出し、鉄に富む溶液の取り出された部分を処理して、それにより処理された鉄に富む溶液を形成する、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00674]態様Ｄ１６８：第２の電気化学セルから溶解サブシステムに第１のリサイクル溶液をリサイクルするように構成された、使用済み電解質リサイクルシステムを備える、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00675]態様Ｄ１６９：第１のリサイクル溶液が、第２のアノード液の少なくとも一部及び第２のカソード液の少なくとも一部を含む、態様Ｄ１６８又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00676]態様Ｄ１７０：第１のリサイクル溶液が、形成されたＦｅ２＋イオンのＦｅ金属への還元が完了したか又は停止された後に、第２のアノード液の少なくとも一部及び第２のカソード液の少なくとも一部を混合することによって形成される、態様Ｄ１６９又は上記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00677]態様Ｄ１７１：移行サブシステムが、鉄に富む溶液から１種又は複数種の不純物の少なくとも一部を除去して、それにより、形成されたＦｅ２＋イオンの少なくとも一部を有する処理された鉄に富む溶液を形成するように構成された第１の不純物除去サブシステムを備え；第１の不純物除去サブシステム内で、初期ｐＨから調節されたｐＨまで鉄に富む溶液のｐＨが上昇されて、１種又は複数種の不純物の除去された部分が沈殿される、上記態様のいずれか１つの方法又はシステム。
[00678]態様Ｄ１７２：溶解するステップが、酸性鉄塩溶液中のプロトン濃度（任意選択で定常状態プロトン濃度）が０．４Ｍ（任意選択で０．３Ｍ、任意選択で０．２Ｍ、任意選択で０．１Ｍ）以下である（任意選択で、溶解するステップが行われる時間の大部分にわたりこの閾値を超えた後）場合停止される、上記又は下記態様のいずれかの方法又はシステム。
[00679]態様Ｄ１７３：溶解するステップが、第１のカソード液、酸性鉄塩溶液、及び／又は生成された鉄に富む溶液中の全鉄イオン濃度が、１Ｍ、任意選択で２Ｍ、任意選択で３Ｍ、任意選択で４Ｍ、任意選択で１Ｍ～４Ｍ（これらの値を含む）の間の任意の値又は範囲の所望の最大値（任意選択で定常状態値）に達した場合に停止される、上記態様のいずれかの方法又はシステム。
参照による援用及び変型例に関する記述
[00680]本願にわたる全ての参考文献（例えば発行済若しくは取得済特許又は等価物を含む特許文献、特許出願公開、及び非特許文献又は他の資料）は、それぞれの参考文献が少なくとも部分的に本願における開示と矛盾しない限り、参照により個別に組み入れられるように、参照によりその全てが本明細書に組み入れられる（例えば、部分的に矛盾する参考文献は、該参考文献の部分的に矛盾する部分を除いて参照により組み入れられる）。
[00681]本明細書において使用されている用語及び表現は、説明のために用いられており、限定を目的とせず、そのような用語及び表現の使用において、示され説明される特徴又はその一部のいかなる等価物をも除外する意図はなく、任意の特定の請求される発明の範囲内で様々な修正が可能であることが認識される。したがって、本発明は好ましい実施形態、例示的実施形態及び任意選択の特徴により具体的に開示されているが、本明細書において開示される概念の修正及び変型が当業者により成されてもよく、またそのような修正及び変型は、添付の請求項により定義される本発明の範囲内と考えられることが理解されるべきである。本明細書に記載の特定の実施形態は、本発明の有用な実施形態の例であり、本発明は、本明細書に記載のデバイス、デバイスの構成要素、方法ステップの多数の変型例を使用して実行され得ることが当業者に明らかであろう。当業者には明らかなように、方法及び本方法に有用なデバイスは、多数の任意選択の組成及び加工要素及びステップを含み得る。
[00682]本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上異なる定義が明示されていない限り、複数形への言及を含む。したがって、例えば、「セル」への言及は、複数のそのようなセル、及び当業者に知られているその等価物を含む。同様に、「１つ（ａ）」（又は「１つ（ａｎ）」）、「１つ以上」及び「少なくとも１つ」という用語は、本明細書において相互交換可能に使用することができる。また、「備える」、「含む」及び「有する」という用語も、相互交換可能に使用することができることに留意されたい。「請求項ＸＸ～ＹＹのいずれかに記載の」（ＸＸ及びＹＹは、請求項の番号を指す）という表現は、代替形態の複数の従属請求項を示すことを意図し、いくつかの実施形態において、「請求項ＸＸ～ＹＹのいずれか一項に記載の」という表現と相互交換可能である。
