Proxecto Piloto H2020 SisAl: Piloto innovador para a produción de silicio con baixo impacto ambiental utilizando materias primas secundarias de aluminio e silicio.
- Tipo Proxecto
- Estado Firmado
- Execución 2020 -2024
- Orzamento asignado 11.942.623,43 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento H2020
- Páxina web do proxecto Proyecto SisAl Pilot
A redución carbotérmica en fornos de arco mergullado (SAF) utilízase actualmente para a produción de siliconas, que desempeñan un papel fundamental en numerosas industrias, desde a electrónica e o transporte ata os produtos químicos, cosméticos e a construción. O proxecto piloto SisAl, financiado pola UE, está a desenvolver un proceso alternativo rendible e respectuoso co medio ambiente.
O proceso SisAl consiste na redución aluminotérmica do cuarzo en escoura utilizando materias primas secundarias, como chatarra de aluminio e escorias, como substitutos dos redutores de carbono utilizados na actualidade. Cunha mellora da valorización dos fluxos de residuos e subprodutos, un menor consumo de enerxía e unha redución de CO2 e de emisións nocivas de contaminantes, descríbese como un enfoque innovador. Ademais, contribúe significativamente á "circularidade", onde a industria do aluminio actuará tanto como provedora de materia prima como como usuario final.
Realizouse unha cartografía detallada dos recursos de materias primas e unha caracterización inicial de materias primas potenciais para o seu uso no proceso piloto SisAl. Os resultados do mapeo de materias primas, xunto cos resultados da avaliación detallada do caso de negocio, mostran que se debe facer maior énfase nas fontes potenciais de aluminio no futuro. O traballo de laboratorio a pequena escala no lado pirometalúrxico do proxecto estivo centrado na comprensión do impacto de diferentes materias primas e parámetros do proceso no proceso SisAl e na preparación para as probas piloto en Elkem, RWTH, FRey e Mintek.
A partir dos resultados obtidos na NTNU, Elkem realizou 22 probas piloto, con diferentes tipos de materias primas e parámetros de proceso. Os resultados destes comprobaron que os experimentos a pequena escala en NTNU son representativos de experimentos a gran escala en termos de materia prima e composición do produto, así como a interacción cos materiais do crisol de grafito.
O traballo experimental complementouse co traballo de modelado realizado por SIMTEC e ITMATI. As escouras de Elkem foron enviadas a Mytilineos e NTUA Grecia para o seu uso en probas hidrometalúrxicas a pequena escala e a escala piloto, e o silicio producido (>98% Si) foi enviado a Silicor para a súa posterior purificación a Si-SoG. NTUA realizou modelado a escala de laboratorio e cribado das condicións óptimas para extraer alúmina da escoura. A investigación realizada incluíu a optimización da cristalización de fases alcalinas lixiviables en escorias producidas, modelización e proba de lixiviación alcalina de escorias, modelización da precipitación de alúmina a partir de solucións de lixiviación alcalina, modelización e proba de lixiviación ácida de escorias, modelización e proba de lixiviación ácida de escorias, modelado e proba de solucións de clorohidrato de aluminio para conseguir solucións de precipitación alta de ACH niveis de pureza.
Os resultados durante os primeiros 18 meses mostran que as escouras producidas son/pódense facer aptas tanto para a lixiviación alcalina como ácida.
Alcanzáronse rendementos de lixiviación de aluminio do 100% e do 65% en lixiviación ácida e alcalina respectivamente. A precipitación de alúmina a partir da solución ácida producida e refinada produciu ata a data alúmina cunha pureza do 99,9%. BNW actualizou as súas análises de viabilidade europea a curto prazo durante o primeiro período de informe con información máis detallada sobre os rendementos dos procesos e os prezos dos materiais, obtendo estimacións xerais positivas do rendemento económico.
Non obstante, as perspectivas comerciais para a fabricación de alúmina de grao metalúrxico (MGA) a partir de escouras de CaO-AlO fabricadas con SisAl parecen menos prometedoras neste momento que as estimacións iniciais. Outros mercados comerciais que requiran estas escouras en grandes volumes, como a siderurxia secundaria e o clinker de cemento, investigaranse con máis detalle no próximo período do proxecto. Establecéronse modelos de diagramas de fluxo utilizando HSC Sim/FACTSage, a avaliación ambiental do proceso SisAl e o desenvolvemento dunha infraestrutura para o intercambio de datos.
Os modelos HSC Sim, desenvolvidos por HZDR, inclúen:
- Diagramas de fluxo individuais para as operacións unitarias pirometalúrxicas e hidrometalúrxicas do proceso SisAl para a produción de silicio e alúmina.
- O proceso convencional do forno de arco mergullado (SAF) para a produción de silicio. Os modelos de follas de fluxo xeraron balances de masa e enerxía para os procesos SisAl e SAF.
A continuación, NTNU realizou unha comparación dos impactos ambientais entre os procesos SAF convencionais e SisAl mediante unha Avaliación do Ciclo de Vida (ACV). Os datos necesarios para a avaliación de impacto ambiental obtivéronse dos modelos de diagramas de fluxo desenvolvidos. Esta avaliación demostrou que o proceso SisAl ten un mellor rendemento ambiental que o proceso SAF en case todas as categorías de impacto consideradas. Finalmente, elaborouse unha detallada estratexia de difusión e comunicación, así como un kit de difusión.
