Nuovo Metodo Cinese di Produzione del Ferro Trasforma Ore in Secondi

Il Ferro è Ancora il Re dei Metalli

Quando si discute di innovazione nella produzione, l’attenzione tende a concentrarsi sull’alta tecnologia (robotica, stampa 3D) o sui metalli e materiali rari, come tungsteno, titanio, rodio, ecc. (seguire i collegamenti per rapporti di investimento dettagliati per ciascuno).

In fin dei conti, per quanto importanti, questi progressi non cambiano il fatto che la maggior parte dei materiali che utilizziamo è molto più semplice — e nessun metallo è così essenziale per la vita moderna come il ferro.

Ferro e acciaio sono materiali chiave richiesti in grandi quantità per le infrastrutture (ponti, calcestruzzo armato, ecc.), la logistica e i trasporti (automobili, ferrovie, treni, porti, navi) e in innumerevoli usi industriali (tubi, serbatoi, forni, ecc.).

Gli ossidi di ferro possono derivare da minerali come ematite, limonite, magnetite, pirite, goetite e altri, e circa il 90% di tutti i metalli raffinati oggi è ferro.

Fonte: FTM Machinery

Fortunatamente, il ferro è molto abbondante sulla Terra (5% della crosta terrestre in peso) e nell’universo in generale. Tuttavia, trasformarlo in una forma utilizzabile può essere un processo molto dispendioso in termini di energia e tempo. Pertanto è una grande notizia che i ricercatori cinesi hanno annunciato di aver trovato un metodo per potenziare un passaggio centrale nella produzione del ferro, con una produttività aumentata di 3.600 volte.

Come Viene Prodotto il Ferro?

Il ferro puro è prodotto da minerale ricco di ferro, che viene trasformato in metallo più puro attraverso il processo di fusione.

Dal primitivo forno a bassa temperatura dell’Antichità, furono sviluppati forni più avanzati nel Medioevo e nei tempi moderni per produrre ferro più efficientemente a temperature comprese tra 1.400° e 1.500° C (2.550°-2.700° F). Questo ferro caldo e purificato viene spesso inviato direttamente all’acciaieria per la produzione di acciaio, riducendo la perdita di calore.

Anche con i metodi moderni, la fusione del ferro nei forni a cielo aperto è un processo lungo, che richiede 5-6 ore. Ciò lo rende molto dispendioso in termini di energia, poiché l’alta temperatura deve essere mantenuta per l’intero processo, solitamente con carbone o gas naturale.

Ciò rende anche la produzione di ferro e acciaio un grande consumatore di combustibili fossili e un emettitore altrettanto grande di gas serra. La produzione di ferro e acciaio è responsabile di circa il 7% delle emissioni totali di CO2, più del totale delle emissioni dell’UE.

Oggi, la maggior parte della produzione globale di acciaio si trova in Cina, che produce più del 55% della produzione mondiale totale di acciaio, seguita dall’India (7% della produzione totale di acciaio).

Fonte: GMK Center

Sia la Cina che l’India utilizzano principalmente il carbone per produrre ferro e acciaio, rendendo i loro processi produttivi particolarmente grandi emettitori di CO2.

Idrogeno per Sostituire il Carbone?

Per sostituire il carbone, sono stati proposti metodi di produzione di acciaio verde, con il candidato migliore che consiste nell’utilizzare l’idrogeno al posto del carbone per raggiungere le alte temperature richieste.

Il problema è che finora solo il minerale di ferro di altissima qualità può essere utilizzato con l’idrogeno. Sarebbe necessario un minerale più economico con contenuto di ferro più basso per compensare i costi più elevati dell’idrogeno rispetto al carbone.

Questo è vero, almeno nei forni a cielo aperto, ma un nuovo processo, chiamato fusione rapida del ferro, potrebbe essere diverso.

Ferro Lampo

Il processo è stato descritto dal ricercatore cinese Professor Zhang Wenhai e dal suo team in un articolo pubblicato sulla rivista peer-reviewed Nonferrous Metals. Si afferma che completa il processo di produzione del ferro in appena tre‑sei secondi, rispetto alle cinque‑sei ore richieste dai tradizionali forni a cielo aperto.

L’idea chiave è che, invece di utilizzare piccoli pellet di minerale di ferro, lo macina in una polvere di particelle molto piccole. Questo consente alla reazione che trasforma il minerale di ferro in ferro puro di avvenire quasi istantaneamente, più simile a un’esplosione che a una lenta fusione del minerale.

Ciò porta a un’ossidazione lampo della particella in pochi secondi.

Fonte: MDPI

Lancia Vortice di Ferro

Ridurre il minerale di ferro in particelle fini non è un passaggio molto difficile o una tecnologia complessa. Ciò che è molto più complicato è iniettarlo nel forno in modo sicuro ed efficiente.

Per risolvere questo problema, il team del Prof. Zhang ha sviluppato una lancia vortice in grado di iniettare 450 tonnellate di particelle di minerale di ferro all’ora. Un reattore dotato di tre di queste lance produce 7,11 milioni di tonnellate di ferro all’anno.

Ancora più importante, questa tecnologia non è solo un esperimento di laboratorio ma sta già entrando nella produzione commerciale.

Non è stato un successo dall’oggi al domani, ma il risultato di sforzi a lungo termine iniziati nel 2013 quando il team di Zhang ottenne un brevetto per una tecnologia di fusione rapida capace di produrre direttamente ferro liquido. Ci sono voluti dieci anni per perfezionare il metodo e scalarlo a un impianto pilota, dimostrando che una produzione sicura e su larga scala era possibile.