[00683]本明細書において置換基の群が開示されている場合、鉱石の酸化鉄材料又はその群のメンバーの構造的及び組成的多形を含む、その群の全ての個々のメンバー及び全ての部分群が別個に開示されることが理解される。本明細書においてマーカッシュ群又は他の群分けが使用される場合、群の全ての個々のメンバー、並びに群の可能な全ての組合せ及び部分的組み合わせが、個々に本開示に含まれることが意図される。本明細書において、例えば式又は化学名において、化合物の特定の異性体、鏡像異性体又はジアステレオマーが指定されないように化合物が説明されている場合、その説明は、説明された化合物の各異性体及び鏡像異性体を個々に又は任意に組み合わせて含むことを意図する。さらに、別段に指定されない限り、本明細書において開示される化合物の全ての同位体変型例は、本開示に包含されることが意図される。例えば、開示された分子中の任意の１つ又は複数の水素は、重水素又は三重水素で置き換えられ得ることが理解されよう。分子の同位体変型例は、一般に、分子のアッセイにおける、並びに分子又はその使用に関連する化学的及び生物学的研究における標準として有用である。そのような同位体変型例を作製するための方法は、当技術分野で知られている。当業者は同じ化合物を異なる名称で呼ぶことができることが知られているため、化合物の特定の名称は、例示を意図する。
[00684]本明細書における化合物の塩に関して、当業者は、多種多様な利用可能な対イオンの中から、所与の用途における本発明の塩の調製に適切なものを選択することができる。特定の用途において、塩の調製のための所与のアニオン又はカチオンの選択は、その塩の溶解度の増加又は減少をもたらし得る。
[00685]本明細書において説明又は例示される全てのデバイス、システム、サブシステム、方法、プロセス、構成要素、及び／又は構成要素の組合せは、別段に述べられていない限り、任意の請求される本発明（複数可）の実践に使用することができる。
[00686]本明細書において、温度範囲、時間範囲、又は組成若しくは濃度範囲等の範囲が示されている場合、本開示において、すべての中間範囲及び部分的範囲、並びに示された範囲に含まれるすべての個々の値が含まれることが意図される。本明細書の説明に含まれるいかなる部分的範囲、又は範囲若しくは部分的範囲に含まれる個々の値も、本明細書の請求項から除外することができることが理解されるだろう。
[00687]明細書中で言及される特許及び出版物は全て、開示されるデバイス、システム、方法及びプロセスが関連する技術分野の当業者の技術のレベルを示すものである。本明細書で引用される参考文献は、参照によりその全てが本明細書に組み入れられてその出版日又は出願日現在での最新技術を示し、必要に応じて、従来技術に含まれる特定の実施形態を除外するためにこの情報を使用することが可能であることが意図される。例えば、組成物が請求される場合、実施可能な開示が本明細書において引用される参考文献に記載されている化合物を含む、出願人の発明の前に当技術分野において知られ利用可能であった化合物は、本明細書における組成物請求項に含まれることが意図されないことが理解されるべきである。
[00688]本明細書で使用される場合、「備える」は、「含む」、「含有する」、又は「により特徴付けられる」と同義であり、包含的又は非制限的で、列挙されていない追加の要素又は方法ステップを除外しない。本明細書で使用される場合、「～からなる」は、請求要素に指定されていないいかなる要素、ステップ又は成分も除外しない。本明細書で使用される場合、「～から本質的になる」は、請求の基本的及び新規な特徴に著しく影響しない材料又はステップを除外しない。本明細書のそれぞれの場合において、「備える」、「～から本質的になる」及び「～からなる」という用語のいずれも、他の２つの用語のいずれかと交換可能である。本明細書で例示的に説明された請求される発明は、本明細書で具体的に開示されていないあらゆる要素（複数を含む）、制限（複数を含む）がない場合に好適に実践することができる。
[00689]当業者には、具体的に例示されるもの以外の出発材料、試薬、合成法、精製法、分析法、及び検定法を、必要以上の実験を行うことなく請求される発明の実践に使用することができることが理解される。そのような材料及び方法の当技術分野で知られたすべての機能的等価物が、これらの発明に含まれることが意図される。
