InicioTecnologíaRecuperación innovadora de valiosas materias primas del 'barro rojo'

Recuperación innovadora de valiosas materias primas del ‘barro rojo’

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El mundo tiene una necesidad desesperada de metales. La realización de la llamada transición verde depende de la obtención tanto de los metales más escasos como de aquellos para los que tenemos un suministro abundante. Sin embargo, la recuperación de metales de los minerales que extraemos genera subproductos que, con demasiada frecuencia, terminan como desechos. Estos desechos también pueden tener importantes impactos locales y globales en la naturaleza y el medio ambiente.

Algunas de las investigaciones que estamos realizando en SINTEF consisten en descubrir cómo estos residuos pueden utilizarse para proporcionarnos más rieles. Nuestro objetivo es recuperar hierro, cobalto, escandio y otros metales críticos de estos productos de desecho.

Convirtiendo un problema en una oportunidad

Los problemas asociados con la eliminación de desechos metalúrgicos son obvios. Pero también pueden ofrecernos oportunidades. Y así como aumenta la demanda de metales y otras materias primas críticas, también surgirán nuevas iniciativas comerciales.

SINTEF encabeza actualmente un importante proyecto financiado por la UE llamado HARARE. Esto implica una asociación con otras nueve organizaciones europeas que tienen como objetivo utilizar hidrógeno para recuperar cobre y aluminio de residuos de escoria de cobre y bauxita (los llamados lodos rojos), respectivamente.

HARARE significa ‘Hidrógeno como agente reductor en la recuperación de metales y minerales a partir de residuos metalúrgicos’.

“Por cada kilo de cobre producido, nos quedan 2,2 toneladas de escoria.

Tres megatendencias

Hay tres megatendencias que actualmente impulsan aumentos futuros inevitables en la demanda de metales. Estos son la transición a fuentes de energía renovables, el mayor uso de autos eléctricos y el desarrollo de las llamadas ciudades inteligentes.

El cobre y el aluminio representan dos metales que seguirán siendo importantes en los próximos años. El aluminio pesa relativamente poco y es resistente a la corrosión, lo que lo convierte, entre otras cosas, en un importante material de construcción. El cobre es un conductor de calor y electricidad muy eficaz y es fácil de reciclar. ¡El sesenta y cinco por ciento de todo el cobre producido desde 1900 todavía está en uso hoy! Estas propiedades significan que la demanda de aluminio y cobre seguirá aumentando.

El desafío al que nos enfrentamos es que los procesos estándar de fundición de aluminio generan aproximadamente el doble de residuos de lodo rojo que el aluminio metálico. El lodo rojo es muy básico y comúnmente se vierte en embalses que ocupan grandes extensiones de tierra. Además de crear importantes problemas de uso de la tierra, el lodo rojo también representa una fuente potencial de contaminación y un riesgo de seguridad para las áreas cercanas a los embalses.

Asimismo, nos quedan 2,2 toneladas de escoria por cada kilo de cobre que producimos. En la UE, se producen hasta cuatro megatoneladas de escoria de cobre cada año. A nivel mundial, la industria del aluminio produce 160 toneladas de desechos de escoria cada año, lo que equivale a unos 20 kilos por habitante. Si ahora se espera que aumente la producción de estos metales, el problema de los desechos solo empeorará.

Izquierda: En una economía lineal tradicional, solo se utilizan volúmenes mínimos de desechos metalúrgicos para otras aplicaciones.  La mayor parte de los residuos permanecen como tales y se vierten en grandes vertederos.  Derecha: En un sistema más circular, se explota todo el valor de los residuos.  El vertido se minimiza y, en situaciones ideales, se elimina por completo.  El objetivo del proyecto HARARE es utilizar hidrógeno para recuperar minerales y metales raros de los flujos de desechos de nuestras industrias de aluminio y cobre.  Crédito de la imagen: SINTEF

Izquierda: En una economía lineal tradicional, solo se utilizan volúmenes mínimos de desechos metalúrgicos para otras aplicaciones. La mayor parte de los residuos permanecen como tales y se vierten en grandes vertederos. Derecha: En un sistema más circular, se explota todo el valor de los residuos. El vertido se minimiza y, en situaciones ideales, se elimina por completo. El objetivo del proyecto HARARE es utilizar hidrógeno para recuperar minerales y metales raros de los flujos de desechos de nuestras industrias de aluminio y cobre. Crédito de la imagen: SINTEF

