Investigadores de ingeniería de la Universidad de Toronto han diseñado una nueva forma de reciclar acero que tiene el potencial de descarbonizar una variedad de industrias manufactureras y marcar el comienzo de una economía circular del acero. El método se describe en un nuevo artículo publicado en Resources, Conservation and Recycling y del que son coautores Jaesuk (Jay) Paeng, William Judge y la profesora Gisele Azimi.
Introduce un innovador electrolito de oxisulfuro para electrorefinado, una forma alternativa de eliminar las impurezas de cobre y carbono del acero fundido. El proceso también genera hierro líquido y azufre como subproductos.
“Nuestro estudio es el primer caso reportado de eliminación electroquímica de cobre del acero y reducción de impurezas por debajo del nivel de aleación”, dice Azimi, quien ocupa la Cátedra de Investigación de Canadá en Innovaciones en Minería Urbana.
Actualmente, sólo el 25% del acero producido procede de material reciclado. Pero se prevé que la demanda mundial de acero más ecológico crecerá en las próximas dos décadas a medida que los gobiernos de todo el mundo se esfuercen por alcanzar objetivos de emisiones netas cero.
El acero se crea haciendo reaccionar el mineral de hierro con coque (una forma preparada de carbón) como fuente de carbono y soplando oxígeno a través del metal producido. Los procesos estándar actuales generan casi dos toneladas de dióxido de carbono por tonelada de acero producida, lo que convierte a la producción de acero en uno de los mayores contribuyentes a las emisiones de carbono en el sector manufacturero.
Los métodos tradicionales de reciclaje de acero utilizan un horno de arco eléctrico para fundir la chatarra. Dado que es difícil separar físicamente el material de cobre de la chatarra antes de fundirlo, el elemento también está presente en los productos de acero reciclado.
“El principal problema de la producción secundaria de acero es que la chatarra que se recicla puede estar contaminada con otros elementos, incluido el cobre”, afirma Azimi. “La concentración de cobre aumenta a medida que se agrega más chatarra para reciclar, y cuando supera el 0,1 de porcentaje de peso (wt%) en el producto de acero final, será perjudicial para las propiedades del acero”.
El cobre no se puede eliminar de la chatarra de acero fundida mediante la práctica tradicional de fabricación de acero en horno de arco eléctrico, por lo que esto limita el mercado secundario del acero a la producción de productos de acero de menor calidad, como las barras de refuerzo utilizadas en la industria de la construcción.
“Nuestro método puede ampliar el mercado secundario del acero a diferentes industrias”, afirma Paeng.
“Tiene el potencial de utilizarse para crear productos de mayor calidad, como bobinas galvanizadas laminadas en frío utilizadas en el sector del automóvil, o láminas de acero para embutición profunda, utilizadas en el sector del transporte”.
Para eliminar el cobre del hierro por debajo del 0,1wt%, el equipo tuvo que diseñar primero una celda electroquímica que pudiera soportar temperaturas de hasta 1600°C. Dentro de la celda, la electricidad fluye entre el electrodo negativo (cátodo) y el electrodo positivo (ánodo) a través de un novedoso electrolito de oxisulfuro diseñado a partir de escoria, un residuo derivado de la fabricación de acero que a menudo termina en cemento o vertederos.
“Usamos nuestro hierro contaminado, que tiene impurezas de cobre, como ánodo de la celda electroquímica”, dice Azimi. “Luego aplicamos una fuerza electromotriz, que es el voltaje, con una fuente de alimentación y obligamos al cobre a reaccionar con el electrolito”.
“El electrolito tiene como objetivo eliminar el cobre del hierro cuando aplicamos electricidad a la celda”, añade Paeng. “Cuando aplicamos electricidad en un lado de la celda, obligamos al cobre a reaccionar con el electrolito y salir del hierro. En el otro extremo de la celda, producimos simultáneamente hierro nuevo”.
El laboratorio de Azimi colaboró con Tenova Goodfellow Inc., un proveedor global de tecnologías, productos y servicios avanzados para las industrias del metal y la minería. De cara al futuro, el equipo quiere habilitar el proceso de electrorefinación para eliminar otros contaminantes del acero, incluido el estaño.
“El hierro y el acero son los metales más utilizados en la industria y creo que la tasa de producción alcanza los 1.900 millones de toneladas al año”, afirma Azimi. “Nuestro método tiene un gran potencial para ofrecer a la industria siderúrgica una forma práctica y fácilmente implementable de reciclar acero para satisfacer la demanda de acero de alta calidad a nivel mundial”.
Fuente: Tech Xplore.