[00690]本明細書において、「及び／又は」という用語は、説明及び特許請求の範囲において、及び／又はという用語が現れるリストからの単一要素のみ、又は要素の任意の組合せを指すように使用される。換言すれば、「及び／又は」という用語を有する２つ以上の要素のリストは、列挙された要素のうちの個々の要素のいずれかのみを有するか、又はそれらの任意の組合せを有する実施形態を包含することを意図する。例えば、「要素Ａ及び／又は要素Ｂ」という語句は、要素Ａのみを有するか、要素Ｂのみを有するか、又は要素Ａ及びＢの両方を合わせて有する実施形態を包含することを意図する。例えば、「要素Ａ、要素Ｂ、及び／又は要素Ｃ」という語句は、要素Ａのみを有するか、要素Ｂのみを有するか、要素Ｃのみを有するか、要素Ａ及びＢを合わせて有するか、要素Ａ及びＣを合わせて有するか、要素Ｂ及びＣを合わせて有するか、又は要素Ａ、Ｂ及びＣを合わせて有する実施形態を包含することを意図する。

Claims (94)

  1. 鉄含有鉱石を加工及び溶解する方法であって、
    還元剤の存在下で前記鉄含有鉱石中の１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を熱還元してマグネタイトを形成し、それにより熱還元鉱石を形成するステップと；
    酸を使用して前記熱還元鉱石の少なくとも一部を溶解して、酸性鉄塩溶液を形成するステップと
    を含み、前記酸性鉄塩溶液が、電気化学セル内で電気化学的に生成されたプロトンを含む、方法。
  2. 溶解する前記ステップ中に前記電気化学的に生成されたプロトンを有するカソード液の少なくとも一部を前記電気化学セルから前記酸性鉄塩溶液に供給し、それにより、前記電気化学的に生成されたプロトンを前記熱還元鉱石の存在下で前記酸性鉄塩溶液に供給するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 溶解する前記ステップが、溶解タンク内で行われ；前記溶解タンク及び前記電気化学セルが、流体的に接続され；前記酸性鉄塩溶液が、前記溶解タンクと前記電気化学セルとの間で循環される、請求項２に記載の方法。
  4. 溶解する前記ステップの少なくとも一部の間、前記酸性鉄塩溶液の全てが、前記溶解タンクと前記電気化学セルとの間で循環される、請求項３に記載の方法。
  5. 溶解中の前記熱還元鉱石と前記酸性鉄塩溶液との間の反応が水を生成し、それにより前記酸性鉄塩溶液のプロトンを消費し；前記供給された電気化学的に生成されたプロトンが、前記酸性鉄塩溶液中の前記消費されたプロトンの少なくとも一部を置き換える、請求項２～４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 溶解する前記ステップの少なくとも一部の間、前記電気化学的に生成されたプロトンが前記酸性鉄塩溶液に連続的に供給される、請求項２～５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記酸性鉄塩溶液が、熱還元鉱石の前記溶解中に、少なくとも０．２Ｍの遊離プロトンの定常状態濃度により特徴付けられる、請求項２～６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記酸性鉄塩溶液が、０．２Ｍ～３Ｍの範囲から選択される遊離プロトンの定常状態濃度により特徴付けられる、請求項７に記載の方法。
  9. 前記酸性鉄塩溶液が、０．７未満の定常状態ｐＨにより特徴付けられる、請求項７又は８に記載の方法。
  10. 同じ又は異なる電気化学セル内で、前記酸性鉄塩溶液からのＦｅ３＋イオンを、前記電気化学的に生成されたＦｅ２＋イオンに電気化学還元することによって、Ｆｅ２＋イオンを電気化学的に生成するステップを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 溶解する前記ステップ中に、前記熱還元鉱石の存在下で、前記電気化学的に生成されたＦｅ２＋イオンを前記酸性鉄塩溶液に供給するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記電気化学セルが、前記電気化学的に生成されたプロトン及び前記電気化学的に生成されたＦｅ２＋イオンの両方を生成し；溶解する前記ステップが、溶解タンク内で行われ；前記溶解タンク及び前記電気化学セルが、流体的に接続され、前記酸性鉄塩溶液が、前記溶解タンクと前記電気化学セルとの間で循環される、請求項１０又は１１に記載の方法。
