Отходы добычи алюминия могут стать источником экологически чистой стали

Минералы, составляющие основу современного общества, также вызывают ряд проблем. Отделение нужных нам металлов от других металлов часто является энергоемким и может оставить после себя большое количество токсичных отходов. Получение его в чистом виде часто может потребовать дополнительных затрат энергии, что увеличивает связанные с этим выбросы углерода.

Группа исследователей из Германии теперь выяснила, как решить некоторые из этих проблем для определенного класса горнодобывающих отходов, образующихся при производстве алюминия. Их метод основан на использовании водорода и электричества, которые можно получить из возобновляемых источников энергии и извлечения железа и, возможно, других металлов из отходов. То, что останется, может быть токсичным, но не вредным для окружающей среды.

Выйти из грязи

Первым шагом в производстве алюминия является изоляция оксида алюминия от других материалов в руде. В результате остается вещество, известное как красная глина; По оценкам, ежегодно производится около 200 миллионов тонн. Хотя красный цвет обусловлен наличием оксидов железа, он содержит множество других веществ, некоторые из которых могут быть токсичными. Процесс выделения оксида алюминия оставляет материал с очень базовым pH.

Все эти особенности означают, что красная глина, как правило, не может (или, по крайней мере, не должна) возвращаться в окружающую среду. Обычно его хранят в защитных прудах, которые, по оценкам, во всем мире содержат 4 миллиарда тонн красной глины, и за прошедшие годы несколько защитных прудов взорвались.

В некоторых местах оксиды железа могут составлять более половины веса красной глины, что делает ее хорошим источником железа. Традиционные методы переработки железных руд заключались в реакции их с углеродом, в результате чего выделялся углекислый газ. Но были попытки разработать производство «зеленой стали», в котором этот этап заменен реакцией с водородом, оставляя воду в качестве основного побочного продукта. Поскольку водород можно производить из воды с использованием возобновляемой электроэнергии, это потенциально может устранить большую часть выбросов углерода, связанных с производством железа.

Немецкая команда решила проверить метод производства зеленой стали на красной глине. Они нагревали некоторые материалы в Электродуговая печь В атмосфере, состоящей в основном из аргона (который ни с чем не реагирует) и водорода (10 процентов смеси).

Выкачивание (выкачивание) железа

Реакция была на удивление быстрой. Через несколько минут в смеси начали появляться узелки металлического железа. Производство железа в основном завершается примерно за 10 минут. Железо было удивительно чистым: около 98% массы материала в конкрециях составляло железо.

Она начала процесс с 15-граммового образца красной глины, а затем уменьшила его до 8,8 граммов, так как большая часть кислорода в материале высвободилась в виде воды. (Стоит отметить, что эту воду можно повторно использовать для производства водорода, замыкая цикл этого аспекта процесса.) Из 8,8 граммов около 2,6 (30 процентов) было в форме железа.

Исследование показало, что в смеси также образовались небольшие кусочки относительно чистого титана. Следовательно, есть возможность использовать это для производства дополнительных металлов, хотя процесс, вероятно, необходимо усовершенствовать, чтобы увеличить производство чего-либо, кроме железа.

Хорошей новостью является то, что после этого вам не о чем беспокоиться. В зависимости от источника исходной алюминийсодержащей руды некоторые из них могут включать относительно высокие концентрации ценных материалов, таких как редкоземельные металлы. Обратной стороной является то, что любые токсины в исходном сырье будут значительно более сконцентрированными.

Небольшой плюс: этот процесс также нейтрализует pH оставшегося остатка. Так что, по крайней мере, на одну вещь меньше, о чем стоит беспокоиться.

Обратной стороной является то, что процесс невероятно энергозатратен как при производстве необходимого водорода, так и при работе дуговой печи. Стоимость этой энергии усложняет ситуацию с экономической точки зрения. Частично это компенсируется более низкими затратами на переработку, поскольку руда уже получена и имеет относительно высокую чистоту.

Но главной особенностью этого является чрезвычайно низкий уровень выбросов углекислого газа. В настоящее время в большинстве стран цена на эту продукцию отсутствует, что значительно усложняет экономику этого процесса.

Природа, 2024 год. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-з (О цифровых удостоверениях личности).