docMetallien jalostus Raaka-aineesta lopputuotteeseen
download 
Report Transcription
Metallien jalostus Raaka-aineesta lopputuotteeseen
10/8/2015 CHEM-A1100 Teollisuuden toimintaympäristöt ja prosessit Luento: 8.10.2015 Metallinjalostusteollisuus - Raaka-aineista Tuotteiksi Marko Kekkonen Luennon sisältö • Johdanto • Metallien jalostus - Raaka-aineet - Energialähteet - Reagenssit • Metallien valmistuksesta yleisesti • Metallienjalostuksen toimintaympäristö – Raaka-aineista lopputuotteiksi - Prosessiesimerkkejä 2 1 10/8/2015 Oppimistavoitteet Luentojen jälkeen opiskelija… • tunteen alan yleisimpiä käsitteitä/termejä • tietää metallinjalostusprosessien - raaka-aineet, energialähteet, reagenssit - ominaispiirteet - toimintaympäristön • osaa nimetä metallien/metalliseosten valmistuksen osaprosessit ja kuvailla niiden tehtävät • tunnistaa eri metallien/metalliseosten valmistusprosessien periaatteet raaka-aineista pää- ja sivutuotteisiin. 3 Metallien tuotanto Maailmassa/Suomessa 2014 Suomi: - Teräs: 3.8 Mt (0.2%) Ruostumaton teräs: ~1 Mt (2.4%) Cu: 0.15 Mt (0.7%) Ni: 0.043 Mt (2.1%) Zn: 0.3 Mt (2.3%) Co: 0.011 Mt (12.5%) https://www.worldsteel.org http://www.world-aluminium.org http://www.worldstainless.org http://www.icsg.org http://www.ilzsg.org http://www.insg.org http://www.thecdi.com/index.php Materia lehti 3/2015 4 2 10/8/2015 Compound annual growth rate of major metals (%/year): 1980 - 2014 Stainless Steel in Figures 2015 http://www.insg.org/docs/ISSF_Stainless_Steel_in_Figures_2015_English.pdf 5 • Metallien tarve ei maailmassa lopu Teräksen kysyntä Kuparin kysyntä 6 http://www.aqmcopper.com/s/copperfundamentals.asp 3 10/8/2015 Primäärisen nikkelin kysyntä Sinkin kysyntä 7 http://www.slideshare.net/informaoz/manish-garg-hdr-salva Metallien/metalliseosten valmistus Raaka-aineet - Primääriset - Sekundääriset Tuotantoprosessi 8 4 10/8/2015 Primääriset raaka-aineet • Markkinavetoisuus ® jyrkät metallien hintojen vaihtelut Cu • Metallit esiintyvät luonnossa mineraaleina (poikkeuksena mm. eräät jalometallit joita voi esiintyä puhtaina) - oksidit/hydroksidit, sulfidit, karbonaatit nitraatit, fosfaatit, silikaatit, sulfaatit,… • Malmi ? - Kiviaines, jossa on arvometalleja (yksi tai useampi) niin paljon, että niiden erottaminen kivestä on taloudellisesti kannattavaa. Ni http://www.lme.com/ 9 Primääriset raaka-aineet • Tärkeimmät oksidiset/hydroksidiset ja sulfidiset malmit - Oksidimalmit mm. Raudan (teräksen) lähteitä - Hydroksidimalmit mm. Alumiinin lähteitä Metallinjalostajat ry: Teräskirja, 2009 - Sulfidimalmit ovat mm. Kuparin, Nikkelin ja Sinkin lähteitä • Malmipohjaisessa valmistuksessa - 100% teräksestä, 40% nikkelistä, 20% kuparista ja 5% sinkistä valmistetaan oksideista - 60% nikkelistä, 80% kuparista, 95% sinkistä valmistetaan sulfideista - Suomessa kuparin, nikkelin ja sinkin valmistus perustuu sulfidisten rikasteiden hyödyntämiseen Lähde: T. Norgate, S. Jahanshahi: ‘Low grade ores – Smelt, leach or concentrate?’ Minerals Engineering 23 (2010) 65–73 10 5 10/8/2015 Primääriset raaka-aineet Kaivosala tähtää uuteen nousuun (Helsingin sanomat, 8.10.2015) 11 Primääriset raaka-aineet Suomessa tuotetut metallimalmirikasteet, (tonnia/v) 2010 2011 2012 2013 2014 Kromirikaste 598 000 692 527 425 217 981 752 1 034 750 Kuparirikaste 50 709 48 668 104 393 145 758 163 016 Nikkelirikaste 43 151 87 974 99 089 137 911 126 801 Sinkkirikaste 95 305 91 196 89 026 72 910 77 425 117 819 76 210 51 258 Kobolttiirikaste • Suomessa malmipohjainen metalliteollisuus on riippuvainen ulkomailta tuoduista raaka-aineista, poikkeuksena ferrokromin valmistus kromiittirikasteesta* - Kuparin, nikkelin ja sinkin valmistuksessa kotimaisen rikasteen osuus 10-30 % * Ferrokromi on ruostumattoman teräksen seosaine. Materia 3/2015 http://www.norilsknickel.fi/fi/nikkeli/valmistus/raaka-aineet/ http://www.boliden.fi/fi/Products/Raw-Materials-/ 12 6 10/8/2015 Malmien arvometallipitoisuus: Fe and Zn • Rikkaiden ja helposti hyödynnettävien metalliesiintymien vähentyessä on siirryttävä hankalammin hyödynnettäviin raaka-aineisiin. palamalmi Fe-content, % hienoaines International Zinc Association: http://www.mmg.com/media/Reports%20and%20Presentations/Presentations/2014/IZA-Update-Feb-2014.pdf World steel association: http://www.worldsteel.org/ 13 Raw Materials Outlook Edwin Basson, Director General, 6 May 2015 Malmien arvometallipitoisuus: Cu Pyhäsalmi ® 2019 - Cu 1.1%, Zn 1.9% Kylylahti 2012 – - Cu 0.66%, Zn 0.72% - elinikä 8-9 v http://www.uvm.edu/~shali/Schodde.pdf Kevitsa 2012 ® - Ni 0.2%, Cu 0.3% - arvioitu elinikä n. 29 v. Talvivaara 2008- Ni 0.23%, Cu 0.13%, Zn 0.50% , Co 0.02%, U 0.0017% 14 http://www.slideshare.net/informaoz/manish-garg-hdr-salva 7 10/8/2015 Sekundääriset raaka-aineet • Kierrätettävät metallit (”romu”) • Teräksen kokonaiskierrätysaste maailmassa on noin 83 %, Kuparin 63 %. • Noin 75% aikojen saatossa valmistetusta alumiinista on vielä käytössä Lähteet: World Steel Association, https://www.worldsteel.org/ International Copper Study Group, http://www.icsg.org/, 15 http://www.world-aluminium.org Kuusakoski Oy Sekundääriset raaka-aineet Käytöstä poistettuja tuotteita • Haasteena erottelu Auton keskimääräinen materiaalisisältö Kuusakoski Oy http://www.autokierratys.fi/kuluttajille/kierratysjarjestelma/kierratettavat_materiaalit 16 8 10/8/2015 Sekundääriset raaka-aineet Kännykän materiaalit Lähde: HS, 18.9.2014 Käytöstä poistettuja tuotteita • Elektroniikkaromu Tuotannon poisteita • Muiden prosessien jätteet tai sivutuotteet - Toisen jäte voi olla toiselle arvokas raaka-aine 17 Malmi- ja kierrätyspohjainen valmistus • Vaikka kierrätys joidenkin metallien osalta toimii hyvin, eivät kierrätysmetallit yksin riitä kattamaan kasvavaa kysyntää. 18 9 10/8/2015 Metallien/metalliseosten valmistus - Energia Raaka-aineet Pääasialliset energianlähteet: - Sähkö - Kiviihiili* ® Koksi - Yhdisteiden palamislämpö Energia - Primääriset - Sekundääriset Reagenssit Tuotanto Apupolttoaineet: - Öljy - Maakaasu - Prosessikaasujen kierrätys !!! • Metallurginen teollisuus on hyvin energiaintensiivistä. • Pyrometallurgiset prosessit tapahtuvat korkeissa lämpötiloissa - panoksen kuumentaminen/sulattaminen - endotermiset lämpöä kuluttavat reaktiot • Hydrometallurgiset raffinointiprosessit kuluttavat paljon energiaa (sähköä) * Suomessa ei ole kivihiilikaivoksia 19 Metallituotteiden valmistuksen energiankulutus Suomessa Sähkönkulutus kWh/t Lämmön/polttoaineenergian kulutus, GJ/t Teräs (malmipohj.) 