  13. 前記電気化学セルが、カソード液の存在下でのカソード、アノード液の存在下でのアノード、及び前記カソード液を前記アノード液から分離するセパレータを備え；
    前記カソード液が、前記酸性鉄塩溶液を含み；
    前記酸性鉄塩溶液からの前記Ｆｅ３＋イオンを電気化学還元するステップが前記カソードで行われて、前記カソード液中に前記電気化学的に生成されたＦｅ２＋イオンを形成し；
    前記方法が、
    前記電気化学セル内で前記電気化学的に生成されたプロトンを電気化学的に生成するステップと；
    電気化学的に生成されたプロトンを前記カソード液に供給するステップと
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
  14. 前記電気化学的に生成されたプロトンを電気化学的に生成する前記ステップが、前記アノードで水を電気化学的に酸化することを含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記電気化学的に生成されたプロトンを電気化学的に生成する前記ステップが、前記アノードでＨ２ガスを電気化学的に酸化することを含む、請求項１３に記載の方法。
  16. 電気化学的に生成されたプロトンを供給する前記ステップが、前記セパレータを通して前記アノード液から前記カソード液に前記電気化学的に生成されたプロトンを運搬することを含む、請求項１４又は１５に記載の方法。
  17. 前記電気化学セルが、８０％超のクーロン効率により特徴付けられる、請求項１３～１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記電気化学的に生成されたプロトンが、前記カソード液中で少なくとも部分的に前記酸を形成する、請求項１３～１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. 前記カソード液から前記アノード液に水を供給するステップを含む、請求項１３～１８のいずれか一項に記載の方法。
  20. 前記アノードで酸化された前記水が、溶解する前記ステップ中に前記鉄含有鉱石の溶解により生成された前記水を含む、請求項１４又は１６に記載の方法。
  21. 水が、浸透作用により前記セパレータを通して前記カソード液から前記アノード液に供給される、請求項１９又は２０に記載の方法。
  22. 前記アノード液が、前記カソード液の全塩濃度より高い全塩濃度により特徴付けられる、請求項１３～２１のいずれか一項に記載の方法。
  23. フラッシュ蒸留により前記カソード液から水を分離するステップと、前記分離された水を前記アノード液に供給するステップとを含む、請求項１３～２２のいずれか一項に記載の方法。
  24. 逆浸透により前記カソード液から水を分離するステップ、及び前記分離された水を前記アノード液に供給するステップを含む、請求項１３～２３のいずれか一項に記載の方法。
  25. 前記アノード液が、前記カソード液と異なる組成を有する、請求項１３～２４のいずれか一項に記載の方法。
  26. 第１のアノード液が、前記第１のカソード液と異なるｐＨを有する、請求項１３～２５のいずれか一項に記載の方法。
  27. 前記第１のカソード液が、前記第１のアノード液より低いｐＨを有する、請求項１３～２６のいずれか一項に記載の方法。
  28. 前記第１のアノード液が、前記第１のカソード液中の組成と異なる組成の溶解した塩を含む、請求項１３～２７のいずれか一項に記載の方法。
  29. 前記第１のアノード液が、１種又は複数種の溶解した第二鉄塩を含有し、前記第１の検体が、前記第１のカソード液中の全鉄イオン濃度以上の前記１種又は複数種の溶解した第二鉄塩の全濃度により特徴付けられる、請求項１３～２８のいずれか一項に記載の方法。
  30. 前記第１のカソード液が、１種又は複数種の支持塩を含む、請求項１３～２９のいずれか一項に記載の方法。
  31. 前記第１のカソード液が、０．１～１Ｍの範囲から選択される濃度の１種又は複数種の支持塩を含む、請求項３０に記載の方法。
  32. 前記１種又は複数種の支持塩が、１種若しくは複数種の金属硫酸塩化合物を含む、請求項３０又は３１に記載の方法。
  33. 前記１種又は複数種の金属硫酸塩化合物が、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸リチウム、又はそれらの組合せを含む、請求項３２に記載の方法。
