Desde la Unidad de Cultura Científica del CENIM anunciamos el quinto seminario dentro del “Ciclo de Seminarios de Jóvenes Investigadores en Metalurgia del CENIM”, que tendrá lugar en la Sala de Conferencias del CENIM el viernes día 7 de junio a las 12:00h.
En esta ocasión, Raquel Sánchez (TECNOECO-MATERALIA), Alberto Rivera (MATERALIA), y Javier Esteban (MATERALIA) presentarán las comunicaciones que expondrán en el próximo Congreso Nacional de Materiales que tendrá lugar en Málaga entre el 25 y el 28 de junio.
- Raquel: Hidrógeno para recuperar hierro a partir de escorias siderúrgicas de acería eléctrica
La industria productora de acero, aún muy dependiente del uso de combustibles fósiles, es responsable del 7 % de las emisiones mundiales de CO2. Una de las estrategias para reducir las emisiones de proceso de CO2 es la utilización de hidrógeno verde como reductor y la mejora de la economía circular. La producción de acero en horno de arco eléctrico genera alrededor de un 20 % en peso de escoria, un subproducto sólido que contiene cantidades de hierro (aprox. 36 % en
peso) y otros metales valiosos en forma de óxidos. En la producción mundial de acero del año 2022, esto supuso alrededor de 25 millones de toneladas de hierro en la escoria. Por todo ello, es importante desarrollar metodologías sostenibles para la recuperación de estos metales y potenciar la economía circular del sector siderúrgico. Se han estudiado varias escorias siderúrgicas procedentes de la fabricación de acero en hornos de arco eléctrico, con el objetivo de diseñar procesos de recuperación del hierro mediante reducción por hidrógeno. Mediante diferentes técnicas de caracterización, se analizó la estructura y composición de las escorias para determinar la cantidad y la forma en que se encuentra el hierro a recuperar. Empleando el software FactSage 8.3 y modelos empíricos, se evaluaron las propiedades fisicoquímicas de las escorias, como la viscosidad y la predicción de fases de enfriamiento. Los resultados de esta investigación permitirán la utilización de las escorias como fuente alternativa de hierro, con el fin de dar paso a su valorización dentro de la economía circular y la reducción de emisiones de CO2 en la producción del acero.
- Alberto: Desarrollo de un modelo cinético del proceso de desoxidación de cobre blíster con mezclas gaseosas ricas en hidrógeno
Debido a su excelente conductividad, el cobre de alta pureza desempeña un papel crucial en la transición energética de nuestra sociedad.
Durante la etapa de desoxidación del cobre blíster, se reduce la concentración de oxígeno en el metal a niveles inferiores al 0,15 % en peso mediante el burbujeo de un gas reductor (habitualmente gas natural). En este proceso, la reacción del gas reductor con el oxígeno disuelto genera vapor de agua y dióxido de carbono (CO2). A este respecto, la sustitución del gas natural por hidrógeno como desoxidante ofrece una alternativa prometedora para reducir las emisiones de CO2 del proceso de producción de cobre. Para evaluar la viabilidad de la transición al hidrógeno como desoxidante, se necesitan modelos descriptivos capaces de capturar la complejidad del proceso de desoxidación. Este estudio presenta un modelo cinético del proceso de desoxidación de cobre blíster basado en el método “Effective Equilibrium Reaction Zone” (EERZ) y en las bases termodinámicas del software FactSage 8.3 implementado con el módulo de Python de ChemApp. El enfoque EERZ permite dividir el sistema heterogéneo complejo en varias zonas de reacción donde se establece un equilibrio local bajo los siguientes supuestos: 1) solo un cierto volumen de fase participa en la reacción de desoxidación en la intercara burbuja reductora / cobre fundido, 2) el volumen de cobre que ha reaccionado (empobrecido en oxígeno) se homogeniza con el volumen sin reaccionar, 3) los productos de la reacción generados en la intercara se homogenizan con el gas sin reaccionar dentro de la burbuja, y 4) las burbujas gaseosas ascienden por el cobre fundido hasta la superficie, donde se homogeneizan con la atmósfera del horno. Los balances de masa y energía derivados del modelo se validaron con datos industriales reales obtenidos en la planta de Huelva de Atlantic Copper. El modelo permite predecir la temperatura y composición del cobre líquido y de los productos gaseosos durante la desoxidación de forma satisfactoria. El modelo presentado servirá para mejorar nuestra comprensión del proceso de desoxidación de metales fundidos y ayudará a sentar las bases de la substitución de reductores basados en carbono por hidrógeno, con el objetivo de mitigar las emisiones de CO2 asociadas a procesos metalúrgicos.
- Javier: Análisis termodinámico del potencial del hidrogeno gaseoso como reductor de óxidos de hierro en escorias de acería eléctrica
La producción de acero en el horno de arco eléctrico (EAF) genera grandes cantidades de escoria, con hasta un 40 % en peso de óxidos de hierro, además de otros óxidos de metales como cromo, manganeso y vanadio. Recuperar estos metales es crucial para evitar su pérdida permanente y fomentar la economía circular. Este estudio presenta un análisis termodinámico y comparativo del potencial del hidrógeno gaseoso, con respecto al carbono, como agente reductor de los óxidos de hierro presentes en estas escorias. Para ello, utilizando el software FactSage 8.3, se realizan cálculos de equilibrio termoquímico en sistemas multicomponente y heterogéneos escoria-metal-reductor para escorias con diferentes contenidos en óxido de hierro y una basicidad (proporción CaO/SiO2) constante. Los resultados revelan que el gas hidrógeno produce tasas de recuperación de hierro comparables a las obtenidas con carbono, siempre que los gases producto generados en la reducción se extraigan de manera continua. Además, se observa que el uso de gas hidrógeno como reductor proporciona un balance entre la pureza del hierro recuperado y el rendimiento de la reducción similar al obtenido con el uso de carbono.