Nuove tecnologie per rendere la produzione di leghe di manganese più efficiente dal punto di vista energetico
Il manganese (Mn) è un metallo presente in abbondanza utilizzato in combinazione con altri materiali per fabbricare svariati prodotti tra cui batterie e ceramiche e, in larga misura, viene aggiunto all’acciaio, un metallo fondamentale per la nostra vita moderna. Per produrre leghe di Mn, l’ossigeno all’interno del minerale deve essere rimosso; questa procedura, tuttavia, richiede un’enorme quantità di energia. La lega di Mn viene prodotta in un forno ad arco sommerso dove elettrodi interrati in profondità forniscono l’energia necessaria a fondere e riscaldare il minerale alla temperatura di 1 500 °C, per convertirlo quindi in metallo. Il progetto PreMa, finanziato dall’UE, ha introdotto una serie di tecnologie volte a ridurre l’impatto ambientale esercitato dalla produzione di leghe di Mn.
L’impatto generato dal preriscaldamento del minerale
L’obiettivo del progetto era quello di ridurre la quantità di energia utilizzata per produrre leghe di Mn, pur continuando a sfruttare la tecnologia esistente basata sull’impiego del forno ad arco sommerso. Riscaldando il minerale di Mn a temperature comprese tra 800 e 900 °C prima della fusione e utilizzando i gas di scarico per rimuovere parte dell’ossigeno, PreMa ha dimostrato di ridurre fino al 15% il consumo energetico e fino al 33% le emissioni di CO2. Il consorzio di PreMa comprende produttori di leghe di Mn, ricercatori e istituzioni accademiche provenienti dall’Europa e dal Sudafrica, paese leader a livello mondiale nell’estrazione di minerali di Mn. Sviluppando tecnologie facilmente integrabili con gli impianti di produzione esistenti, PreMa ha incrementato le possibilità di favorire un rapido processo di industrializzazione. Secondo Eli Ringdalen, coordinatrice del progetto e ricercatrice presso SINTEF AS: «Le unità di preriscaldamento possono essere costruite negli impianti esistenti senza interrompere la produzione e a un costo inferiore rispetto a quello necessario nel caso fosse richiesta la costruzione di una nuova struttura.»
Forno e fornace: una progettazione inedita
I partner del progetto hanno progettato una fornace rotante e un forno a tino per preriscaldare il minerale alle temperature previste, due tecnologie che sono state identificate quali in possesso del più elevato potenziale di industrializzazione. Una fornace rotativa pilota è stata costruita e testata in due siti pilota, mentre sebbene PreMa abbia progettato con successo un forno a tino in linea con le sue finalità, a causa delle difficoltà incontrate lungo il percorso non è riuscito a fabbricarne uno pilota nell’ambito del progetto. PreMa, quindi, ha cambiato il proprio approccio. Ringdalen afferma: «Abbiamo dimostrato il comportamento del minerale pre-trattato secondo due configurazioni, una attraverso una serie di esperimenti sulla scala dei kg in una configurazione e l’altra per il riscaldamento e l’essiccazione del minerale di Mn in dimensioni industriali con gas caldo in un forno a tino, per poi combinarne i risultati al fine di valutare la pre-riduzione del minerale di Mn in forni a tino.»
Fonti energetiche alternative per alimentare le nuove unità
Un aspetto fondamentale dell’approccio di PreMa è stato l’utilizzo di forme di energia alternative per alimentare le fornaci rotative e i forni a tino. La produzione di leghe di Mn a partire da minerale già riscaldato ha ridotto il consumo energetico dei forni ad arco sommerso, mentre l’alimentazione delle unità di pre-riduzione con energia solare termica rinnovabile o con gas di scarico, un sottoprodotto industriale, ha consentito di abbassare ulteriormente le emissioni di CO2 degli impianti per la produzione di leghe di Mn. La progettazione di unità in grado di essere alimentate da diverse fonti di combustibile garantisce una certa flessibilità. Come nota Ringdalen: «Le fonti energetiche che abbiamo esaminato offrono il vantaggio di essere rinnovabili e di poter essere prodotte a livello locale nell’impianto industriale bersaglio. Sia l’energia solare termica che i gas di scarico industriali ricchi di CO sono utilizzabili per il pretrattamento in unità separate che possono essere costruite in impianti per la produzione di leghe di Mn per essere quindi accoppiate ai forni esistenti, in modo da realizzare la produzione finale di leghe di Mn.» I partner del consorzio comprendono tutti i produttori di leghe di Mn dell’Europa occidentale e diversi leader mondiali in ambito di ricerca sulle leghe di Mn. Con le sue sperimentazioni per collaudare le fornaci rotative, le fonti di energia solare termica e le prestazioni dei gas di scarico per il preriscaldamento dei minerali, PreMa ha posto le basi necessarie a garantire una rapida diffusione delle tecnologie di risparmio energetico che ha concepito. Le leghe di Mn sono un materiale essenziale per la vita moderna e le soluzioni di PreMa contribuiscono a decarbonizzare la catena del valore dell’industria siderurgica.
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