Electrometalurgia

La electrometalurgia es un método metalúrgico que utiliza energía eléctrica para producir metales mediante electrólisis. Generalmente es la última etapa en la producción de metales y, por lo tanto, está precedida por operaciones pirometalúrgicas o hidrometalúrgicas . ^{[ 1 ]} La electrólisis puede realizarse sobre un óxido metálico fundido (electrólisis de fundición), que se utiliza, por ejemplo, para producir aluminio a partir de óxido de aluminio mediante el proceso Hall-Hérault . La electrólisis puede utilizarse como etapa final de refinación en la producción pirometalúrgica de metales (electrorefinación) y también se utiliza para la reducción de un metal a partir de una solución acuosa de sal metálica producida por hidrometalurgia (electroobtención).

Procesos

La electrometalurgia es el campo que se ocupa de los procesos de electrodeposición de metales . Existen siete categorías de estos procesos:

Electrólisis
Electroobtención , la extracción de metal de los minerales ^{[ 2 ]}
Electrorefinación , la purificación de metales. ^{[ 2 ]} La producción de polvo metálico por electrodeposición se incluye en esta categoría, o a veces por electroobtención, o en una categoría aparte según la aplicación. ^{[ 2 ]}
Electrochapado , la deposición de una capa de un metal sobre otro ^{[ 2 ]}
Electroformado , la fabricación de piezas metálicas, generalmente delgadas, mediante galvanoplastia ^{[ 2 ].}
Electropulido , la eliminación de material de una pieza metálica.
Grabado , conocido industrialmente en Wikipedia como fresado químico

Tendencias de investigación

Electrólisis de óxido fundido

La electrólisis de óxido fundido en la producción de acero utiliza electrones como agente reductor en lugar de coque , como en el alto horno convencional . Para la producción de acero, este método utiliza un ánodo inerte (aleación a base de carbono, platino, iridio o cromo) ^{[ 4 ]} y coloca mineral de hierro en el cátodo. La reacción electroquímica en esta celda de óxido fundido puede alcanzar hasta 1600 °C, una temperatura que funde el mineral de hierro y el óxido electrolítico. ^{[ 5 ]} Luego, el mineral de hierro fundido se descompone siguiendo esta reacción: ^{[ 6 ]}

Fe ₂ O ₃ (l) + e ⁻ → Fe(l) + O ₂ (g)

La reacción de electrólisis produce hierro puro fundido como producto principal y oxígeno como subproducto. Dado que este proceso no utiliza coque, no se produce CO₂. Por lo tanto, no hay emisiones directas _degases de efecto invernadero . Además, si la electricidad para alimentar estas celdas proviene de fuentes renovables, este proceso podría tener cero emisiones. Esta tecnología también puede implementarse para la producción de níquel, cromo y ferrocromo.

Actualmente, la empresa Boston Metal, con sede en Massachusetts, está en proceso de ampliar esta tecnología a nivel industrial. ^{[ 6 ]}

electrorefinación por descarburación directa

El propósito de este método es reducir el contenido de carbono del acero. Este proceso es adecuado para la industria siderúrgica secundaria que recicla chatarra de acero con diversos contenidos de carbono en su materia prima. ^{[ 7 ]} Este método pretende reemplazar el método convencional actual que utiliza un horno de oxígeno básico (BOF) para reducir el contenido de carbono del hierro mediante el soplado de oxígeno para que reaccione con el carbono y forme CO ₂ .

En la electrorefinación, el proceso de descarburación tiene lugar en una celda electroquímica compuesta por un electrodo inerte, escoria y acero. Durante el proceso, la corriente que pasa a través de la celda funde la escoria y el acero. Los iones de oxígeno de la escoria descomponen y oxidan el carbono del acero para formar CO. Esta reacción de descarburación se produce en tres etapas, como se muestra a continuación: ^{[ 7 ]}

O − 2 + C ⇌ C(O ⁻_(ads) ) + e ⁻
C(O ⁻_(ads) ) ⇌ C(O _(ads) ) + e ⁻
C(O _(ads) ) ⇌ CO _(g)

(ads) = intermedio adsorbido

La reacción total de esta célula es: ^{[ 7 ]}

C + ½ SiO ₂ ⇌ CO _(g) + ½ Si _(l)

El SiO₂ _proviene de la escoria, según la reacción descrita anteriormente, además de producir CO₂. Este método también produce silicio puro (dependiendo de la escoria). La ventaja de este proceso de descarburación directa es que no produce CO₂ _, sino CO, que no se considera un gas de efecto invernadero.

