Nuevas tecnologías que aumentan la eficiencia energética de la producción de aleaciones de manganeso
El manganeso (Mn) es un metal común que se utiliza junto con otros materiales para fabricar diversos productos, principalmente como aditivo del acero, un metal crucial para nuestra vida moderna, pero también para fabricar baterías y cerámica. Para producir aleaciones de Mn, hay que eliminar el oxígeno del mineral. Esto requiere una enorme cantidad de energía. Las aleaciones de Mn se producen en un horno de arco sumergido (SAF, por sus siglas en inglés). Electrodos enterrados a gran profundidad en la carga suministran energía para fundir y calentar el mineral a 1 500 °C y convertirlo en metal. El equipo del proyecto PreMa, financiado con fondos europeos, introdujo un conjunto de tecnologías para reducir el impacto ambiental de la producción de aleaciones de Mn.
Efectos del precalentamiento del mineral
El objetivo del proyecto era reducir la cantidad de energía utilizada para producir aleaciones de Mn sin dejar de usar la tecnología de hornos existente. Al calentar el mineral de Mn a temperaturas de entre 800 y 900 °C antes de la fundición y utilizar los gases de escape para eliminar parte del oxígeno, el equipo de PreMa demostró una reducción de hasta el 15 % en el consumo de energía y de hasta el 33 % en las emisiones de CO2. El consorcio de PreMa incluía a productores de aleaciones de Mn, investigadores e instituciones académicas de Europa y Sudáfrica, líder mundial en la extracción de mineral de Mn. Al desarrollar tecnologías que pueden integrarse fácilmente en las instalaciones de producción existentes, en PreMa se aumentaron las posibilidades de una industrialización rápida. Según la coordinadora del proyecto, Eli Ringdalen, de SINTEF AS: «Las unidades de precalentamiento pueden construirse en las plantas existentes sin parar la producción y por un coste menor que si se necesitara una planta totalmente nueva».
Nuevo diseño de los hornos
Los socios del proyecto diseñaron un horno rotatorio y un horno de cuba para precalentar el mineral a las temperaturas deseadas. Se consideró que estas tecnologías tenían el mayor potencial de industrialización. Se construyó un horno rotatorio piloto y se probó en dos emplazamientos piloto. Debido a las dificultades encontradas en el camino, el equipo de PreMa pudo diseñar un horno de cuba adecuado, pero no pudo construir uno piloto en el marco del proyecto. En su lugar, el equipo de PreMa cambió su planteamiento. Ringdalen apunta: «Demostramos el comportamiento del mineral pretratado mediante una serie de experimentos a escala de kilogramos en una instalación y el calentamiento y secado de mineral de Mn en tamaños industriales mediante gas caliente en una cuba en otra instalación y combinamos los resultados de estos para evaluar la prerreducción de mineral de Mn en hornos de cuba».
Fuentes de energía alternativas para impulsar las nuevas unidades
Una característica fundamental del planteamiento de PreMa fue el uso de formas alternativas de energía para impulsar los hornos rotatorios y los hornos de cuba. La producción de aleaciones de Mn a partir de mineral ya calentado redujo el consumo de energía de los SAF, y la alimentación de las unidades de prerreducción con energía solar térmica renovable o gases de escape, un subproducto industrial, redujo aún más las emisiones de CO2 de las plantas de fabricación de aleaciones de Mn. Diseñar unidades que puedan funcionar con distintas fuentes de combustible aporta flexibilidad. Tal y como señala Ringdalen: «Las fuentes de energía investigadas tienen la ventaja de que son renovables y pueden producirse a nivel local en la planta industrial. Tanto la energía solar térmica como los gases de escape ricos en CO pueden utilizarse para el pretratamiento en unidades independientes que pueden construirse en plantas de fabricación de aleación de Mn ya existentes y acoplarse a hornos de fabricación de aleaciones de Mn ya existentes para la producción final de aleaciones de Mn». Entre los socios del consorcio se encontraban todos los productores de aleaciones de Mn de Europa occidental, así como líderes mundiales en investigación sobre aleaciones de Mn. Con las pruebas de los hornos rotatorios, las fuentes de energía solar térmica y el rendimiento de los gases de escape para el precalentamiento de minerales, el equipo de PreMa ha sentado las bases para la adopción rápida de las tecnologías de ahorro energético que ha diseñado. Las aleaciones de Mn son un material esencial de la vida moderna y las soluciones de PreMa contribuyen a descarbonizar la cadena de valor de la industria siderúrgica.
Palabras clave
PreMa, solar térmica, pretratamiento, horno rotatorio, horno de cuba, manganeso, aleaciones de Mn, gases de escape, horno de arco sumergido, fuentes de energía renovables, industrias de gran consumo de energía, industrias de transformación
