Rusia: Se ha creado un material que puede aumentar significativamente la rentabilidad de la producción de aluminio

En la Universidad de Minería de San Petersburgo de la Emperatriz Catalina II continúa una serie de experimentos de laboratorio destinados a crear una tecnología de fabricación de aluminio fundamentalmente nueva. Ahora se obtiene mediante la electrólisis de una solución de alúmina en criolita fundida, y este proceso se produce en dispositivos con ánodo y cátodo horizontales.

Esta colocación de los electrodos permite una distribución estable de la corriente en toda su superficie, condición fundamental para el proceso de producción del metal. Sin embargo, el equipo creado según este principio también tiene una serie de desventajas importantes. El más importante de ellos es el alto consumo de energía. La consecuencia de esta situación es la mayor dependencia de la industria del aluminio de los precios de la electricidad. Si crecen demasiado rápido, el coste de producción aumenta considerablemente y las fábricas empiezan a funcionar con pérdidas, como ocurrió el año pasado en muchos países europeos, donde se registraron casos masivos de quiebras o cierres temporales de empresas especializadas.

Los científicos saben muy bien cómo se puede cortar este nudo gordiano, y desde hace bastante tiempo. Simplemente, debe utilizar electrodos colocados verticalmente. Esto no sólo reducirá el consumo de energía, sino que también aumentará drásticamente la productividad específica. De hecho, al reducir el tamaño de los electrolizadores, es posible aumentar su número y producir entre 5 y 6 veces más metal en las mismas áreas. Es decir, en lugar de 50-55 kilogramos por metro de superficie al día, se producen unos 320. Sin embargo, esto es sólo en teoría, pero en la práctica todavía no ha sido posible, lo que dificulta la pérdida de estabilidad de la distribución de corriente sobre la superficie del cátodo.

"La dirección de la universidad nos encomendó la tarea de desarrollar una tecnología para nivelar la macro y microdistribución de la densidad de corriente en electrolizadores de aluminio en toda la superficie de los electrodos ubicados verticalmente. Para lograr esto, necesitábamos, en primer lugar, crear un material compuesto fundamentalmente nuevo y darle una forma que eliminara la distribución desigual de la carga eléctrica", dijo el subdirector del Centro Científico para Problemas de Procesamiento de Minerales y Recursos Tecnogénicos de la Universidad de Minería de San Petersburgo, Evgeniy Gorlanov.

Los científicos ya han logrado avances significativos hacia un objetivo que parecía inalcanzable durante muchas décadas. Por ejemplo, obtuvieron un electrodo compuesto a base de titanio y sus compuestos, más adecuado para la nueva generación de electrolizadores, y también descubrieron durante los experimentos que su mejor forma sería un óvalo. Esto eliminará cualquier manifestación de concentradores de corriente que impidan su distribución uniforme sobre el cátodo, como bordes afilados, esquinas o protuberancias. Además, se desarrolló un método innovador para nivelar la superficie del producto formando un recubrimiento especial que evita la aparición de asperezas.

La tecnología ya ha pasado la etapa de investigación de laboratorio. Confirmaron la eficacia del uso de electrodos compuestos elípticos y también demostraron que la velocidad de disolución del ánodo cuando se utilizan se reduce en un factor de tres en comparación con los análogos rectangulares. Es decir, entre otras cosas, su uso permite ahorrar significativamente en consumibles.

La siguiente etapa de los experimentos será la electrólisis utilizando electrodos ubicados verticalmente en una instalación relativamente pequeña con una corriente de 100 amperios. Si tiene éxito, se prevé ampliar el proyecto mediante pruebas piloto. Son ellos quienes darán la respuesta final a la pregunta: ¿podrá realmente la humanidad crear una tecnología de fabricación de metales mucho más rentable en un futuro previsible y reducir significativamente su coste?

"Nuestros estudios de laboratorio realmente nos permiten contar con esto. En particular, esperamos que el consumo de energía de la producción en el caso de una disposición vertical de los electrodos en los electrolizadores se reduzca de los actuales 13,5 kWh por kilogramo de aluminio a 11,5, es decir, una disminución de aproximadamente el 15%. Además, los costes de capital específicos para la construcción se reducirán entre 5 y 6 veces. No menos importante es la fuerte reducción de las emisiones de dióxido de carbono, cuyo nivel podría descender hasta un 90%", subrayó Evgueni Gorlanov.

Aclaró que el efecto de reducción de las emisiones de CO2 se logra mediante el uso de materiales compuestos en la fabricación de cátodos. Si, en lugar de los ánodos de carbono clásicos, se utilizan los llamados inertes, es decir, análogos de bajo consumo, este indicador llegará a cero.

Hoy en día, los científicos de todo el mundo están tratando de crear una innovación de este tipo a partir de cerámica o diversas aleaciones, porque su apariencia reduciría drásticamente el impacto antropogénico en el medio ambiente. Sin embargo, hasta ahora todas las investigaciones en esta dirección conducen a una disminución de la rentabilidad del proceso, principalmente debido a un consumo de energía aún mayor. Por lo tanto, la aparición de fundiciones de aluminio neutras en carbono es probablemente una perspectiva a mucho más largo plazo que la puesta en marcha de plantas avanzadas donde el proceso de electrólisis se lleva a cabo en dispositivos con electrodos colocados verticalmente.

Fuente: Forpost