Resíduos da mineração de alumínio podem ser fonte de aço verde

Os minerais que constituem a base da sociedade moderna também causam vários problemas. Separar os metais que queremos de outros metais costuma consumir muita energia e pode deixar para trás grandes quantidades de resíduos tóxicos. Obtê-lo na forma pura pode muitas vezes exigir um segundo e significativo consumo de energia, o que aumenta as emissões de carbono associadas.

Uma equipa de investigadores da Alemanha descobriu agora como lidar com algumas destas questões para uma classe específica de resíduos mineiros gerados durante a produção de alumínio. O seu método baseia-se no hidrogénio e na eletricidade, que podem ser obtidos a partir de energias renováveis ​​e da extração de ferro e possivelmente de outros metais a partir de resíduos. O que resta ainda pode ser tóxico, mas não é prejudicial ao meio ambiente.

Saia da lama

O primeiro passo na produção de alumínio é isolar o óxido de alumínio de outros materiais do minério. Isso deixa para trás uma substância conhecida como argila vermelha; Estima-se que sejam produzidas aproximadamente 200 milhões de toneladas anualmente. Embora a cor vermelha venha dos óxidos de ferro presentes, ela contém muitas outras substâncias, algumas das quais podem ser tóxicas. O processo de isolamento do óxido de alumínio deixa o material com pH bem básico.

Todas essas características significam que a argila vermelha geralmente não pode (ou pelo menos não deveria) ser devolvida ao meio ambiente. Geralmente é mantido em lagoas de contenção, estimadas globalmente em conter 4 bilhões de toneladas de argila vermelha, e várias lagoas de contenção explodiram ao longo dos anos.

Os óxidos de ferro podem representar mais da metade do peso da argila vermelha em alguns locais, tornando-a uma boa fonte de ferro. Os métodos tradicionais processavam minérios de ferro fazendo-os reagir com carbono, liberando dióxido de carbono. Mas tem havido esforços para desenvolver a produção de “aço verde” em que esta etapa é substituída por uma reação com hidrogénio, deixando a água como subproduto principal. Uma vez que o hidrogénio pode ser produzido a partir da água utilizando eletricidade renovável, isto tem o potencial de eliminar grande parte das emissões de carbono associadas à produção de ferro.

A equipe alemã decidiu testar o método de produção de aço verde em argila vermelha. Eles aqueceram alguns materiais em Forno elétrico a arco Sob uma atmosfera composta principalmente de argônio (que não reage com nada) e hidrogênio (10% da mistura).

Bombeando (para fora) ferro

A reação foi notavelmente rápida. Em poucos minutos, nódulos de ferro metálico começaram a aparecer na mistura. A produção de ferro estará praticamente concluída em cerca de 10 minutos. O ferro era notavelmente puro, com cerca de 98% em peso do material nos nódulos sendo ferro.

Ela iniciou o processo com uma amostra de 15 gramas de argila vermelha e depois reduziu para 8,8 gramas, já que grande parte do oxigênio do material era liberado na forma de água. (Vale a pena notar que esta água pode ser reciclada para produzir hidrogénio, fechando o ciclo neste aspecto do processo.) Dos 8,8 gramas, cerca de 2,6 (30%) estavam na forma de ferro.

A pesquisa descobriu que também havia alguns pequenos pedaços de titânio relativamente puro formados na mistura. Portanto, existe uma oportunidade de utilizar isto para produzir metais adicionais, embora o processo provavelmente precise ser melhorado para aumentar a produção de qualquer coisa que não seja ferro.

A boa notícia é que não há muito barro vermelho com que se preocupar depois disso. Dependendo da fonte do minério original contendo alumínio, parte dele pode incluir concentrações relativamente altas de materiais valiosos, como metais de terras raras. A desvantagem é que quaisquer toxinas na matéria-prima original ficarão significativamente mais concentradas.

Como uma pequena vantagem, o processo também neutraliza o pH do resíduo restante. Então, isso é pelo menos uma coisa a menos para se preocupar.

A desvantagem é que o processo consome muita energia, tanto na produção do hidrogênio necessário quanto na operação do forno a arco. O custo dessa energia torna as coisas economicamente difíceis. Isto é parcialmente compensado pelos menores custos de processamento, uma vez que o minério já foi obtido e é de pureza relativamente elevada.

Mas a principal característica disto são as suas emissões de carbono extremamente baixas. Atualmente, não existe preço para estes produtos na maioria dos países, tornando a economia deste processo muito mais difícil.

Natureza, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z (Sobre IDs digitais).