CDT Un nuevo artículo en la revista Materials ha explorado cómo la recuperación de hierro de los flujos de desechos, puede mejorar los objetivos de la economía circular para la industria. Científicos de dos universidades de Rumania han colaborado en la investigación.
Fuente: AZO Materials
Los problemas críticos con los desechos y la contaminación han demostrado la necesidad de pasar rápidamente de una economía lineal, donde los recursos se extraen, utilizan y luego se desperdician al final de su vida útil, a un modelo circular. En un modelo de economía circular, los recursos valiosos se recuperan de los flujos de desechos críticos y se reutilizan para producir productos de valor agregado.
Actualmente, se producen grandes cantidades de desechos en todo el mundo por año, y la extracción de minerales valiosos impulsa el cambio climático y amenaza a los ecosistemas y comunidades vulnerables en todas partes del mundo. Pasar de nuestras actuales prácticas derrochadoras requerirá varios enfoques innovadores e interconectados, incluidas las regulaciones gubernamentales, nuevas prácticas de fabricación y la implementación de una infraestructura global para fines como el reciclaje.
Aleaciones Ferrosas y Economía Circular
Las aleaciones ferrosas se utilizan en múltiples industrias, incluida la construcción, la industria del automóvil, la industria aeroespacial, militar, la ingeniería civil y el mercado de consumo. Estas industrias producen grandes cantidades de materiales de desecho, tanto de procesos de fabricación como de productos al final de su vida útil.
Mejorar la circularidad de los residuos de aleaciones ferrosas es crucial para que estas industrias mejoren su sostenibilidad y alcancen los objetivos de cero emisiones netas para 2050. Además de los problemas con los residuos (que normalmente se envían a vertederos), los procesos de fabricación impulsan el cambio climático debido a las emisiones nocivas que se producen en todo el mundo.
Se deben considerar todas las etapas del proceso de fabricación y el ciclo de vida de los productos para mejorar la circularidad de los materiales ferrosos. Esto incluye la extracción de minerales en bruto, el transporte, la conversión de recursos en productos útiles, la gestión de residuos y el reciclaje. Además, se necesitan procesos adecuados para valorizar los materiales recuperados de los flujos de residuos.
La utilización de coproductos producidos durante la fabricación tiene el potencial de mejorar la sostenibilidad de la industria siderúrgica. Estos coproductos incluyen escoria, lodos, polvo y productos de molienda. Un problema actual al que se enfrenta la industria siderúrgica es el almacenamiento de productos de desecho, como los desechos en polvo, ya que estos materiales pueden tener un impacto ambiental negativo si no se almacenan y eliminan adecuadamente.
Otro problema clave que actualmente dificulta la recuperación y reutilización eficiente de materiales de desecho como escoria y polvo es la presencia de contaminantes como zinc, selenio, cobre y níquel que se utilizan en varios procesos de fabricación. El procesamiento repetido puede aumentar potencialmente los niveles de estos contaminantes, lo que puede tener efectos graves en la calidad de los productos elaborados a partir de desechos.
La recuperación de materias primas útiles a partir de residuos es crucial tanto en términos de respeto ecológico como desde un punto de vista económico. Se prevé que la cuota de mercado de los productos elaborados a partir de residuos ferrosos aumente a medio y largo plazo. Esto reducirá la necesidad de explotar materias primas finitas y, por lo tanto, mitigará el impacto ambiental de la minería y el procesamiento de minerales.
Crédito de la imagen: Ardelean, E et al., Materiales
El estudio
El trabajo actual ha investigado el potencial de producir productos valiosos a partir de flujos de desechos de procesos en las industrias siderúrgicas. En la investigación se han evaluado briquetas de lodo de fuentes tales como lodo ferroso y lodo ferroso. Las muestras de lodos procedían de diversas fuentes, como depósitos de lodos y plantas siderúrgicas.
Los residuos en polvo también se investigaron. Se realizaron análisis cualitativos y químicos en todas las muestras. Los autores categorizaron diferentes tamaños de partículas y características morfológicas de los materiales de desecho.
Se eligió la fabricación de briquetas porque es un proceso fiable y sencillo. En este proceso, las fuerzas de compactación se pueden ajustar para producir briquetas con distintas características. Además, este proceso puede automatizarse fácilmente, lo que mejora su viabilidad industrial y comercial.
Se realizaron pruebas a escala de laboratorio para determinar las características tecnológicas de las muestras de briquetas. Estos eran resistentes al aplastamiento y al agrietamiento. Se empleó una máquina universal de pruebas de compresión/tracción para realizar estas pruebas. Se emplearon algoritmos en el estudio para optimizar la composición química de las muestras y determinar las características mecánicas óptimas.
Resultados del estudio
Los autores han determinado que la fabricación de briquetas es un proceso adecuado para recuperar productos de desecho valiosos de los flujos de desechos, como lodos y materiales ferrosos en polvo que, de otro modo, se desperdiciarían. Los desechos de gran tamaño de partículas se pueden recuperar de manera eficiente en este proceso para producir productos secundarios. Se observaron características de resistencia mecánica superiores al valor mínimo.
Mediante el uso de algoritmos genéticos, se puede construir un modelo matemático para determinar el rango óptimo de variaciones de la receta de briquetas. Se descubrió que los algoritmos genéticos son ventajosos para este propósito, ya que son más eficientes que los métodos convencionales, que utilizan un proceso paso a paso para resolver problemas.
Se pueden obtener indicadores de calidad mejorados optimizando el proceso o haciendo cambios en las materias primas del lote, según los autores. Se pueden usar aglutinantes para evitar el endurecimiento en caliente y es necesario un control preciso de la composición química. Estas son oportunidades para futuras investigaciones en el campo de la recuperación de materiales de desecho ferrosos y la mejora de la sostenibilidad de la industria siderúrgica.
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