Izquierda: En una economía lineal tradicional, solo se utilizan volúmenes mínimos de desechos metalúrgicos para otras aplicaciones. La mayor parte de los residuos permanecen como tales y se vierten en grandes vertederos. Derecha: En un sistema más circular, se explota todo el valor de los residuos. El vertido se minimiza y, en situaciones ideales, se elimina por completo. El proyecto HARARE tiene como objetivo utilizar hidrógeno para recuperar minerales y metales raros de los flujos de desechos de nuestras industrias de aluminio y cobre. Diagrama cortesía de SINTEF

Aumento de seis veces en la demanda

En teoría, las escorias metalúrgicas que contienen residuos minerales y metálicos pueden representar un recurso. Sin embargo, uno de los desafíos es que estos residuos contienen solo bajas concentraciones de los metales y minerales de interés. Por ejemplo, es posible recuperar cobre de la escoria de cobre que contiene más del uno por ciento del metal. La escoria que contenga menos del uno por ciento de cobre normalmente se considerará desecho y se desechará.

El desafío al que nos enfrentamos es que los procesos estándar de fundición de aluminio generan aproximadamente el doble de residuos de lodo rojo que el aluminio metálico.

Otros metales y minerales raros y valiosos se encuentran en concentraciones aún más pequeñas. La concentración, la naturaleza de la mezcla de minerales y cómo ocurren estos en el material de escoria determinarán qué tan difícil es recuperar los metales puros. Sin embargo, cada vez es más importante identificar métodos para dichos procesos que puedan industrializarse.

La Agencia Internacional de Energía (AIE) estima que la demanda de materiales críticos se multiplicará por seis para 2040 si queremos alcanzar el objetivo de cero emisiones para 2050[5]. La UE está operando con el objetivo expreso de ser autosuficiente en materias primas críticas, pero actualmente estamos muy lejos de lograr este objetivo.

Si bien la recuperación de metales de las escorias de fundición puede ser rentable, también es necesario reducir las emisiones de CO2 generadas por los procesos metalúrgicos. La producción de metales es universalmente demandante de energía, por lo que debería ser posible reducir lo que llamamos ‘emisiones indirectas’ seleccionando mejores fuentes de energía y optimizando el proceso de fundición. Además de todo esto, la producción de metales casi siempre generará emisiones de CO2 simplemente como resultado del proceso de producción. Estas se denominan ‘emisiones directas’, que solo pueden reducirse capturando el CO2 producido o no generando nada de CO2 en primer lugar.

¿De dónde viene todo este CO2?

Para saber si es posible eliminar por completo las emisiones directas de CO2, primero debemos observar cómo se genera el gas. La mayoría de los minerales metálicos existen como óxidos en los que cada átomo de metal está unido a uno o más átomos de oxígeno. En tales relaciones, los enlaces entre los átomos son muy fuertes y tenemos que usar mucha energía para romper los enlaces y liberar el metal. También tenemos que tentar a los átomos de oxígeno para que encuentren afinidades con alternativas a los átomos metálicos que les resultan tan atractivos.

A los átomos de oxígeno no solo les gustan los átomos de metal. También encuentran muy atractivos los átomos de carbono. Por esta razón, durante el proceso de fundición, mezclamos los átomos de carbono que se encuentran en el carbón o las astillas de madera con óxidos metálicos en grandes hornos. Introducimos grandes cantidades de energía, a menudo en forma de electricidad, y producimos los metales que buscamos, junto con el CO2. Decimos que el carbono ha reducido el metal y que, por lo tanto, el carbono es un «agente reductor».

¿Qué pasa con el agua en lugar de CO2?

Todos sabemos que los átomos de oxígeno se mezclan fácilmente con el hidrógeno. Después de todo, se necesita un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno para formar una molécula de agua. ¿Sería posible producir un metal puro y liberar agua en lugar de CO2?

Esto suena demasiado bueno para ser verdad y para algunos metales este enfoque no funciona. El hidrógeno no siempre es un agente reductor suficientemente efectivo, aunque los cálculos teóricos y los experimentos de laboratorio indican que debería ser posible que varios óxidos metálicos logren una reducción completa o parcial usando el hidrógeno en agua.

Residuos, uso del suelo y gases de efecto invernadero

Como parte del proyecto HARARE, nuestro objetivo es abordar varios problemas a la vez. El mundo necesita más metales. Pero esto solo generará más desechos y un mayor uso de la tierra, tanto en la minería como en la excavación de vertederos. Por no hablar de todas las emisiones de CO2.

Queremos ver métodos específicos desarrollados para recuperar aluminio y cobre residuales, así como hierro, cobalto, escandio y muchos otros minerales críticos de las dos principales corrientes de desechos de escoria de cobre y lodo rojo. El uso de hidrógeno nos permitirá hacer que el sector de la metalurgia sea circular y libre de carbono.

Fuente: Sintef

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