Aplicaciones de la energía solar concentrada en metalurgia y ciencia de los materiales

Resumen

La búsqueda de alternativas a las tradicionales fuentes de energía basadas en los combustibles fósiles y nucleares, junto con la economía de generación de cero de residuos se encuentran en la actualidad arraigados en las políticas tanto de los países como de las industrias. En este sentido, la energía solar, cuando se encuentra adecuadamente concentrada, ofrece amplias posibilidades en la metalurgia y la ciencia de los materiales, debido a las elevadas temperaturas que se pueden alcanzar. Fruto de ello han sido las numerosas investigaciones en metalurgia, tecnología de materiales (soldadura y recargues; tratamientos superficiales; recubrimientos y endurecimiento superficial; y, pulvimetalurgia), y materiales no metálicos (cerámicas, fulerenos, nanotubos de carbono o la producción de cal), aunque en ningún caso se haya alcanzado la escala industrial. Así, en esta Tesis doctoral se propone la utilización de la energía solar concentrada en dos grupos de procesos: la síntesis de materiales de alto valor añadido, limitada producción y carácter electrointensivo; y, la recuperación de elementos de valor de escorias. De esta manera, se incrementaría el número de posibles aplicaciones de la energía solar en el campo de los materiales. Dentro del primer grupo, se encuentran la síntesis de aluminato de calcio, la silicotermia del óxido calcio (II) y del óxido de manganeso (IV) y la aplicación de la energía solar en siderurgia (sinterización, y reducción de óxidos de hierro y sínter). Tanto el primer como el segundo proceso son factibles, aunque mejoras en las condiciones de operación deben ser implementadas en futuras investigaciones. En el caso de la siderurgia, si bien los resultados fueron positivos, no se considera factible, a día de hoy, la implementación de la energía solar por cuanto los volúmenes manejados por las factorías siderúrgicas no serían alcanzables empleando la vía solar. Así pues, empleando la energía solar concentrada, sería posible lograr una reducción en los costes energéticos y en el impacto ambiental producido en la industria de los materiales. Dentro del segundo grupo, se incluye el tratamiento de escorias de cobre y de BOF (Basic Oxygen Furnace). Éstas son en la actualidad almacenadas en escombreras, vendidas como productos de bajo valor añadido o reutilizadas con dificultad en los procesos en los que son generadas. En esta Tesis, se propone la recuperación de los elementos de valor de dichas escorias, es decir el cobre y el hierro en las primeras y el hierro en las segundas. En el caso de las escorias de cobre se logra la destrucción parcial del componente mayoritario de la escoria inicial, la fayalita, para generar magnetita, y de los óxidos-sulfuros de cobre, para dar lugar a nódulos de cobre metal. En el caso de las escorias BOF, caracterizadas por su elevado contenido en cal (hidróxido) y hierro (óxido), son transformadas en un producto rico en magnetita. Aunque incipiente, esta investigación puede conducir a la obtención de concentrados de cobre y hierro a partir de escorias (por métodos gravimétricos y magnéticos), reduciendo el volumen de residuo generado, y conduciendo a un impacto ambiental positivo en las metalurgias del cobre y del hierro.