Fonte: News.com.au

Va anche notato che il Professor Zhang ha esperienza nel trasformare la scienza metallurgica. Ha rivoluzionato la produzione di rame con una tecnica di fusione rapida simile che ha applicato al rame negli anni ’70. Ha ricevuto il primo premio del National Science and Technology Progress Award nel 2000 ed è stato eletto all’Accademia Cinese di Ingegneria nel 2003.

Obiettivi Strategici della Cina

Emissioni di Carbonio

Poiché la Cina è il leader globale nella produzione di acciaio, la dipendenza eccessiva di questo processo dal carbone ha ostacolato le ambizioni del paese di ridurre le emissioni di carbonio. Inoltre rende la sua industria altamente dipendente dal carbone importato, soprattutto dall’Australia.

Quindi, la Cina ha un forte incentivo a sviluppare metodi alternativi e a implementarli rapidamente, soprattutto se consentono l’uso dell’idrogeno al suo posto. Combinato con il suo ruolo di leader nella produzione di energia verde, la Cina è in una buona posizione per diventare leader nella produzione di acciaio verde.

Rimodellare i Mercati Globali del Ferro?

Un altro aspetto che rende unico questo metodo è che funziona molto bene per minerali a resa bassa o media. Questo potrebbe rimodellare completamente i mercati globali del ferro.

Attualmente, il minerale di ferro di alta qualità e ricco di ferro proveniente dall’Australia è la principale fornitura di ferro per i forni cinesi e le acciaierie.

Fonte: S&P Global

Se la fusione rapida del ferro con idrogeno viene utilizzata per sostituire i forni a carbone, la fornitura domestica di minerale di ferro di qualità inferiore potrebbe essere utilizzata al suo posto.

La relazione tra Cina e Australia si è deteriorata costantemente nell’ultimo decennio, nonostante la dipendenza della Cina dal ferro australiano. Per esempio, nella guerra commerciale del 2020 con l’Australia, il ferro è stato escluso dalle sanzioni a causa dell’alta dipendenza del paese da esso. Pertanto, risolvere questa vulnerabilità potrebbe essere considerata un imperativo strategico per la Cina, indipendentemente dal calcolo economico.

Azienda Mineraria del Ferro

Vale

Una diminuzione dei costi di fusione del ferro e delle emissioni di carbonio potrebbe rendere l’acciaio un materiale ancora più popolare di quanto non lo sia oggi. Quando si tratta di estrazione, scala e buona geologia sono tutto, con costi di produzione bassi che consentono maggiori profitti e sicurezza durante le fasi di recessione, inevitabili nei mercati delle materie prime.

La società brasiliana Vale è il più grande produttore di ferro e nichel al mondo, con un totale di 323‑330 milioni di tonnellate prodotte nel 2024.

L’azienda è anche produttrice di metalli rilevanti per le “transizioni energetiche”, come il rame. Sebbene questi metalli possano essere importanti per il futuro, per ora il ferro è il fulcro dell’azienda.

L’azienda era più diversificata ma si è recentemente ricentrata sul ferro, avendo disinvestito per 2 miliardi di dollari varie altre miniere di metalli e altre commodities come l’olio di palma.

Fonte: Vale

Grande Base di Attivi

Vale si qualifica come una società di servizi di medie dimensioni, gestendo la propria ferrovia, treni, porti e navi per trasportare il minerale dall’estrazione alla consegna ai clienti.

Produce anche molta energia propria, poiché opera in regioni remote e non può dipendere dal governo brasiliano per svolgere correttamente il proprio lavoro, soprattutto considerando le sue enormi esigenze energetiche.

Questo veniva comunemente fatto con l’energia idroelettrica, poiché il settore minerario non è così diverso dalla costruzione di impianti idroelettrici (lavori di terra, scavo di roccia con esplosivi, enormi quantità di cemento, macchinari pesanti, mega progetti di costruzione, gestione della pioggia, ecc.).

Queste infrastrutture sono integrate dal centro R&D dell’azienda, laboratori, centinaia di geologi, centri di formazione, ecc.

Superare le Passate Responsabilità

Un grande rischio per una compagnia mineraria enorme come Vale è un incidente massiccio che causa danni enormi.

Questo è ciò che è accaduto nel 2015 con un disastro enorme che si è verificato dopo il crollo di una diga costruita da Vale, e poi un incidente simile nel 2019.

L’inondazione ha causato il più grave disastro ambientale della storia del Brasile, ha ucciso 19 persone e ha colpito 39 comuni in due stati, seppellendoli nei rifiuti minerari.

Da allora, molte dighe simili sono state riparate e/o migliorate per evitare un’altra catastrofe durante la stagione delle piogge.

L’azienda ha anche cambiato il modo di operare, investendo 2,5 miliardi di dollari in quattro impianti di filtrazione per creare scorie secche (roccia frantumata, polvere e fango) invece di scorie umide che richiedono dighe. Così, in futuro, l’attività mineraria del ferro non produrrà più il tipo di rifiuti che richiedono dighe.

L’azienda sta anche attivamente lavorando per riparare la sua immagine, sottolineando come la sua attività mineraria, combinata con una grande riserva naturale finanziata dall’azienda, sia un importante contributo alla conservazione della foresta pluviale brasiliana, mentre altre aree sono state trasformate in pascoli nella regione.

Fonte: Vale

Nel complesso, Vale sta ora superando i problemi passati legati a disastri ecologici e si sta trasformando in uno dei beni più preziosi del Brasile e in un fornitore centrale di ferro per il mondo, e in particolare per la Cina, un paese con cui il Brasile sta consolidando legami più stretti attraverso la rete commerciale dei BRICS.