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Production of Scandium compounds and Scandium Aluminum alloys from European metallurgical by- products

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El escandio esquivo aguarda en los subproductos industriales

Unos investigadores están desarrollando tecnologías para extraer escandio de los residuos metalúrgicos que podrían proporcionar a la Unión Europea (UE) un suministro fiable de este valioso elemento de tierras raras.

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Debido a su escasez y producción limitada, el escandio es actualmente uno de los elementos más costosos del mercado. Este metal de transición suave y plateado se ha utilizado durante decenios para crear pilas de combustible de óxido sólido de iluminación de alta intensidad, así como aleaciones de aluminio y escandio para equipos deportivos de alta gama y aplicaciones de impresión 3D. Sin embargo, el suministro de escandio se ha limitado a las importaciones de Asia y Rusia.

Transformar los residuos industriales en un tesoro

El proyecto SCALE, financiado con fondos europeos, está dando los primeros pasos para establecer una cadena de suministro cerrada de escandio en Europa. El uso de subproductos industriales, que en la actualidad se eliminan y acumulan en su mayoría, contribuye al método de economía circular adoptado por la UE. «Los residuos de bauxita de la producción de alúmina y los desechos ácidos de la producción de pigmentos de dióxido de titanio contienen trazas de escandio que podrían aprovecharse empleando una tecnología de extracción viable», afirma Efthymios Balomenos, consultor sénior de la empresa de energía y aluminio con sede en Grecia MYTILINEOS y coordinador del proyecto. Estos concentrados minerales se procesan aplicando tecnologías de refinación avanzadas para producir compuestos de escandio puro. Los compuestos de escandio puro se utilizan, a su vez, como materia prima para producir cuproaleaciones de aluminio y escandio. El equipo de SCALE ha estado desarrollando tecnologías de vanguardia para superar los obstáculos presentes en la extracción y producción de metales. También ha estado optimizando las tecnologías de refinación para disminuir los costes de procesamiento y eliminar el uso de reactivos perjudiciales. Hasta la fecha, se han logrado avances significativos en la extracción a escala piloto de escandio a partir de residuos de bauxita y desechos ácidos de la producción de dióxido de titanio. Mediante el uso de 10 t de residuos de bauxita y 2 m3 de residuos ácidos, los investigadores obtuvieron concentrados con un contenido de escandio de hasta el 25 % en peso. También se ha desarrollado un nuevo diagrama de flujo de refinación de escandio que permite la producción eficiente y flexible de trióxido de escandio (Sc2O3) y trifluoruro de escandio (ScF3), evitando así utilizar productos químicos peligrosos de uso común como el fluoruro de hidrógeno. Además, los investigadores probaron la producción de cuproaleaciones de aluminio y escandio de alto rendimiento en una planta piloto. Mediante la reducción aluminotérmica de ScF3 o la coelectrólisis de sal fundida de aluminio y Sc2O3, eliminaron la necesidad de calcio metálico, un reactivo muy costoso y difícil de producir. El trabajo realizado en SCALE continuará en dos proyectos de seguimiento bajo EIT RawMaterials, que probablemente generarán una cadena de suministro de escandio en Europa. El primero tiene por objeto crear un proceso de refinería de escandio en el que se obtengan residuos ácidos como materia prima principal y Sc2O3 como producto. El segundo se centrará en seguir optimizando y ampliando la extracción de escandio a partir de los residuos de bauxita.

Aprovechar el potencial de las aleaciones de aluminio y escandio

Las aleaciones de aluminio y escandio representan una nueva generación de aleaciones de alto rendimiento y tienen propiedades superiores en comparación con todas las demás aleaciones de aluminio. Unas cantidades pequeñas de escandio mejoran la solidez, la resistencia a la corrosión y a la recristalización y el tamaño del grano del metal. Es importante destacar que el elemento proporciona el mayor incremento de resistencia a la tracción por porcentaje atómico en comparación con cualquier otro elemento de aleación cuando se agrega al aluminio. «Los fabricantes de aeronaves, por ejemplo, podrían usarlo para construir aviones con una estructura de aluminio más ligera y que consuman menos combustible», señala Balomenos. «Con el uso de escandio en los cuadros de bicicletas se ha demostrado una reducción del peso del 12 %, un aumento del 50 % en el límite de elasticidad y una mejora del 25 % en la resistencia a la fatiga en comparación con los cuadros de bicicleta de aluminio más vendidos».

Palabras clave

SCALE, escandio, residuos de bauxita, residuos ácidos, Sc2O3, cuproaleación de aluminio y escandio, ScF3, residuos de bauxita, MYTILINEOS

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