En concreto, creouse unha páxina web, contas de redes sociais, un sistema de intercambio de ficheiros (espazo de innovación) e un vídeo promocional do concepto SisAl. Recentemente, completáronse unha serie de vídeos e un vídeo máis longo sobre os experimentos piloto de Elkem e publicaranse nas canles de redes sociais de SisAl Pilots a principios de 2022. Ademais, SisAl Pilot presentouse no taller RMIS, un evento de clúster organizado pola Asociación Europea do Aluminio (EAA) durante o outono de 2021, como as conferencias de Raw Intfa e Silicon XVI Industria Química e Solar, CRU Silicon Conference e Life Cycle Management Conference.
O proxecto piloto SisAl ten como obxectivo demostrar un novo proceso industrial no TRL 6-7 para producir silicio (Si), materia prima crítica (CRM), en diferentes calidades: grao metalúrxico (MG-Si, >98%), silicio de alta pureza (HP-Si, >99,9%), grao solar (SoG-Si, >6N) e aliaxes de Al-Si, xunto con aliaxes metalúrxicas e alúminas de alta pureza (aluminaMGA). (HPA). SisAl representa unha alternativa ambiental e económicamente sostible ao actual proceso de redución carbotérmica en fornos de arco mergullado (SAF), que permite a produción de silicio nunha Europa cada vez máis pobre en carbono. Para a produción de silicio, a solución a curto prazo de utilizar fontes de biocarbono como redutores de cuarzo é un reto pola intensa competencia e os elevados prezos deste recurso para o seu uso en produtos químicos, combustibles, etc. Por iso, e ante a crecente atención que se presta á economía circular, o uso de fontes secundarias de aluminio como redutores é máis relevante que nunca.
Os problemas subxacentes de subministración de silicio á UE desde China tamén se agravaron, deixando ás industrias europeas vulnerables tanto a curto como a longo prazo. A situación enerxética en China provocou unha caída da produción de silicio e un aumento dos prezos de máis do 300% en menos de dous meses durante o outono de 2021. O obxectivo xeral do proxecto piloto SisAl é ampliar e demostrar unha nova tecnoloxía europea de carbono limpo para producir silicio e aliaxes de silicio, xunto con alúmina de grao metalúrxico (MGA) e material de alta pureza PA6, a validación de TRL e de alta pureza. calidade do produto, impacto ambiental e parámetros económicos para sentar as bases para a comercialización.
SisAl Pilot ten como obxectivo demostrar un novo proceso industrial patentado para producir silicio (Si, unha materia prima crítica), que permita un cambio do proceso actual de fornos de arco mergullado carbotérmico (SAF) a unha alternativa moito máis viable desde o punto de vista ambiental e económico: unha redución aluminotérmica de cuarzo a escoura utilizando materias primas secundarias como o carbono, o aluminio e os substitutos de carbono (Al) actualmente en uso. SisAl Pilot representa un enfoque innovador e unha forte contribución á "circularidade" a través dunha simbiose industrial na que a industria do Al actuará tanto como provedora de materia prima como como usuario final da industria Si.
En todos os sectores, SisAl Pilot ofrecerá reducións substanciais nas perdas de rendemento de material, aumento da valorización dos fluxos de residuos e subprodutos, cun consumo de enerxía tres veces menor e emisións radicalmente menores de CO2 e contaminantes nocivos, a un custo significativamente menor. O proxecto piloto SisAl reúne a provedores de materias primas (Erimsa), principais actores do silicio e aluminio (Wacker, Elkem, DOW, Silicor, SiQAl, Hydro, FRey, Befesa, MYTIL), pemes/consultores/fabricantes de equipos (BNW, SIMTEC, WS e SBC) e organismos de investigación (NT, SNUINT, EFTH, NTNU, SBC, ITMZINT, EFTH, S. MINTEK) para demostrar o proceso SisAl con diferentes materias primas e saídas de produtos en 4 países diferentes. Estes pilotos irán acompañados de benchmarking ambiental, económico e tecnolóxico, e avaliaranse casos de negocio industrial en localidades de Noruega, Islandia, Alemaña, España e Grecia.
O horario de SisAl Pilot é impecable; a transformación cara a unha economía circular, a forte énfase no clima e as futuras asignacións de CO2 previstas no marco do EU ETS co risco asociado de fuga de carbono desde Europa, a crecente dificultade para exportar chatarra de aluminio de Europa a China e a necesidade cada vez maior de silicio metálico na sociedade moderna. Con SisAl, todos estes retos convértense en novas oportunidades europeas.
Durante a primeira fase do proxecto, prestouse especial atención ao deseño operativo, incluíndo o método de axitación, o método de carga e a mestura de materias primas. Demostrouse por primeira vez, nunha escala de 300 kg, que a escoura de aluminio (unha mestura de metal e óxido) é un redutor axeitado para as escouras que conteñen SiO2. A escoura é un subproduto da industria do aluminio que contén unha cantidade considerable de aluminio valioso (xeralmente 70-80%).
Na actualidade, utilízanse procesos industriais adicionais, cun custo considerable e con impacto ambiental negativo, para recuperar pezas deste aluminio. Tamén se demostrou a escala piloto que os sculls poden usarse para refinar a aliaxe de Si producida polo proceso SisAl até silicio MG (pureza superior ao 99%). Actualizáronse os estudos de viabilidade europeos a curto prazo con información máis detallada sobre os rendementos dos procesos e os prezos dos materiais, obtendo estimacións de rendemento económico global positivas. Estes estudos actualizados sentaron as bases para as discusións iniciais con potenciais socios que poderían comercializar o proceso piloto SisAl.
- NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET NTNU (NTNU)
Proxectos relacionados
