Alüminyum madenciliği atıkları yeşil çeliğin kaynağı olabilir

Modern toplumun temelini oluşturan mineraller aynı zamanda bir takım sorunlara da yol açmaktadır. İstediğimiz metalleri diğer metallerden ayırmak genellikle enerji yoğun bir işlemdir ve arkamızda büyük miktarlarda toksik atık bırakabilir. Bunu saf formda elde etmek genellikle ikinci ve önemli bir enerji girdisi gerektirebilir ve bu da ilgili karbon emisyonlarını artırır.

Almanya'dan bir araştırma ekibi, alüminyum üretimi sırasında ortaya çıkan belirli bir maden atığı sınıfı için bu sorunların bazılarıyla nasıl başa çıkılacağını çözdü. Yöntemleri, yenilenebilir enerjiden elde edilebilecek hidrojen ve elektriğe ve atıklardan demir ve muhtemelen diğer metallerin çıkarılmasına dayanıyor. Geriye kalanlar hala zehirli olabilir ancak çevreye zararlı değildir.

Çamurdan çık

Alüminyum üretiminde ilk adım, alüminyum oksidi cevherdeki diğer malzemelerden izole etmektir. Bu, geride kırmızı kil olarak bilinen bir maddeyi bırakır; Yıllık yaklaşık 200 milyon ton üretildiği tahmin edilmektedir. Kırmızı renk mevcut demir oksitlerden gelse de bazıları toksik olabilen birçok başka madde içerir. Alüminyum oksidin izole edilmesi işlemi, malzemeyi çok bazik bir pH değerinde bırakır.

Tüm bu özellikler, kırmızı kilin genellikle çevreye geri döndürülemeyeceği (veya en azından verilmemesi gerektiği) anlamına gelir. Genellikle dünya çapında 4 milyar ton kırmızı kil içerdiği tahmin edilen muhafaza havuzlarında tutuluyor ve yıllar içinde birçok muhafaza havuzu patladı.

Demir oksitler, bazı yerlerde kırmızı kilin ağırlığının yarısından fazlasını oluşturabilir ve bu da onu iyi bir demir kaynağı yapar. Geleneksel yöntemler, demir cevherlerini karbonla reaksiyona sokarak karbondioksit açığa çıkararak işliyordu. Ancak bu adımın yerini hidrojenle reaksiyonun aldığı ve birincil yan ürün olarak suyun bırakıldığı “yeşil çelik” üretimini geliştirme çabaları olmuştur. Hidrojen, yenilenebilir elektrik kullanılarak sudan yapılabileceğinden, bu, demir üretimiyle ilişkili karbon emisyonlarının çoğunu ortadan kaldırma potansiyeline sahiptir.

Alman ekip kırmızı kil üzerinde yeşil çelik üretme yöntemini test etmeye karar verdi. Bazı malzemeleri ısıttılar Elektrik ark ocağı Çoğunlukla argon (hiçbir şeyle reaksiyona girmeyen) ve hidrojenden (karışımın yüzde 10'u) oluşan bir atmosfer altında.

Demiri pompalamak (dışarı çıkarmak)

Tepki oldukça hızlıydı. Birkaç dakika içinde karışımda metalik demir nodülleri görünmeye başladı. Demir üretimi yaklaşık 10 dakikada büyük ölçüde tamamlanır. Demir oldukça saftı; yumrulardaki malzemenin ağırlığının yaklaşık yüzde 98'i demirdi.

İşleme 15 gramlık kırmızı kil örneğiyle başladı ve ardından malzemedeki oksijenin büyük kısmı su olarak salındığından bu rakamı 8,8 grama düşürdü. (Sürecin bu yönündeki döngüyü kapatarak, bu suyun hidrojen üretmek için geri dönüştürülebileceğini belirtmekte fayda var.) 8,8 gramın yaklaşık 2,6'sı (yüzde 30) demir formundaydı.

Araştırma, karışımda bazı küçük nispeten saf titanyum parçalarının da oluştuğunu buldu. Bu nedenle, demir dışındaki herhangi bir şeyin üretimini artırmak için sürecin muhtemelen iyileştirilmesi gerekse de, bunu ilave metal üretmek için kullanma fırsatı vardır.

İyi haber şu ki bundan sonra endişelenecek çok fazla kırmızı kil yok. Orijinal alüminyum içeren cevherin kaynağına bağlı olarak, bunların bir kısmı nadir toprak metalleri gibi nispeten yüksek konsantrasyonlarda değerli malzemeler içerebilir. Dezavantajı, orijinal ham maddedeki toksinlerin önemli ölçüde daha konsantre olmasıdır.

Küçük bir artı olarak, işlem aynı zamanda kalan kalıntının pH'ını da nötralize eder. Yani endişelenecek en az bir şey daha azaldı.

Dezavantajı ise sürecin hem gerekli hidrojenin üretilmesi hem de ark ocağının çalıştırılması açısından inanılmaz derecede enerji yoğun olmasıdır. Bu enerjinin maliyeti işleri ekonomik açıdan zorlaştırıyor. Cevherin zaten elde edilmiş olması ve nispeten yüksek saflıkta olması nedeniyle bu durum, düşük işleme maliyetleriyle kısmen dengeleniyor.

Ancak bunun temel özelliği son derece düşük karbon emisyonlarıdır. Şu anda çoğu ülkede bu ürünlerin fiyatının olmaması bu sürecin ekonomisini çok daha zor hale getiriyor.

Doğa, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06901-z (Dijital kimlikler hakkında).