Minerały, które stanowią podstawę współczesnego społeczeństwa, również powodują szereg problemów. Oddzielenie potrzebnych nam metali od innych metali jest często energochłonne i może powodować powstawanie dużych ilości toksycznych odpadów. Uzyskanie go w czystej postaci może często wymagać drugiego i znacznego nakładu energii, co zwiększa związaną z tym emisję dwutlenku węgla.
Zespół badaczy z Niemiec odkrył obecnie, jak uporać się z niektórymi z tych problemów w przypadku określonej klasy odpadów wydobywczych wytwarzanych podczas produkcji aluminium. Ich metoda opiera się na wodorze i energii elektrycznej, które można uzyskać z energii odnawialnej oraz ekstrakcji żelaza i ewentualnie innych metali z odpadów. To, co pozostanie, może nadal być toksyczne, ale nie jest szkodliwe dla środowiska.
Wyjdź z błota
Pierwszym krokiem w produkcji aluminium jest oddzielenie tlenku glinu od innych materiałów w rudzie. Pozostawia substancję znaną jako czerwona glinka; Szacuje się, że rocznie produkuje się około 200 milionów ton. Chociaż czerwony kolor pochodzi z obecności tlenków żelaza, zawiera wiele innych substancji, z których niektóre mogą być toksyczne. Proces izolowania tlenku glinu pozostawia materiał o bardzo zasadowym pH.
Wszystkie te cechy oznaczają, że glinka czerwona generalnie nie może (a przynajmniej nie powinna) być zawracana do środowiska. Zwykle trzyma się go w zbiornikach zabezpieczających, których zawartość na całym świecie szacuje się na 4 miliardy ton czerwonej gliny, a na przestrzeni lat kilka zbiorników zabezpieczających eksplodowało.
W niektórych miejscach tlenki żelaza mogą stanowić ponad połowę masy czerwonej gliny, co czyni ją dobrym źródłem żelaza. Tradycyjne metody przetwarzały rudy żelaza poprzez reakcję z węglem, uwalniając dwutlenek węgla. Podjęto jednak wysiłki mające na celu rozwój produkcji „zielonej stali”, w której etap ten zastępuje się reakcją z wodorem, w wyniku czego głównym produktem ubocznym jest woda. Ponieważ wodór można wytwarzać z wody przy użyciu energii odnawialnej, może to potencjalnie wyeliminować większość emisji dwutlenku węgla związanych z produkcją żelaza.
Niemiecki zespół postanowił przetestować metodę wytwarzania surowej stali na czerwonej glinie. Podgrzali niektóre materiały Elektryczny piec łukowy W atmosferze składającej się głównie z argonu (który z niczym nie reaguje) i wodoru (10 procent mieszaniny).
Wypompowywanie (wypompowywanie) żelaza
Reakcja była wyjątkowo szybka. W ciągu kilku minut w mieszaninie zaczęły pojawiać się grudki metalicznego żelaza. Produkcja żelaza jest w dużej mierze zakończona w ciągu około 10 minut. Żelazo było wyjątkowo czyste, a około 98 procent wagowych materiału w guzkach stanowiło żelazo.
Rozpoczęła proces od 15-gramowej próbki czerwonej glinki, a następnie zmniejszyła ją do 8,8 grama, ponieważ większość tlenu zawartego w materiale została uwolniona w postaci wody. (Warto zauważyć, że tę wodę można zawrócić do produkcji wodoru, zamykając obieg w tym aspekcie procesu). Z 8,8 grama około 2,6 (30 procent) miało postać żelaza.
Badania wykazały, że w mieszaninie znajdowały się również małe kawałki stosunkowo czystego tytanu. Istnieje zatem możliwość wykorzystania tego do produkcji dodatkowych metali, chociaż proces prawdopodobnie wymaga ulepszenia, aby zwiększyć produkcję czegokolwiek innego niż żelazo.
Dobra wiadomość jest taka, że po tym nie ma się już czym martwić o czerwoną glinkę. W zależności od źródła pierwotnej rudy zawierającej glin, część rudy może zawierać stosunkowo wysokie stężenia cennych materiałów, takich jak metale ziem rzadkich. Wadą jest to, że wszelkie toksyny w oryginalnym surowcu będą znacznie bardziej stężone.
Małym plusem jest to, że proces neutralizuje również pH pozostałych pozostałości. Zatem jest to co najmniej o jedną rzecz mniej, o którą należy się martwić.
Wadą jest to, że proces jest niezwykle energochłonny, zarówno przy wytwarzaniu wymaganego wodoru, jak i obsłudze pieca łukowego. Koszt tej energii utrudnia ekonomicznie sytuację. Jest to częściowo równoważone niższymi kosztami przerobu, ponieważ ruda została już uzyskana i ma stosunkowo wysoką czystość.
Jednak główną cechą tego rozwiązania jest wyjątkowo niska emisja dwutlenku węgla. Obecnie w większości krajów nie ma ceny tych produktów, co znacznie utrudnia ekonomikę tego procesu.
Przyroda, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z (O identyfikatorach cyfrowych).