Referencias

↑ «Electrometalurgia» , Química física de los procesos metalúrgicos , John Wiley & Sons, Ltd, 2016, págs. 523–557 , doi : 10.1002/9781119078326.ch12 , ISBN 978-1-119-07832-6, consultado el 24 de septiembre de 2020
1 2 3 4 5 Popov, KI (Konstantin Ivanovich) (2002). Aspectos fundamentales de la electrometalurgia . Djokić, Stojan S., Grgur, Branimir N., 1965-. Nueva York: Kluwer Academic/Plenum Publishers. ISBN 0-306-47564-2OCLC 51893969
↑ DR, George C. Marshall Space Flight Center Marshall Space Flight Center, AL 35812, Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio Washington, DC 20546-0001 Curreri, PA Ethridge, EC Hudson, SB Miller, TY Grugel, RN Sen, S. Sadoway. Demostración de proceso para la utilización de recursos in situ lunares: electrólisis de óxido fundido (Proyecto independiente de investigación y desarrollo MSFC n.° 5-81) . OCLC 703646739 . {{cite book}}: CS1 maint: nombres múltiples: lista de autores ( enlace ) CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )
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↑ Allanore, Antoine; Ortiz, Luis A; Sadoway, Donald R (19 de abril de 2011), "Electrólisis de óxido fundido para la producción de hierro: identificación de parámetros clave del proceso para el desarrollo a gran escala" , en Neelameggham, Neale R.; Belt, Cynthia K.; Jolly, Mark; Reddy, Ramana G. (eds.), Energy Technology 2011 , Hoboken, NJ, EE. UU.: John Wiley & Sons, Inc., pp. 121–129 , doi : 10.1002/9781118061886.ch12 , ISBN 978-1-118-06188-6, consultado el 22 de noviembre de 2022
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[:0-2] 1 2 3 4 5 Popov, KI (Konstantin Ivanovich) (2002). Aspectos fundamentales de la electrometalurgia . Djokić, Stojan S., Grgur, Branimir N., 1965-. Nueva York: Kluwer Academic/Plenum Publishers. ISBN 0-306-47564-2OCLC 51893969

[3] DR, George C. Marshall Space Flight Center Marshall Space Flight Center, AL 35812, Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio Washington, DC 20546-0001 Curreri, PA Ethridge, EC Hudson, SB Miller, TY Grugel, RN Sen, S. Sadoway. Demostración de proceso para la utilización de recursos in situ lunares: electrólisis de óxido fundido (Proyecto independiente de investigación y desarrollo MSFC n.° 5-81) . OCLC 703646739 . {{cite book}}: CS1 maint: nombres múltiples: lista de autores ( enlace ) CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )

[4] Allanore, Antoine; Yin, Lan; Sadoway, Donald R. (mayo de 2013). "Un nuevo material de ánodo para la evolución de oxígeno en la electrólisis de óxido fundido" . Nature . 497 ( 7449): 353–356 . Bibcode : 2013Natur.497..353A . doi : 10.1038/nature12134 . hdl : 1721.1/82073 . ISSN 1476-4687 . PMID 23657254. S2CID 4379353 .

[5] Allanore, Antoine; Ortiz, Luis A; Sadoway, Donald R (19 de abril de 2011), "Electrólisis de óxido fundido para la producción de hierro: identificación de parámetros clave del proceso para el desarrollo a gran escala" , en Neelameggham, Neale R.; Belt, Cynthia K.; Jolly, Mark; Reddy, Ramana G. (eds.), Energy Technology 2011 , Hoboken, NJ, EE. UU.: John Wiley & Sons, Inc., pp. 121–129 , doi : 10.1002/9781118061886.ch12 , ISBN 978-1-118-06188-6, consultado el 22 de noviembre de 2022

[:1-6] 1 2 "Descarbonización de la producción de acero" . Boston Metal . Consultado el 22 de noviembre de 2022 .

[:2-7] 1 2 3 4 Judge, William D.; Paeng, Jaesuk; Azimi, Gisele (octubre de 2022). "Electrorefinación para la descarburación directa de hierro fundido" . Nature Materials . 21 (10): 1130– 1136. Bibcode : 2022NatMa..21.1130J . doi : 10.1038/s41563-021-01106- z . ISSN 1476-4660 . PMID 34580434. S2CID 237947963 .

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