Proyecto H2020 SisAl Pilot: Piloto innovador para la producción de Silicio con bajo impacto ambiental utilizando materias primas secundarias de Aluminio y Silicio.
- Tipo Proyecto
- Status Firmado
- Ejecución 2020 -2024
- Presupuesto asignado 11.942.623,43 €
- Alcance Europeo
- Principal fuente de financiación H2020
- Sitio web del proyecto Proyecto SisAl Pilot
La reducción carbotérmica en hornos de arco sumergido (SAF) se utiliza actualmente para la producción de siliconas, que desempeñan un papel fundamental en numerosas industrias, desde la electrónica y el transporte hasta la química, la cosmética y la construcción. El proyecto piloto SisAl, financiado con fondos europeos, desarrolla una alternativa de proceso rentable y ecológica.
El proceso SisAl comprende la reducción aluminotérmica del cuarzo en escoria utilizando materias primas secundarias, como chatarra y escoria de aluminio, como sustitutos de los reductores de carbono utilizados actualmente. Con una mejor valorización de los flujos de residuos y subproductos, un menor consumo energético y la reducción de las emisiones de CO2 y contaminantes nocivos, se describe como un enfoque innovador. Además, contribuye significativamente a la «circularidad», donde la industria del aluminio actuará como proveedor de materias primas y usuario final.
Se ha realizado un mapeo detallado de los recursos de materia prima y la caracterización inicial de las materias primas potenciales para ser utilizadas en el proceso piloto de SisAl. Los resultados del mapeo de materia prima, junto con los resultados de la evaluación detallada del caso de negocio, muestran que se debe enfatizar más atención en las fuentes potenciales de aluminio de ahora en adelante. El enfoque para el trabajo de laboratorio a pequeña escala en la parte pirometalúrgica del proyecto se ha centrado en comprender el impacto que tienen las diferentes materias primas y parámetros de proceso en el proceso de SisAl y en preparar las pruebas piloto en Elkem, RWTH, FRey y Mintek.
Con base en los resultados obtenidos en NTNU, Elkem ha realizado 22 pruebas piloto, con diferentes tipos de materias primas y parámetros de proceso. Los resultados de estos verificaron que los experimentos a pequeña escala en NTNU son representativos para experimentos a gran escala en términos de composición de materia prima y producto, así como de interacción con materiales de crisol de grafito.
El trabajo experimental se ha complementado con trabajo de modelado realizado por SIMTEC e ITMATI. Las escorias de Elkem se han enviado a Mytilineos y NTUA Grecia para ser utilizadas en pruebas hidrometalúrgicas a pequeña escala y a escala piloto, y el silicio producido (>98 % Si) se ha enviado a Silicor para su posterior purificación a Si-SoG. NTUA ha realizado modelos y un cribado a escala de laboratorio de las condiciones óptimas para extraer alúmina de las escorias. La investigación realizada incluyó la optimización de la cristalización de fases alcalinas lixiviables en escorias producidas, el modelado y las pruebas de la lixiviación alcalina de escorias, el modelado de la precipitación de alúmina a partir de soluciones de lixiviación alcalina, el modelado y las pruebas de la lixiviación ácida de escorias, el modelado y las pruebas de la precipitación de clorohidratos de aluminio (ACH) a partir de soluciones de lixiviación ácidas y el refinado de soluciones de ACH para lograr altos grados de pureza.
Los resultados durante los primeros 18 meses muestran que las escorias producidas son/pueden hacerse adecuadas tanto para la lixiviación alcalina como para la ácida.
Se han logrado rendimientos de lixiviación de aluminio del 100% y 65% en lixiviación ácida y alcalina respectivamente. La precipitación de alúmina de la solución ácida producida y refinada ha producido hasta la fecha una alúmina con una pureza del 99,9%. BNW actualizó los análisis de viabilidad europeos a corto plazo durante el primer período del informe con información más detallada sobre los rendimientos del proceso y los precios de los materiales, lo que arroja estimaciones generales positivas del rendimiento económico.
Sin embargo, la previsión de negocio para la fabricación de alúmina de grado metalúrgico (MGA) a partir de escorias de CaO-Al?O? fabricadas con SisAl parece menos prometedora en este momento que las estimaciones iniciales. Otros mercados comerciales que necesitan estas escorias en grandes volúmenes, como la siderurgia secundaria y el clínker de cemento, se investigarán con más detalle en el próximo período del proyecto. Se han establecido modelos de diagrama de flujo utilizando HSC Sim/FACTSage, la evaluación ambiental del proceso SisAl y el desarrollo de una infraestructura para el intercambio de datos.
Los modelos HSC Sim, desarrollados por HZDR, comprenden:
- Diagramas de flujo individuales para las operaciones unitarias pirometalúrgicas e hidrometalúrgicas del proceso SisAl para la producción de silicio y alúmina.
- El proceso convencional de horno de arco sumergido (SAF) para la producción de silicio. Los modelos de diagrama de flujo han generado los balances de masa y energía para los procesos SisAl y SAF.
Posteriormente, la NTNU realizó una comparación de los impactos ambientales entre los procesos SAF convencionales y SisAl mediante un Análisis del Ciclo de Vida (ACV). Los datos necesarios para la evaluación de impacto ambiental se obtuvieron de los modelos de diagrama de flujo desarrollados. Esta evaluación ha demostrado que el proceso SisAl presenta un mejor desempeño ambiental que el proceso SAF en casi todas las categorías de impacto consideradas. Finalmente, se ha creado una estrategia detallada de difusión y comunicación, así como un kit de difusión.
