Diseña Universidad de Toronto nuevo método para reciclar acero que reduce huella de carbono
18 de septiembre de 2024.- Una nueva forma de reciclar el acero podría reducir la huella de carbono de la industria. Los métodos tradicionales de reciclaje de acero utilizan un horno de arco eléctrico para fundir la chatarra.
Investigadores de ingeniería de la Universidad de Toronto han diseñado una nueva forma de reciclar acero que tiene el potencial de ayudar a descarbonizar numerosas industrias manufactureras y marcar el comienzo de una economía circular del acero.
El método se describe en un nuevo artículo publicado en Resources, Conservation & Recycling y coescrito por Jaesuk (Jay) Paeng, William Judge y la profesora Gisele Azimi.
Se introduce un innovador electrolito de oxisulfuro para la electrorrefinación, 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 informado de eliminación electroquímica del cobre del acero y reducción de impurezas por debajo del nivel de aleación”, dijo Azimi, quien ocupa la Cátedra de Investigación de Canadá en Innovaciones en Minería Urbana.
En la actualidad, solo el 25% del acero producido proviene de material reciclado, pero se prevé que la demanda mundial de un acero más ecológico aumentará 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 mineral de hierro con coque (una forma preparada de carbón) como fuente de carbono y haciendo pasar oxígeno a través del metal producido. Los procesos estándar actuales generan casi 2 toneladas de dióxido de carbono por tonelada de acero producido, 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 cobre de la chatarra antes de fundirlo, el elemento también está presente en los productos de acero reciclados.
“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”, afirmó Azimi. “La concentración de cobre aumenta a medida que se añaden más chatarras para reciclar y, cuando supera el 0.1 % en peso en el producto de acero final, resulta perjudicial para las propiedades del acero”.
El cobre no se puede extraer de la chatarra de acero fundido utilizando la práctica tradicional de fabricación de acero en horno de arco eléctrico, por lo que esto limita el mercado de acero secundario 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 de acero secundario a diferentes industrias”, afirmó Paeng. “Tiene el potencial de ser utilizado para crear productos de mayor calidad, como bobinas laminadas en frío galvanizadas que se utilizan en el sector automotriz o láminas de acero para embutición profunda que se utilizan en el sector del transporte”.
Para eliminar el cobre del hierro por debajo del 0.1 % en peso, el equipo tuvo que diseñar primero una celda electroquímica que pudiera soportar temperaturas de hasta 1,600 grados C.
Dentro de la celda, la electricidad fluye entre el cátodo (electrodo negativo) y el ánodo (electrodo positivo) a través de un novedoso electrolito de oxisulfuro diseñado a partir de escoria, un desecho derivado de la fabricación de acero que a menudo termina en el cemento o en vertederos.
“Colocamos nuestro hierro contaminado que tiene la impureza de cobre como ánodo de la celda electroquímica”, dijo Azimi. “Luego aplicamos una fuerza electromotriz, que es el voltaje, con una fuente de alimentación y forzamos al cobre a reaccionar con el electrolito”.
“El electrolito tiene como objetivo la eliminación del cobre del hierro cuando aplicamos electricidad a la celda”, dijo Paeng. “Cuando aplicamos electricidad en un lado de la celda, obligamos al cobre a reaccionar con el electrolito y a separarse del hierro. En el otro extremo de la celda, simultáneamente producimos nuevo hierro”.
El laboratorio de Azimi colaboró con Tenova Goodfellow Inc., un proveedor global de tecnologías, productos y servicios avanzados para las industrias de minería y metalurgia. De cara al futuro, el equipo quiere permitir que el proceso de electrorrefinación elimine 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”, afirmó Azimi. “Nuestro método tiene un gran potencial para ofrecer a la industria siderúrgica una forma práctica y de fácil implementación de reciclar el acero para producir una mayor parte de la demanda mundial de acero de alta calidad”.
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