Nghiên cứu mới tạo ra thép xanh từ bùn đỏ độc hại chỉ trong 10 phút

Ngành công nghiệp nhôm sản xuất khoảng 198 triệu tấn cặn bauxite - 'bùn đỏ' hàng năm, chất này có tính ăn mòn cực cao vì nó có độ kiềm cao và giàu kim loại nặng độc hại. Ở các nước như Úc, Trung Quốc và Brazil, bùn đỏ còn sót lại thường được xử lý tại các bãi chôn lấp khổng lồ với chi phí xử lý cao. Ngành công nghiệp thép cũng gây tổn hại môi trường không kém, chịu trách nhiệm cho 8% lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu. Tuy nhiên, nhu cầu về thép và nhôm được dự báo sẽ tăng tới 60% vào năm 2050.

Các nhà khoa học từ Max-Planck-Institut für Eisenforschung, Đức, một trung tâm nghiên cứu về sắt, có thể đã tìm ra giải pháp biến phụ phẩm bùn đỏ độc hại còn sót lại từ quá trình sản xuất nhôm thành thép xanh.

Matic Jovičević-Klug, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Quy trình của chúng tôi có thể đồng thời giải quyết vấn đề lãng phí trong sản xuất nhôm và cải thiện lượng khí thải carbon của ngành thép”.

Bùn đỏ chứa tới 60% oxit sắt. Làm tan chảy bùn trong lò hồ quang điện sử dụng plasma chứa 10% hydro sẽ khử nó thành sắt lỏng và oxit lỏng, cho phép dễ dàng chiết xuất sắt. Các nhà nghiên cứu cho biết, kỹ thuật khử plasma mất 10 phút và tạo ra sắt rất tinh khiết, có thể được xử lý trực tiếp thành thép. Và các oxit kim loại không còn ăn mòn sẽ đông cứng lại khi làm mát, vì vậy chúng có thể biến thành vật liệu giống thủy tinh có thể được sử dụng làm vật liệu trám trong ngành xây dựng.

Các nhà nghiên cứu khác đã sản xuất sắt từ bùn đỏ bằng cách sử dụng phương pháp tương tự nhưng bằng than cốc; tuy nhiên, nó dẫn đến sắt bị ô nhiễm nặng và lượng lớn carbon dioxide. Cách tiếp cận được thực hiện trong nghiên cứu mới, sử dụng hydro xanh làm chất khử, giúp tránh được lượng khí thải nhà kính này.

Isnaldi Souza Filho, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Nếu hydro xanh được sử dụng để sản xuất sắt từ 4 tỷ tấn bùn đỏ được tạo ra trong quá trình sản xuất nhôm toàn cầu cho đến nay, thì ngành thép có thể tiết kiệm gần 1,5 tỷ tấn CO2”.

Các kim loại nặng độc hại ban đầu được tìm thấy trong bùn đỏ được “trung hòa gần như” bằng quy trình này. Bất kỳ kim loại nặng nào còn sót lại đều liên kết chặt chẽ với các oxit kim loại và không thể bị rửa trôi bằng nước, như trường hợp bùn đỏ còn sót lại ở bãi rác.

Jovičević-Klug cho biết: “Sau khi khử, chúng tôi đã phát hiện thấy crom trong sắt. Các kim loại nặng và quý khác cũng có khả năng đi vào sắt hoặc vào một khu vực riêng. Đó là điều chúng tôi sẽ điều tra trong các nghiên cứu tiếp theo. Các kim loại có giá trị sau đó có thể được tách ra và tái sử dụng.”

Các nhà nghiên cứu nói rằng việc sản xuất sắt từ bùn đỏ trực tiếp bằng hydro xanh mang lại lợi ích cho môi trường "gấp đôi" và có lợi về mặt kinh tế. Theo tính toán của họ, nếu bùn đỏ chứa 35% oxit sắt thì điều này đủ để làm cho quá trình trở nên tiết kiệm. Chi phí hydro xanh và điện để cung cấp năng lượng cho lò hồ quang theo giá hiện nay và bao gồm cả chi phí chôn lấp bùn đỏ, cần có tỷ lệ 30% đến 40% oxit sắt trong bùn để sắt thu được có thể cạnh tranh trên thị trường. Ngoài ra, lò hồ quang điện được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp kim loại, bao gồm cả trong các nhà máy luyện nhôm đòi hỏi các ngành chỉ phải đầu tư hạn chế để trở nên bền vững hơn.

 An Hạ