Корисні копалини, які складають основу сучасного суспільства, також викликають ряд проблем. Відокремлення потрібних нам металів від інших металів часто є енергоємним і може залишити велику кількість токсичних відходів. Отримання його в чистому вигляді часто може вимагати другого й значного введення енергії, що збільшує відповідні викиди вуглецю.
Команда дослідників з Німеччини тепер з’ясувала, як вирішити деякі з цих проблем для певного класу відходів гірничої промисловості, що утворюються під час виробництва алюмінію. Їхній метод заснований на водні та електриці, які можна отримати з відновлюваних джерел енергії та вилучення заліза та, можливо, інших металів із відходів. Те, що залишається, може бути токсичним, але не шкідливим для навколишнього середовища.
Вилізти з багнюки
Першим кроком у виробництві алюмінію є ізоляція оксиду алюмінію від інших матеріалів у руді. Це залишає речовину, відому як червона глина; За оцінками, щорічно виробляється приблизно 200 мільйонів тонн. Хоча червоний колір походить від присутніх оксидів заліза, він містить багато інших речовин, деякі з яких можуть бути токсичними. Процес ізоляції оксиду алюмінію залишає матеріал з дуже основним pH.
Усі ці особливості означають, що червону глину загалом не можна (або принаймні не слід) повертати в навколишнє середовище. Його зазвичай зберігають у захисних водоймах, які за оцінками у всьому світі містять 4 мільярди тонн червоної глини, і кілька захисних ставків вибухнули протягом багатьох років.
У деяких місцях оксиди заліза можуть становити більше половини ваги червоної глини, що робить її хорошим джерелом заліза. Традиційні методи переробляли залізні руди шляхом їх реакції з вуглецем, вивільняючи вуглекислий газ. Але були спроби розвинути виробництво «зеленої сталі», в якому цей етап замінюється реакцією з воднем, залишаючи воду основним побічним продуктом. Оскільки водень можна виробляти з води за допомогою відновлюваної електроенергії, це має потенціал для усунення значної частини викидів вуглецю, пов’язаних із виробництвом заліза.
Німецька команда вирішила випробувати метод виробництва зеленої сталі на червоній глині. Вони нагрівали деякі матеріали Електродугова піч В атмосфері, яка складалася здебільшого з аргону (який ні з чим не реагує) і водню (10 відсотків суміші).
Викачувати (викачувати) залізо
Реакція була надзвичайно швидкою. За кілька хвилин у суміші почали з’являтися конкреції металевого заліза. Виробництво заліза в основному завершується приблизно за 10 хвилин. Залізо було надзвичайно чистим, приблизно 98 відсотків маси матеріалу в конкреціях було залізом.
Вона почала процес із 15-грамового зразка червоної глини, а потім зменшила його до 8,8 грама, оскільки велика частина кисню в матеріалі виділялася у вигляді води. (Варто зазначити, що цю воду можна переробити назад для отримання водню, закриваючи цикл у цьому аспекті процесу.) З 8,8 грамів близько 2,6 (30 відсотків) було у формі заліза.
Дослідження виявили, що в суміші також утворилися невеликі шматочки відносно чистого титану. Таким чином, є можливість використовувати це для виробництва додаткових металів, хоча процес, ймовірно, потрібно вдосконалити, щоб збільшити виробництво будь-чого, крім заліза.
Хороша новина полягає в тому, що після цього не так багато хвилюватися про червону глину. Залежно від джерела вихідної руди, що містить алюміній, деякі з них можуть містити відносно високі концентрації цінних матеріалів, таких як рідкоземельні метали. Недоліком є те, що будь-які токсини у вихідній сировині будуть значно більш концентровані.
Як невеликий плюс, процес також нейтралізує рН залишків. Отже, це принаймні одна річ, про яку варто хвилюватися.
Недоліком є те, що процес неймовірно енергоємний, як для виробництва необхідного водню, так і для роботи дугової печі. Вартість цієї енергії ускладнює економічну ситуацію. Це частково компенсується нижчими витратами на переробку, оскільки руда вже отримана і має відносно високу чистоту.
Але головною особливістю цього є надзвичайно низькі викиди вуглецю. На даний момент у більшості країн ці продукти відсутні, що значно ускладнює економіку цього процесу.
Природа, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-з (Про цифрові ідентифікатори).
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