  34. 前記第１のアノード液が、前記第１のカソード液と異なる少なくとも１つの酸化還元対により特徴付けられる、請求項１３～３３のいずれか一項に記載の方法。
  35. 前記第１のアノード液が、前記第１のカソード液より高い全濃度の溶解した塩を含む、請求項１３～３４のいずれか一項に記載の方法。
  36. 前記第１のアノード液が、前記第１のカソード液より低い全濃度の溶解した塩を含む、請求項１～２１、２３～２８、及び３０～３４のいずれか一項に記載の方法。
  37. 前記アノード液が、Ｆｅ２＋及びＦｅ３＋イオンを本質的に含まない、請求項１～２８及び３０～３４のいずれか一項に記載の方法。
  38. 前記カソード液が、１～５Ｍの範囲から選択される最大塩濃度により特徴付けられる、請求項１３～３７のいずれか一項に記載の方法。
  39. 前記カソード液が、１～５Ｍの範囲から選択される最大鉄イオン濃度により特徴付けられる、請求項１３～３８のいずれか一項に記載の方法。
  40. 前記アノードで酸素（Ｏ２）を電気化学的に生成するステップを含む、請求項１３～３９のいずれか一項に記載の方法。
  41. 前記アノードでの電気化学的反応が、Ｏ２／Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ／Ｈ２、Ｈ２／Ｈ＋、Ｈ＋／Ｈ２Ｏ、及びそれらの任意の組合せからなる群から選択される１つ又は複数の酸化還元対により特徴付けられる、請求項１３～４０のいずれか一項に記載の方法。
  42. 前記第１のアノード液が、前記第１のセパレータを介して前記第１のカソード液とイオン的に接続されている、請求項１３～４１のいずれか一項に記載の方法。
  43. 前記第１のアノード液が、前記第１のカソード液から流体的に切り離されている、請求項４２に記載の方法。
  44. 前記セパレータが、イオン交換膜である、請求項１３～４３のいずれか一項に記載の方法。
  45. 前記セパレータが、プロトン交換膜（ＰＥＭ）である、請求項４４に記載の方法。
  46. Ｆｅ２＋イオンを有する鉄に富む溶液を生成するステップを含む、請求項１～４５のいずれか一項に記載の方法。
  47. 前記生成された鉄に富む溶液が、１～４Ｍの範囲から選択される全鉄イオン濃度により特徴付けられる、請求項４６に記載の方法。
  48. 前記電気化学セル及び／又は溶解する前記ステップが行われる槽から、前記生成された鉄に富む溶液を取り出すステップを含む、請求項４６又は４７に記載の方法。
  49. 前記溶解タンクを前記電気化学セルから流体的に切り離し、並びに／又は溶解する前記ステップの間及び完了前に前記電気化学セルを止めることによって前記酸性鉄塩溶液のｐＨを上昇させるステップを含む、請求項３～４８のいずれか一項に記載の方法。
  50. 前記生成された鉄に富む溶液のｐＨを、２～７の範囲から選択されるｐＨに上昇させ、それによりｐＨ調節された鉄に富む溶液を生成するステップを含む、請求項４６～４９のいずれか一項に記載の方法。
  51. 前記生成された鉄に富む溶液のｐＨを、２～７未満の範囲から選択されるｐＨに上昇させ、それによりｐＨ調節された鉄に富む溶液を生成するステップを含む、請求項４６～５０のいずれか一項に記載の方法。
  52. 前記ｐＨを上昇させる前記ステップが、前記生成された鉄に富む溶液の存在下で金属鉄及び／又は１種若しくは複数種の酸化鉄材料を供給することを含む、請求項５０又は５１に記載の方法。
  53. 前記ｐＨを上昇させる前記ステップが、前記生成された鉄に富む溶液の存在下で、マグネタイト、金属鉄、又はマグネタイト及び金属鉄の両方を供給することを含む、請求項５２に記載の方法。
  54. 前記ｐＨを上昇させる前記ステップが、前記生成された鉄に富む溶液の存在下でマグネタイト又はマグネタイト及び金属鉄の両方を供給することを含む、請求項５３に記載の方法。
  55. 前記ｐＨを上昇させる前記ステップが、前記生成された鉄に富む溶液の前記ｐＨを、２～７の範囲から選択されるｐＨに上昇させるのに十分な量の金属鉄を供給することを含む、請求項５０～５４のいずれか一項に記載の方法。
  56. 前記生成された鉄に富む溶液から１種又は複数種の第一鉄塩を沈殿又は結晶化するステップを含む、請求項４６～５５のいずれか一項に記載の方法。
  57. 電気めっき以外の１つ又は複数のプロセスによって、前記生成された鉄に富む溶液から１種又は複数種の第一鉄塩を取り出すステップを含む、請求項４６～５６のいずれか一項に記載の方法。
