Nuevo método chino de producción de hierro convierte horas en segundos

El hierro sigue siendo el rey de los metales

When discussing manufacturing innovation, the attention tends to be concentrated on high tech (robótica, impresión 3D) or on rare metals and materials, like tungsteno, titanio, rodio, etc. (follow the links for detailed investment reports for each).

Al final, aunque son importantes, estos avances no cambian el hecho de que la mayor parte de los materiales que usamos son mucho más simples, y ningún metal es tan esencial para la vida moderna como el hierro.

El hierro y el acero son materiales clave requeridos en grandes cantidades para infraestructura (puentes, hormigón armado, etc.), logística y transporte (automóviles, ferrocarriles, trenes, puertos, barcos) y un sinfín de usos industriales (tuberías, tanques de almacenamiento, hornos, etc.).

Los óxidos de hierro pueden provenir de minerales como hematita, limonita, magnetita, pirita, goetita y más, y aproximadamente el 90 % de todo metal que se refina hoy en día es hierro.

Fuente: FTM Machinery

Afortunadamente, el hierro es muy abundante en la Tierra (5 % de la corteza terrestre por peso) y en el universo en general. Sin embargo, convertirlo en una forma utilizable puede ser un proceso muy intensivo en energía y que consume mucho tiempo. Por eso es una gran noticia que investigadores chinos han anunciado que encontraron un método para impulsar un paso central en la fabricación de hierro, con una productividad aumentada 3.600 veces.

¿Cómo se produce el hierro?

El hierro puro se produce a partir de mineral rico en hierro, que se transforma en metal más puro mediante el proceso de fundición.

Desde el rudimentario horno de baja temperatura de la Antigüedad, se desarrollaron hornos más avanzados en la Edad Media y en la época moderna para producir hierro de manera más eficiente a temperaturas de hasta 1.400° a 1.500° C (2.550° a 2.700° F). Este hierro caliente y purificado a menudo se envía directamente a la planta de acero para su producción, reduciendo la pérdida de calor.

Incluso con los métodos modernos, la fundición de hierro en altos hornos es un proceso largo, que lleva de 5 a 6 horas. Esto lo hace muy consumidor de energía, ya que la alta temperatura debe mantenerse durante todo el proceso, generalmente con carbón o gas natural.

Esto también convierte la producción de hierro y acero en un gran consumidor de combustibles fósiles y un emisor igualmente grande de gases de efecto invernadero. La producción de hierro y acero es responsable de hasta el 7 % de las emisiones totales de CO₂, más que todas las emisiones de la UE.

Hoy, la mayor parte de la producción mundial de acero se encuentra en China, que produce más del 55 % del total mundial de acero, seguida por India (7 % de la producción total de acero).

Fuente: GMK Center

Tanto China como India utilizan mayormente carbón para producir hierro y acero, lo que convierte sus procesos de producción en emisores particularmente grandes de CO₂.

¿Hidrógeno para reemplazar el carbón?

Para reemplazar el carbón, se han propuesto métodos de fabricación de acero verde, siendo el mejor candidato el uso de hidrógeno en lugar de carbón para alcanzar las altas temperaturas requeridas.

El problema es que, hasta ahora, solo se puede usar mineral de hierro de muy alta calidad con hidrógeno. Se requeriría mineral más barato con menor contenido de hierro para compensar los mayores costos del hidrógeno en comparación con el carbón.

Esto es cierto, al menos en los altos hornos, pero un nuevo proceso, llamado fundición rápida de hierro, podría ser diferente.

Hierro flash

El proceso fue descrito por el investigador chino el profesor Zhang Wenhai y su equipo en un artículo publicado en la revista revisada por pares Nonferrous Metals. Afirma que completa el proceso de fabricación de hierro en solo tres a seis segundos, en comparación con las cinco a seis horas requeridas por los altos hornos tradicionales.

La idea clave es que, en lugar de usar pequeños pellets de mineral de hierro, lo muele hasta convertirlo en polvo de partículas muy pequeñas. Esto permite que la reacción que transforma el mineral de hierro en hierro puro sea casi instantánea, más parecida a una explosión que a una fusión lenta del mineral.

Esto produce una oxidación rápida de la partícula en unos pocos segundos.

Fuente: MDPI

Lanza de vórtice de hierro

Reducir el mineral de hierro a partículas finas no es un paso muy difícil ni una tecnología compleja. Lo que sí es mucho más complicado es inyectarlo en el horno de manera segura y eficiente.

Para resolver este problema, el equipo del profesor Zhang ha desarrollado una lanza de vórtice que puede inyectar 450 toneladas de partículas de mineral de hierro por hora. Un reactor equipado con tres de estas lanzas produce 7,11 millones de toneladas de hierro al año.

Más importante aún, esta tecnología no es solo un experimento de laboratorio, sino que ya está entrando en producción comercial.

Esto no ha sido un éxito de la noche a la mañana, sino el resultado de esfuerzos a largo plazo iniciados en 2013 cuando el equipo de Zhang obtuvo una patente para una tecnología de fundición rápida capaz de producir hierro líquido directamente. Se tardaron diez años en perfeccionar el método y escalarlo a una planta piloto, demostrando que la producción segura a gran escala era posible.

