2.png)
Carbonatación mineral de escoria de acero: una revisión crítica sobre mecanismos, parámetros operacionales y estrategias de valorización para el secuestro de CO₂
- Autores/as
-
-
Laura Loyola Marion Guio
Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)
Autor/a
-
Franciely Lorenzon Carvalho
Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)
Autor/a
-
Larissa Bernardino Moro
Centro de Pesquisa, Inovação e Desenvolvimento - CPID
Autor/a
-
Yuri Nascimento Nariyoshi
Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)
Autor/a
-
Jairo Pinto de Oliveira
Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)
Autor/a
-
Sérvio Tulio Alves Cassini
Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)
Autor/a
-
- Palabras clave:
- carbonatación mineral, escoria de acero, secuestro de CO₂, valorización de residuos, parámetros operacionales
- Resumen
-
La industria siderúrgica es uno de los mayores contribuyentes globales a las emisiones de dióxido de carbono (CO₂), generando entre el 7% y el 9% del total mundial. En este contexto, la carbonatación mineral de escorias de acero surge como una estrategia prometedora para el secuestro permanente de CO₂ y la valorización de residuos industriales. Este trabajo presenta una revisión crítica y sistemática de la literatura entre 2014 y 2024, explorando los mecanismos fundamentales, la influencia de los parámetros operacionales y el potencial de valorización de la escoria de acero carbonatada. El análisis reveló que, aunque las escorias de horno cuchara (LF) y de horno básico de oxígeno (BOF) se destacan por su reactividad, la eficiencia de secuestro varía significativamente según las condiciones operacionales. Los métodos indirectos y la carbonatación supercrítica demostraron alta eficacia, con tasas de captura que pueden superar el 90% y el 41,9%, respectivamente. Estudios a escala piloto corroboran la viabilidad, con eficiencias reportadas de hasta el 89,7%. La optimización de parámetros como la temperatura (en torno a 60–90 °C), la relación líquido-sólido (L/S de 4:1) y la granulometría fina resulta crucial, aunque el efecto de la presión de CO₂ puede variar y el exceso de presión, en algunos casos, reducir la eficiencia. Los productos carbonatados presentan amplias aplicaciones en la construcción civil como agregados y ligantes, mejorando la estabilidad volumétrica e inmovilizando metales pesados, lo que puede reducir las emisiones de CO₂ en la producción de hormigón hasta en un 30%. Persisten desafíos como la variabilidad en la composición de la escoria y el alto consumo energético para la molienda. Se concluye que la estandarización de métodos, la optimización de parámetros y el fomento de proyectos a escala industrial son esenciales para maximizar el potencial de la escoria de acero como solución sostenible para la descarbonización y la economía circular.
- Biografía del autor/a
- Referencias
-
Bonenfant, D., Kharoune, M., & Hausler, R. (2017). Optimization of a mineral carbonation process for CO₂ sequestration using steel slag. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 52(2), 173-181. https://doi.org/10.1080/10934529.2016.1242337
Chang, E. E., Chang, Y. H., & Chen, Y. H. (2011). Accelerating carbonation of steel slag for CO₂ fixation and construction material. Journal of Hazardous Materials, 186(2-3), 1345-1351. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.12.016
Chen, Z., Li, R., Zheng, X., & Liu, J. (2021). Carbon sequestration of steel slag and carbonation for activating RO phase. Cement and Concrete Research, 139, 106271. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.106271
Cheng, C., Huang, W., Xu, H., Liu, Z., Li, X., Shi, H., Yu, Y., Qu, Z., & Yan, N. (2023). CO₂ sequestration and CaCO₃ recovery with steel slag by a novel two-step leaching and carbonation method. Science of the Total Environment, 891, 164203. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.164203
Costa, G., Santos, R. M., & Al-Manaseer, A. A. (2018). Life Cycle Assessment (LCA) of CO₂ sequestration technologies: A review. Journal of Cleaner Production, 182, 895-905. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.02.100
Davis, S. J., Caldeira, K., & Matthews, H. D. (2015). Future atmospheric CO₂ with or without carbon capture and storage. Nature Climate Change, 5(9), 833-837. https://doi.org/10.1038/nclimate2660
DiGiovanni, T., Li, W., Yang, S., Lin, M., & Choo, Y. (2024). Carbonation of steel slag for sustainable building materials: A comprehensive review. Construction and Building Materials, 412, 134601. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.134601
Gomari, K. E., Gomari, S. R., Hughes, D., & Ahmed, T. (2024). Exploring the potential of steel slag waste for carbon sequestration through mineral carbonation. Journal of Environmental Management, 351, 119835. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.119835