  58. 熱還元する前記ステップが、前記鉄含有鉱石の前記１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を２００℃～６００℃の範囲から選択される高温で還元剤に曝露し、それにより前記１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料の少なくとも一部を前記マグネタイトに変換することを含む、請求項１～５７のいずれか一項に記載の方法。
  59. 前記還元剤が、Ｈ２ガスを含み；前記Ｈ２ガスの少なくとも一部が、鉄金属と酸との反応を介して化学的に生成され、及び／又は、前記Ｈ２ガスの少なくとも一部が、鉄電気めっきプロセスの寄生水素発生反応を介して電気化学的に生成される、請求項１～５８のいずれか一項に記載の方法。
  60. 前記鉄含有鉱石が、熱還元する前記ステップ中、熱処理時間の間高温に曝露され、前記鉄含有鉱石が、前記熱処理時間の間中前記還元剤に曝露される、請求項５８に記載の方法。
  61. 前記鉄含有鉱石が、熱還元する前記ステップ中、熱処理時間の間高温に曝露され、前記鉄含有鉱石が、前記熱処理時間の一部の間前記還元剤に曝露される、請求項５８に記載の方法。
  62. 前記熱処理時間の初期部分の間前記鉄含有鉱石を空気に曝露することによって、前記鉄含有鉱石を空気焙焼するステップを含む、請求項６１に記載の方法。
  63. 空気の存在下、前記鉄含有鉱石の少なくとも一部を２００℃～６００℃の範囲から選択される温度で空気焙焼して、空気焙焼された鉱石を形成するステップをさらに含む、請求項１～６２のいずれか一項に記載の方法。
  64. 空気焙焼する前記ステップが、熱還元する前記ステップの前に、又はそれとは別個に行われ、空気焙焼された鉱石が、空気焙焼の前に熱還元されていない、請求項６３に記載の方法。
  65. 熱還元する前記ステップが、前記空気焙焼された鉱石を熱還元して、前記熱還元鉱石の少なくとも一部を形成することを含み；前記空気焙焼された鉱石が、前記１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を含む、請求項６３又は６４に記載の方法。
  66. 溶解する前記ステップが、前記空気焙焼された鉱石の少なくとも一部及び前記熱還元鉱石の少なくとも一部を同時に、及び／又は順次溶解することを含む、請求項６３、６４又は６５に記載の方法。
  67. 溶解する前記ステップが、溶解する前記ステップの少なくとも一部の間、前記熱還元鉱石とは別個の溶解タンク内で、前記空気焙焼された鉱石の少なくとも一部を溶解することを含む、請求項６６に記載の方法。
  68. 溶解する前記ステップが、鉱石混合物を溶解することを含み；前記鉱石混合物が、０ｗｔ．％～１００ｗｔ．％の前記熱還元鉱石、５ｗｔ．％～１００ｗｔ．％の前記焙焼された鉱石、及び０ｗｔ．％～９０ｗｔ．％の前記焙焼されたマグネタイト含有鉱石を含む、請求項６３～６７のいずれか一項に記載の方法。
  69. 溶解する前記ステップが、前記電気化学セルと、第１の溶解タンク、第２の溶解タンク、及び第３の溶解タンクの少なくとも１つとの間で溶解溶液を循環させることを含み；前記第１の溶解タンクが、前記熱還元鉱石の少なくとも一部を含み、前記第２の溶解タンクが、前記空気焙焼された鉱石を含み、第３の溶解タンクが、鉄含有原鉱を含み；前記原鉱が、熱還元も空気焙焼もされていない鉄含有鉱石である、請求項６３～６８のいずれか一項に記載の方法。
  70. 循環させる前記ステップが、全循環時間又は全循環サイクル数の間前記溶解溶液を循環させることを含み；前記溶解溶液が、前記電気化学セルと前記第３の溶解タンクとの間で、前記全循環時間又は前記全循環サイクル数の０～９９％の間循環され；前記溶解溶液が、前記電気化学セルと前記第２の溶解タンクとの間で、前記全循環時間又は前記全循環サイクル数の０～９９％の間循環され；前記溶解溶液が、前記電気化学セルと前記第１の溶解タンクとの間で、前記全循環時間又は前記全循環サイクル数の１～１００％の間循環される、請求項６９に記載の方法。
  71. 循環させる前記ステップの間、前記溶解溶液が、前記電気化学セルと、前記第１、第２及び第３の溶解タンクの任意の２つ又は任意の３つとの間で、任意の順番で順次、及び／又は同時に循環される、請求項６９又は７０に記載の方法。
  72. 循環させる前記ステップが、最初に電気化学セルと前記原鉱を有する前記第３の溶解タンクとの間で前記溶解溶液を第１循環させ、次いで電気化学セルと前記空気焙焼された鉱石を有する前記第２の溶解タンクとの間で前記溶解溶液を第２循環させ、次いで電気化学セルと前記熱還元鉱石を有する前記第１の溶解タンクとの間で前記溶解溶液を第３循環させることを含む、請求項７１に記載の方法。