Fuente: News.com.au

También debe señalarse que el profesor Zhang tiene experiencia en cambiar la ciencia metalúrgica. Revolucionó la producción de cobre con una técnica de fundición rápida similar que aplicó al cobre en la década de 1970. Recibió el primer premio del Premio Nacional de Progreso en Ciencia y Tecnología en 2000 y fue elegido para la Academia China de Ingeniería en 2003.

Objetivos estratégicos de China

Emisiones de carbono

Como China es el líder mundial en la fabricación de acero, la excesiva dependencia de este proceso del carbón ha obstaculizado las ambiciones del país de reducir las emisiones de carbono. Además, hace que su industria dependa en gran medida del carbón importado, especialmente de Australia.

Por lo tanto, China tiene un fuerte incentivo para desarrollar métodos alternativos y desplegarlos rápidamente, especialmente si permiten el uso de hidrógeno. Combinado con su papel como líder en la producción de energía verde, China está en una buena posición para convertirse en la líder en la producción de acero verde.

¿Reconfigurando los mercados globales del hierro?

Otro aspecto que hace único a este método es que funciona muy bien con minerales de bajo o medio rendimiento. Esto podría reconfigurar completamente los mercados globales del hierro.

Actualmente, el mineral de hierro de alta calidad y rico en hierro de Australia es el suministro principal de hierro para los altos hornos y plantas de acero chinas.

Fuente: S&P Global

Si la fundición rápida de hierro con hidrógeno se utiliza para reemplazar los altos hornos alimentados con carbón, se podría usar en su lugar el suministro interno de mineral de hierro de menor calidad.

La relación entre China y Australia se ha deteriorado constantemente en la última década, a pesar de la dependencia de China del hierro australiano. Por ejemplo, en la guerra comercial de 2020 con Australia, el hierro fue excluido de las sanciones debido a la alta dependencia del país en él. Por lo tanto, resolver esta vulnerabilidad podría considerarse una imperativa estratégica para China, independientemente del cálculo económico.

Empresa minera de hierro

Una disminución en los costos de fundición de hierro y en las emisiones de carbono podría hacer que el acero sea un material aún más popular de lo que es hoy. En lo que respecta a la minería, la escala y una buena geología lo son todo, ya que los bajos costos de producción permiten mayores ganancias y seguridad durante las recesiones, que son inevitables en los mercados de materias primas.

La empresa brasileña Vale es la mayor productora de hierro y níquel del mundo, con un total de 323‑330 millones de toneladas producidas en 2024.

La compañía también produce metales relevantes para la “transición energética”, como el cobre. Aunque estos metales podrían ser importantes para el futuro, por ahora, el hierro es el núcleo de la empresa.

La empresa solía estar más diversificada, pero se ha centrado en el hierro en los últimos años, habiendo desinvertido 2 mil millones de dólares en varias otras minas de metales y otras materias primas como el aceite de palma.

Fuente: Vale

Amplia base de activos

Vale se califica como una empresa de servicios públicos de tamaño medio, operando su propio ferrocarril, trenes, puertos y barcos para transportar el mineral desde la extracción hasta la entrega a los clientes.

También produce gran parte de su propia energía, ya que opera en regiones remotas y no puede depender del gobierno brasileño para que haga su trabajo correctamente, especialmente considerando sus enormes requerimientos energéticos.

Esto se hacía comúnmente con energía hidroeléctrica, ya que el negocio de la minería no difiere mucho de la construcción de hidroeléctricas (obras de movimiento de tierras, extracción de roca con explosivos, enormes cantidades de hormigón, maquinaria pesada, mega proyectos de construcción, gestión de la lluvia, etc.).

Estas infraestructuras se complementan con el centro de I+D de la empresa, laboratorios, cientos de geólogos, centros de capacitación, etc.

Superando responsabilidades pasadas

Un gran riesgo con una empresa minera masiva como Vale es un accidente enorme que cause daños considerables.

Esto es lo que ocurrió en 2015, con un desastre masivo que se produjo después de que colapsara una presa construida por Vale. Y luego un incidente similar en 2019.

La inundación provocó el peor desastre ambiental de Brasil hasta la fecha, mató a 19 personas y afectó a 39 municipios en dos estados, enterrándolos bajo residuos mineros.

Desde entonces, muchas presas similares han sido reparadas y/o mejoradas para evitar otra catástrofe durante la temporada de lluvias.

La empresa también ha cambiado su forma de operar, habiendo invertido 2,5 mil millones de dólares en cuatro plantas de filtración para crear relaves secos (la roca triturada, polvo y lodo) en lugar de relaves húmedos que requieren presas. Así, en el futuro, la actividad minera de hierro ya no generará el tipo de residuos que requieran presas.

La empresa también está reparando activamente su imagen, insistiendo en que su actividad minera, combinada con una gran reserva natural financiada por la compañía, es un importante contribuyente a la preservación de la selva amazónica brasileña, mientras que otras áreas se han convertido en pastizales en la región.

Fuente: Vale

En general, Vale está superando sus problemas pasados con desastres ecológicos y convirtiéndose en uno de los activos más valiosos de Brasil y en un proveedor central de hierro para el mundo, y China en particular, un país con el que Brasil está forjando lazos más profundos a través de la red comercial de los BRICS.