Gong, P., Peng, Y., Yu, D., & Yang, B. (2021). Life cycle assessment of mineral carbonation of steel slag for CO₂ sequestration and utilization. Journal of Cleaner Production, 290, 125191. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.125191
Ho, H.-J., Iizuka, A., & Kubo, H. (2022). Direct aqueous carbonation of dephosphorization slag under mild conditions. Environmental Technology & Innovation, 28, 102905. https://doi.org/10.1016/j.eti.2022.102905
IPCC, 2023: Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, H. Lee and J. Romero (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland. https://doi.org/10.59325/2f170e55
Kim, J., & Azimi, G. (2021). The CO₂ sequestration by supercritical carbonation of electric arc furnace slag. Journal of CO₂ Utilization, 52, 101667. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2021.101667
Lee, J., Jo, H., Lim, Y., Kim, J., Lim, J., & Kim, M. (2023). Long-term performance and CO₂ sequestration of carbonated EAF slag aggregates in concrete. Construction and Building Materials, 381, 131238. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131238
Li, Z., Xing, Y., Ma, M., Su, W., Cui, Y., Tian, J., & Fei, F. (2024). Towards the co-benefits of carbon capture, utilization and sequestration: A life cycle assessment study for steel slag disposal. Journal of Cleaner Production, 443, 141166. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.141166
Mechelen, D., Van (2015). In Quaghebeur, M., Mechelen, D., Van, & Mertens, G. (2015). Carbonation of steel slag as a method for CO₂ sequestration and production of value-added materials: A state-of-the-art review. Waste Management, 42, 198-209. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.04.015
Narani, S. S., & Siddiqua, S. (2024). Accelerated carbonation of alkali-activated blended blast furnace slag and wood fly ash. Construction and Building Materials, 411, 134570. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.134570
Polettini, A., Pomi, R., & Stramazzo, A. (2016). Mineral carbonation of BOF slag for CO₂ sequestration: A laboratory study. Waste Management, 50, 148-158. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.02.012
Sanna, A., Dri, M., Maroto-Valer, M. M., & Styles, M. (2013). Accelerated mineral carbonation for CO₂ sequestration in steel slag: Effect of process parameters. Chemical Engineering Journal, 222, 584-593. https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.02.046
Tian, S., Jiang, J., Li, K., Yan, F., & Chen, X. (2014). Performance of steel slag in carbonation–calcination looping for CO₂ capture from industrial flue gas. RSC Advances, 4(12), 6858–6862. https://doi.org/10.1039/C3RA45672J
Wang, X., Lu, X., & Li, J. (2020). Mineral carbonation of steel slag: A review of recent developments and future trends. Journal of Cleaner Production, 260, 121041. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121041
Wang, Y., Li, R., Jiang, W., & Zhang, H. (2022). Sustainable utilization of carbonated steel slag in cementitious materials: A review. Construction and Building Materials, 350, 128822. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.128822
Wu, L., Li, H., Mei, H., Rao, L., Xia, Y., & Dong, Y. (2023). A novel approach to accelerate carbon dioxide sequestration of ladle furnace slag using sodium bicarbonate solution. Minerals Engineering, 204, 108374. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2023.108374
Yao, J., Chen, Q., Zeng, L., & Ding, W. (2024). Preparation of calcium carbonate with microstructure and nanostructure from carbide slag. Particuology, 90, 1–9. https://doi.org/10.1016/j.particu.2023.102604
Zhao, L., Xu, Y., Sun, Q., & Zhang, Y. (2020). Comparison of different methods for CO₂ mineralization using steel slag: A review. Journal of CO₂ Utilization, 37, 176-191. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2019.11.025
- Cover Image
-
- Descargas
- Publicado
- 2025-12-04
- Sección
- INGENIERÍA AMBIENTAL Y SOSTENIBILIDAD
- Licencia
-
Derechos de autor 2025 Guio, L. L. M., Carvalho, F. L., Moro, L. B., Nariyoshi, Y. N., Oliveira, J. P. de, & Cassini, S. T. A.
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Todas las obras publicadas en la Revista Brasileña de Ingeniería de Producción (BJPE) están bajo la licencia Creative Commons Atribución 4.0 Internacional (CC BY 4.0). Esto significa que: Cualquier persona puede copiar, distribuir, exhibir, adaptar, remezclar e incluso utilizar comercialmente el contenido publicado en la revista; Siempre que se reconozca debidamente a los autores y a BJPE como fuente original; No se requiere permiso adicional para la reutilización, siempre que se respeten los términos de la licencia. Esta política cumple con los principios de acceso abierto, promoviendo la amplia difusión del conocimiento científico. 🔗 Haga clic aquí para acceder a la licencia completa.
