محققان دپارتمان مهندسی دانشگاه تورنتو، راهکار جدید بازیافت فولاد را توسعه داده‌اند که می‌تواند به کربن‌زدایی بخش‌های مختلف تولید و ترویج اقتصاد چرخه‌ای فولاد کمک کند.

این تحقیق، نوعی الکترولیت اکسی‌سولفید ابداعی را برای پالایش الکتریکی معرفی کرد که راهی جایگزین برای حذف ناخالصی‌های مس و کربن از فولاد مذاب است. این فرآیند همچنین آهن و گوگرد مایع را به‌عنوان محصولات جانبی تولید می‌کند.

آزیمی، صاحب کرسی تحقیقات کانادا در نوآوری‌های معدنی شهری، می‌گوید تحقیق ما اولین نمونه گزارش شده از حذف الکتروشیمیایی مس از فولاد و کاهش ناخالصی‌ها به زیر سطح آلیاژ است.

چالش‌ها در تولید فعلی فولاد

در حال حاضر، فقط ۲۵ درصد فولاد تولید شده از مواد بازیافتی تهیه می‌شود اما پیش‌بینی می‌شود که تقاضای جهانی برای فولاد سبزتر در ۲ دهه آینده افزایش یابد زیرا دولت‌ها در سراسر جهان تلاش می‌کنند تا به اهداف انتشار صفر خالص دست یابند.

فولاد از واکنش سنگ آهن با کک، شکل آماده شده از زغال سنگ، به‌عنوان منبع کربن و دمیدن اکسیژن از طریق فلز تولید شده ایجاد می‌شود. فرآیندهای استاندارد کنونی حدود ۲ تن دی‌اکسید کربن به ازای هر تن فولاد تولید شده، ایجاد می‌کنند که باعث می‌شود تولید فولاد یکی از بیشترین سهم‌ها را در انتشار کربن در بخش تولید داشته باشد.

روش‌های سنتی بازیافت فولاد از کوره قوس الکتریکی برای ذوب ضایعات فلزی استفاده می‌کنند. از آنجایی که جداسازی فیزیکی مواد مس از ضایعات قبل از ذوب دشوار است، این عنصر در محصولات فولادی بازیافتی نیز وجود دارد.

آزیمی توضیح داد مشکل اصلی تولید فولاد ثانویه این است که ضایعات بازیافتی ممکن است به عناصر دیگری از جمله مس آلوده شود. غلظت مس با اضافه کردن ضایعات بیشتر برای بازیافت افزایش می‌یابد و زمانی که در محصول نهایی فولادی از ۰.۱ درصد وزنی (وزنی درصد) بالاتر برود، برای ذخایر فولاد مضر خواهد بود.

مزایای روش جدید

مس را نمی‌توان با استفاده از روش سنتی فولادسازی کوره قوس الکتریکی از ضایعات فولاد مذاب جدا کرد، بنابراین این امر بازار فولاد ثانویه را به تولید محصولات فولادی با کیفیت پایین‌تر، مانند میله‌های تقویت‌کننده مورد استفاده در صنعت ساختمان محدود می‌کند.

پاینگ، یکی از محققان اظهار کرد روش ما می‌تواند بازار ثانویه فولاد را در صنایع مختلف گسترش دهد. این روش، پتانسیل برای ایجاد محصولات با عیار بالاتر مانند کلاف نورد سرد گالوانیزه مورد استفاده در بخش خودرو، یا ورق‌های فولادی برای کشش عمیق، مورد استفاده در بخش حمل‌ونقل را دارد.

این گروه تحقیقاتی، برای حذف مس از آهن تا کمتر از ۰.۱ درصد وزنی، ابتدا باید یک باتری الکتروشیمیایی طراحی می‌کرد که بتواند تا دمای ۱۶۰۰ درجه سانتی‌گراد را تحمل کند. در داخل باتری، الکتریسیته بین الکترود منفی (کاتد) و الکترود مثبت (آند) از طریق یک الکترولیت اکسی‌سولفید جدید که از سرباره طراحی شده است جریان می‌یابد.   سرباره زباله‌ای است که از فولادسازی به‌دست می‌آید و اغلب به سیمان یا محل‌های دفن زباله ختم می‌شود.

آزیمی ابراز کرد ما آهن ناخالص خود را که دارای ناخالصی مس است را به‌عنوان آند باتری الکتروشیمیایی قرار می‌دهیم، سپس یک نیروی محرکه الکتریکی که ولتاژ است، با منبع تغذیه و به مس برای واکنش با الکترولیت نیرو اعمال می‌کنیم.

پاینگ افزود: الکترولیت هنگام استفاده از برق در باتری، حذف مس از آهن را هدف قرار می‌دهد. هنگامی که در یک طرف باتری برق اعمال می‌کنیم، مس وادار به واکنش با الکترولیت می‌شود و از آهن خارج می‌شود. در انتهای دیگر باتری، ما همزمان آهن جدید تولید می‌کنیم.

آزمایشگاه آزیمی با شرکت Tenova Goodfellow، تأمین‌کننده جهانی فناوری‌های پیشرفته، محصولات و خدمات برای صنایع فلزی و معدن همکاری کرد. با نگاهی به جلو، این گروه می‌خواهد فرآیند الکترونی را فعال کند تا سایر آلاینده‌ها را از فولاد از جمله قلع خارج کند.

آزیمی می‌گوید آهن و فولاد پرکابردترین فلزات در صنعت هستند و فکر می‌کنم نرخ تولید به میزان ۱.۹ میلیارد تن در سال است. روش ما از پتانسیل بسیار خوبی برای ارائه روشی عملی و به‌راحتی قابل اجرا برای بازیافت فولاد در صنعت فولادسازی برخوردار است تا تقاضای بیشتری برای فولاد درجه بالا در سطح جهان ایجاد کند.

یافته‌های این تحقیق به‌تازگی در مجله Resources, Conservation & Recycling منتشر شده است.

منابع

https://scienceblog.com

https://scitechdaily.com