Los residuos de la minería de aluminio pueden ser una fuente de acero verde

Los minerales que forman la base de la sociedad moderna también causan una serie de problemas. Separar los metales que queremos de otros metales suele consumir mucha energía y puede dejar grandes cantidades de desechos tóxicos. Obtenerlo en forma pura a menudo puede requerir un segundo y significativo aporte de energía, lo que aumenta las emisiones de carbono asociadas.

Un equipo de investigadores de Alemania ha descubierto ahora cómo abordar algunos de estos problemas para una clase específica de residuos mineros generados durante la producción de aluminio. Su método se basa en hidrógeno y electricidad, que se pueden obtener a partir de energías renovables y extrayendo hierro y posiblemente otros metales de los residuos. Lo que queda puede seguir siendo tóxico pero no perjudicial para el medio ambiente.

Sal del barro

El primer paso en la producción de aluminio es aislar el óxido de aluminio de otros materiales del mineral. Esto deja una sustancia conocida como arcilla roja; Se estima que anualmente se producen aproximadamente 200 millones de toneladas. Si bien el color rojo proviene de los óxidos de hierro presentes, contiene muchas otras sustancias, algunas de las cuales pueden ser tóxicas. El proceso de aislamiento del óxido de aluminio deja el material con un pH muy básico.

Todas estas características significan que la arcilla roja generalmente no puede (o al menos no debe) devolverse al medio ambiente. Generalmente se mantiene en estanques de contención, que se estima que contienen a nivel mundial 4 mil millones de toneladas de arcilla roja, y varios estanques de contención han explotado a lo largo de los años.

Los óxidos de hierro pueden representar más de la mitad del peso de la arcilla roja en algunos lugares, lo que la convierte en una buena fuente de hierro. Los métodos tradicionales procesaban minerales de hierro haciéndolos reaccionar con carbono, liberando dióxido de carbono. Pero se han realizado esfuerzos para desarrollar la producción de “acero verde” en el que este paso se reemplaza por una reacción con hidrógeno, dejando el agua como subproducto principal. Dado que el hidrógeno se puede producir a partir de agua utilizando electricidad renovable, esto tiene el potencial de eliminar gran parte de las emisiones de carbono asociadas con la producción de hierro.

El equipo alemán decidió probar el método de producción de acero verde en arcilla roja. Calentaron algunos materiales en Horno de arco eléctrico Bajo una atmósfera compuesta principalmente de argón (que no reacciona con nada) e hidrógeno (10 por ciento de la mezcla).

Bombear (sacar) hierro

La reacción fue notablemente rápida. A los pocos minutos empezaron a aparecer nódulos de hierro metálico en la mezcla. La producción de hierro se completa en gran medida en unos 10 minutos. El hierro era notablemente puro: alrededor del 98 por ciento en peso del material de los nódulos era hierro.

Comenzó el proceso con una muestra de 15 gramos de arcilla roja y luego la redujo a 8,8 gramos, ya que gran parte del oxígeno del material se liberaba en forma de agua. (Vale la pena señalar que esta agua se puede reciclar nuevamente para producir hidrógeno, cerrando el círculo en este aspecto del proceso). De los 8,8 gramos, alrededor de 2,6 (30 por ciento) estaban en forma de hierro.

La investigación encontró que también se formaban algunos pequeños trozos de titanio relativamente puro en la mezcla. Por lo tanto, existe la oportunidad de utilizar esto para producir metales adicionales, aunque probablemente sea necesario mejorar el proceso para aumentar la producción de cualquier otra cosa que no sea hierro.

La buena noticia es que no habrá mucha arcilla roja de qué preocuparse después de eso. Dependiendo de la fuente del mineral original que contiene aluminio, parte de este puede incluir concentraciones relativamente altas de materiales valiosos, como metales de tierras raras. La desventaja es que cualquier toxina en la materia prima original estará significativamente más concentrada.

Como pequeña ventaja, el proceso también neutraliza el pH del residuo restante. Entonces, eso es al menos una cosa menos de qué preocuparse.

La desventaja es que el proceso consume mucha energía, tanto para producir el hidrógeno necesario como para operar el horno de arco. El costo de esa energía dificulta las cosas económicamente. Esto se compensa en parte con menores costes de procesamiento, ya que el mineral ya se ha obtenido y es de una pureza relativamente alta.

Pero la característica principal son sus extremadamente bajas emisiones de carbono. Actualmente, estos productos no tienen precio en la mayoría de los países, lo que dificulta mucho la economía de este proceso.

Naturaleza, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z (Acerca de las identificaciones digitales).