  73. 前記溶解溶液が、前記酸性鉄塩溶液であるか、又はそれを含む、請求項６９～７２のいずれか一項に記載の方法。
  74. 前記第１の溶解タンクが、溶解する前記ステップの任意の部分の間、空気焙焼された鉱石、原鉱、又はその両方をさらに含む、請求項６３～７３のいずれか一項に記載の方法。
  75. 前記第２の溶解タンクが、溶解する前記ステップの任意の部分の間、熱還元鉱石、原鉱、又はその両方をさらに含む、請求項６３～７４のいずれか一項に記載の方法。
  76. 前記第３の溶解タンクが、溶解する前記ステップの任意の部分の間、空気焙焼された鉱石、熱還元鉱石、又はその両方をさらに含む、請求項６３～７５のいずれか一項に記載の方法。
  77. 溶解する前記ステップが、少なくとも１つの溶解タンク内で行われ；溶解する前記ステップが、空気焙焼された鉱石、原鉱、又はその両方を、前記熱還元鉱石の存在下で前記少なくとも１つの溶解タンク内の前記酸性鉄塩溶液にさらに導入することを含む、請求項１～７６のいずれか一項に記載の方法。
  78. 前記１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料が、ヘマタイト及び／又は針鉄鉱を含む、請求項１～７７のいずれか一項に記載の方法。
  79. 前記酸が、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸、クエン酸、シュウ酸、ホウ酸、過ホウ酸、炭酸、メタンスルホン酸、又はそれらの任意の組合せを含む、請求項１～７８のいずれか一項に記載の方法。
  80. 鉄含有鉱石を加工及び溶解する方法であって、
    溶解タンク内で、前記鉄含有鉱石を酸と接触させて前記鉄含有鉱石の少なくとも一部を溶解し、それにより、溶解したＦｅ３＋イオンを有する酸性鉄塩溶液を形成するステップと；
    前記溶解タンクと電気化学セルのカソードチャンバとの間で前記酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を再循環させるステップであり、前記電気化学セルが、前記カソードチャンバ内のカソード液として機能する前記酸性鉄塩溶液の少なくとも一部の存在下でのカソード、アノード液の存在下でのアノード、及び前記カソード液を前記アノード液から分離するセパレータを備える、ステップと；
    前記カソードで前記カソード液から前記溶解したＦｅ３＋イオンの少なくとも一部を電気化学還元して、前記カソード液中でＦｅ２＋イオンを形成するステップと；
    前記電気化学セル内でプロトンを電気化学的に生成し、前記電気化学的に生成されたプロトンを前記カソード液に供給するステップと
    を含み；前記溶解タンク内の前記酸性鉄塩溶液が、前記鉄含有鉱石の存在下で、少なくとも０．２Ｍの遊離プロトンの定常状態濃度により特徴付けられる、方法。
  81. 鉄含有鉱石を加工及び溶解する方法であって、
    還元剤の存在下で前記鉄含有鉱石中の１種又は複数種の非マグネタイト酸化鉄材料を熱還元してマグネタイトを形成し、それにより熱還元鉱石を形成するステップであり、
    前記還元剤が、Ｈ２ガスを含み、
    前記Ｈ２ガスの少なくとも一部が、鉄金属と酸との反応を介して化学的に生成され、及び／又は、前記Ｈ２ガスの少なくとも一部が、鉄電気めっきプロセスの寄生水素発生反応を介して電気化学的に生成される、ステップと；
    酸性溶液を使用して少なくとも前記熱還元鉱石を溶解して、鉄塩溶液を形成するステップと
    を含み、溶解する前記ステップが、前記形成されたマグネタイトを前記酸性溶液に溶解することを含む、方法。
  82. 鉄含有鉱石を加工及び溶解するためのシステムであって、
    第１の酸を使用して第１の鉄含有鉱石を溶解するための第１の溶解タンクであり、
    前記第１の酸への前記第１の鉱石の溶解が、前記第１の溶解タンク内で溶解したＦｅ３＋イオンを含む第１の酸性鉄塩溶液を形成する、第１の溶解タンクと；
    前記第１の溶解タンクに流体的に接続された電気化学セルであり、
    カソードの存在下でカソード液を有するカソードチャンバ、アノードの存在下でアノード液を有するアノードチャンバ、並びに前記カソード液及び前記アノード液を分離するセパレータを備える、電気化学セルと；