En concreto, se han creado una página web, cuentas en redes sociales, un sistema para compartir archivos (espacio de innovación) y un vídeo promocional del concepto SisAl. Recientemente, se han finalizado una serie de vídeos y un vídeo más largo sobre los experimentos piloto de Elkem, que se publicarán en las redes sociales de SisAl Pilots a principios de 2022. Además, SisAl Pilot se ha presentado en el taller RMIS, un evento de agrupación organizado por la Asociación Europea del Aluminio (EAA) durante el otoño de 2021, y en diversas conferencias como Infacon XVI, RawMat, Silicon for the Chemical and Solar Industry XVI, CRU Silicon Conference y Life Cycle Management Conference.
El proyecto piloto SisAl tiene como objetivo demostrar un novedoso proceso industrial en TRL 6-7 para producir silicio (Si), materia prima crítica (CRM), en diferentes calidades: grado metalúrgico (MG-Si, >98 %), silicio de alta pureza (HP-Si, >99,9 %), grado solar (SoG-Si, >6N) y aleaciones de Al-Si, junto con alúmina de grado metalúrgico (MGA) y/o alúmina de alta pureza (HPA). SisAl representa una alternativa ambiental y económicamente sostenible al proceso actual de reducción carbotérmica en hornos de arco sumergido (SAF), lo que permite la producción de silicio en una Europa cada vez más pobre en carbono. Para la producción de silicio, la solución a corto plazo de utilizar fuentes de biocarbono como reductores de cuarzo es un reto debido a la amplia competencia y los altos precios de este recurso para su uso en productos químicos, combustibles, etc. Por ello, y ante la creciente atención a la economía circular, el uso de fuentes secundarias de aluminio como reductores es más relevante que nunca.
Los problemas subyacentes de suministro de silicio a la UE desde China también se han agravado, lo que ha dejado a las industrias europeas vulnerables tanto a corto como a largo plazo. La situación energética en China ha provocado una caída de la producción de silicio y un aumento de los precios de más del 300 % en menos de dos meses durante el otoño de 2021. El objetivo general del proyecto piloto SisAl es ampliar y demostrar una nueva tecnología europea limpia en carbono para producir silicio y aleaciones de silicio, junto con alúmina de grado metalúrgico (MGA) y alúmina de alta pureza (HPA), en TRL 6-7, validando la calidad de las materias primas y el producto, el impacto ambiental y los parámetros económicos para sentar las bases para la comercialización.
SisAl Pilot tiene como objetivo demostrar un novedoso proceso industrial patentado para producir silicio (Si, una materia prima crítica), permitiendo un cambio del actual proceso carbotérmico de horno de arco sumergido (SAF) a una alternativa mucho más ambiental y económica: una reducción aluminotérmica de cuarzo en escoria que utiliza materias primas secundarias como chatarra y escoria de aluminio (Al), como sustitutos de los reductores de carbono que se utilizan en la actualidad. SisAl Pilot representa un enfoque innovador y una fuerte contribución a la "circularidad" a través de una simbiosis industrial en la que la industria del Al actuará como proveedor de materia prima y usuario final de la industria del Si.
En todos los sectores, SisAl Pilot ofrecerá reducciones sustanciales en las pérdidas de rendimiento de materiales, una mayor valorización de los flujos de residuos y subproductos, con un consumo de energía 3 veces menor y emisiones radicalmente menores de CO2 y contaminantes nocivos, a un costo considerablemente menor. El proyecto piloto SisAl reúne a proveedores de materias primas (Erimsa), actores clave de silicio y aluminio (Wacker, Elkem, DOW, Silicor, SiQAl, Hydro, FRey, Befesa, MYTIL), PYMES/consultores/fabricantes de equipos (BNW, SIMTEC, WS y SBC) y organizaciones de investigación (NTNU, RWTH, NTUA, ITMATI, SINTEF, HZDR, MINTEK) para demostrar el proceso SisAl con diferentes materias primas y salidas de productos en 4 países diferentes. Estos pilotos irán acompañados de evaluaciones comparativas medioambientales, económicas y tecnológicas, y se evaluarán casos de negocio industriales en ubicaciones de Noruega, Islandia, Alemania, España y Grecia.
El calendario de SisAl Pilot es impecable; la transformación hacia una economía circular, el fuerte énfasis en el clima y las futuras asignaciones de CO2 previstas en el marco del RCDE UE con el riesgo asociado de fuga de carbono desde Europa, la dificultad cada vez mayor de exportar chatarra de aluminio de Europa a China y la necesidad cada vez mayor de silicio metálico de la sociedad moderna. Con SisAl, todos estos desafíos se convierten en nuevas oportunidades europeas.
Durante la primera etapa del proyecto, se ha prestado especial atención al diseño operativo, incluyendo el método de agitación, el método de carga y la mezcla de materias primas. Se ha demostrado por primera vez, a escala de 300 kg, que la escoria de aluminio (mezcla de metal y óxido) es un reductor adecuado para las escorias que contienen SiO2. La escoria es un subproducto de la industria del aluminio que contiene una cantidad considerable de aluminio valioso (normalmente un 70-80%).
Actualmente, se emplean procesos industriales adicionales, con un coste considerable y un impacto ambiental negativo, para recuperar partes de este aluminio. También se ha demostrado a escala piloto que los sculls pueden utilizarse para refinar la aleación de Si producida mediante el proceso SisAl a silicio de MG (pureza superior al 99%). Los estudios de viabilidad europeos a corto plazo se han actualizado con información más detallada sobre los rendimientos del proceso y los precios de los materiales, lo que arroja estimaciones generales positivas de rendimiento económico. Estos estudios actualizados han sentado las bases para las conversaciones iniciales con socios potenciales que podrían comercializar el proceso piloto SisAl.
- NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET NTNU (NTNU)
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