    前記第１の溶解タンクから前記カソードチャンバに前記第１の酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を循環させ、前記電気化学セルから前記第１の溶解タンクに前記カソード液の少なくとも一部を循環させる、第１の循環サブシステムと
    を備え、
    前記第１の酸性鉄塩溶液からの前記Ｆｅ３＋イオンの少なくとも一部が、前記カソード液中で前記カソードでＦｅ２＋イオンに電気化学還元され、それにより前記第１の酸性鉄塩溶液からの前記Ｆｅ３＋イオンを消費する、システム。
  83. プロトンが、前記電気化学セル内で電気化学的に生成され、前記カソード液に供給され、それにより溶解中に消費された酸を少なくとも部分的に補充する、請求項８２に記載のシステム。
  84. プロトンが、前記アノード液中で電気化学的に生成され、前記カソード液に向かって前記セパレータを通過する、請求項８３に記載のシステム。
  85. 前記溶解タンク内の前記酸性鉄塩溶液が、前記鉄含有鉱石の存在下で、少なくとも０．２Ｍの遊離プロトンの定常状態濃度により特徴付けられ、及び／又は、０．７以下の定常状態ｐＨにより特徴付けられる、請求項８２、８３又は８４に記載のシステム。
  86. 前記アノード液が、水又は塩水溶液を含み；水が、前記アノードで電気化学的に酸化されて前記アノード液中にプロトンを生成し；前記生成されたプロトンが、前記セパレータを通って前記カソード液に運搬される、請求項１～８５のいずれか一項に記載のシステム。
  87. 前記アノード液が、前記カソード液と異なる組成を有する、請求項１～８６のいずれか一項に記載のシステム。
  88. 前記第１の鉄含有鉱石が、マグネタイトを有する熱還元鉱石を含む、請求項１～８７のいずれか一項に記載のシステム。
  89. 還元剤の存在下、２００℃～６００℃の範囲から選択される高温で非マグネタイト材料をマグネタイトに変換することによって前記熱還元鉱石を形成するように構成された熱還元サブシステムをさらに備え、前記熱還元鉱石が、前記熱還元サブシステムから前記第１の溶解タンクに供給される、請求項６８に記載のシステム。
  90. 空気の存在下、２００℃～６００℃の範囲から選択される高温で鉄含有鉱石を空気焙焼することによって空気焙焼された鉱石を形成するように構成された空気焙焼サブシステムを備える、請求項８９に記載の方法。
  91. 前記空気焙焼サブシステム及び前記熱還元サブシステムが同じである、請求項９０に記載の方法。
  92. 空気焙焼された鉱石を有する第２の溶解タンクを備える請求項１～９１のいずれか一項に記載のシステムであって、前記空気焙焼された鉱石が、熱還元されておらず、２００℃～６００℃の範囲から選択される高温で空気に曝露された鉄含有鉱石であり；
    前記空気焙焼された鉱石の溶解が、前記第２の溶解タンク内で、溶解したＦｅ３＋イオンを含む第２の酸性鉄塩溶液の存在下で生じ、
    前記システムが、前記第２の溶解タンクから前記カソードチャンバに前記第２の酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、また前記電気化学セルから前記第２の溶解タンクに前記カソード液の少なくとも一部を循環させる、第２の循環サブシステムをさらに備え；
    前記第２の酸性鉄塩溶液からの前記Ｆｅ３＋イオンの少なくとも一部が、前記カソード液中で前記カソードでＦｅ２＋イオンに電気化学還元され、それにより前記第２の酸性鉄塩溶液からの前記Ｆｅ３＋イオンを消費する、システム。
  93. 原鉱を有する第３の溶解タンクを備える、請求項１～９２のいずれか一項に記載のシステムであって、前記原鉱が、熱還元も空気焙焼もされていない鉄含有鉱石であり；
    前記空気焙焼された鉱石の溶解が、前記第３の溶解タンク内で、溶解したＦｅ３＋イオンを含む第３の酸性鉄塩溶液の存在下で生じ、
    前記システムが、前記第３の溶解タンクから前記カソードチャンバに前記第３の酸性鉄塩溶液の少なくとも一部を、また前記電気化学セルから前記第３の溶解タンクに前記カソード液の少なくとも一部を循環させる、第３の循環サブシステムをさらに備え；
    前記第３の酸性鉄塩溶液からの前記Ｆｅ３＋イオンの少なくとも一部が、前記カソード液中で前記カソードでＦｅ２＋イオンに電気化学還元され、それにより前記第３の酸性鉄塩溶液からの前記Ｆｅ３＋イオンを消費する、システム。
  94. １Ｍ～４Ｍの範囲から選択される鉄イオン濃度を有する鉄に富む溶液を生成するように構成された、請求項１～９３のいずれか一項に記載のシステム。

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