350-400 17-19 Teräs (kierrätysteräs) 850-950 3-3,5 800-1100 5-7 Ferrokromi Ruostumaton teräs 3100-3500 2-10 Sinkkivalanteet 3800-4000 1,5-3 Kuparikatodi 500-700 2-7 Nikkelikatodi 7000-10000 18-20 • Metallienjalostuksen sähkönkulutus ~ 10% Suomen kokonaiskulutuksesta (2014) • Normaalin varustetason kerrostaloasunnossa (75m 2, 3 asukasta) sähköä kuluu vuosittain noin 2 400 kWh* Lähteet: Energiateollisuus ry, 21.1.2014 Energiavuosi 2013-Sähkö. Taulukko: VTT: ‘Energy visions 2050’, 2009 * Kotitalouksien sähkönkäyttö 2011, Tutkimusraportti 26.2.2013 , Adato Energia 20 10 10/8/2015 Metallien valmistuksen energiankulutus Kierrätys vähentää syntyvää jätettä sekä säästää energiaa ja luontoa 21 Metallien/metalliseosten valmistus - Reagenssit Raaka-aineet - Primääriset - Sekundääriset • Hapettimet: - esim. happi, ilma, hapettavat yhdisteet Reagenssit • Pelkistimet: - hiili (kivihiili, koksi), öljy, maakaasu, vety, metallit esim. Mg, Al • Liuottimet: - esim. vesi, rikkihappo, suolasulatteet Energia Tuotanto • Saostajat: - esim. Al teräksen puhdistuksessa • Lisäaineet: - aineet jotka vaikuttavat prosesseissa esiintyvien faasien ominaisuuksiin kuten viskositeettiin ja pintajännityksiin • Suorittavat kemiallisen työn, muodostavat haluttuja faaseja tai vaikuttavat prosessissa syntyvien faasien fysikokemiallisiin ominaisuuksiin 22 11 10/8/2015 Metallien/metalliseosten valmistus Metallien, metalliseosten ja kemikaalien valmistus primäärisistä (luonnon) ja sekundäärisistä raaka-aineista (”romu”, jätteet). Prosessimetallurgia Hydrometallurgia Pyrometallurgia - korkealämpötilaprosessit - laaja lämpötila-alue: kiinteän tilan prosesseista sulatilan prosesseihin - metallien ja metalliyhdisteiden valmistus vesiliuoksia hyväksi käyttäen - matala lämpötila, yleensä <100°C • Metalleja valmistetaan joko pyro- tai hydrometallurgisella prosessilla. - usein myös niiden yhdistelmillä Raaka-aineet: • Primääriset korkealaatuiset malmit käsitellään pääosin pyrometallurgisesti • Primääriset heikkolaatuiset rikastukseen soveltumattomat malmit pääosin hydrometallurgisesti • Primääriset kompleksiset malmit (useampia metalleja) pääosin hydrometallurgisesti • Sekundääriset raaka-aineet käsitellään joko pyro- tai hydrometallurgialla 23 Metallien/metalliseosten valmistus • Metallurgiset tuotantoprosessit koostuvat eri vaiheista, joiden läpi kulkiessaan materiaalivirta rikastuu arvometallin/-metallien suhteen raaka-aineesta puhtaaksi metalliksi tai metalliseokseksi Pyrometallurginen valmistus Malmin rikastus • Metallimineraalien lisäksi malmi sisältää sivukivimineraaleja, joiden määrää vähennetään ennen varsinaista metallin valmistusprosessia. Suoritetaan kaivosten yhteydessä. Terminen esikäsittely • Tarkoitus saattaa rikaste sellaiseen kemialliseen ja fysikaaliseen tilaan ja muotoon, joka on optimaalinen seuraavalle prosessointivaiheelle (Raaka)metallin valmistus Raffinointi • Sulan metallin valmistus (sis. epäpuhtauksia) • Viimeistelevä operaatio epäpuhtauksien poistamiseksi raakametallista ja talteenottamiseksi, jos kyseessä on arvometalli • Lopputuotteen kannalta haitalliset aineet (epäpuhtaudet) poistetaan prosessiketjun eri vaiheissa ja arvometallit otetaan talteen. 24 12 10/8/2015 Metallien/metalliseosten valmistus • Pyrometallurgia - Korkeissa lämpötiloissa reaktionopeudet ovat suuria - Yhdisteiden stabiilisuus pienenee lämpötilan kasvaessa Metallin ja sivukiven (epäpuhtauksien) erottuminen helpottuu - Kuonaus* ja haihdutus ovat yleisimmät pyrometallurgiset erotusmenetelmät, joilla eri arvometallit ja arvottamat ainekset erotetaan toisistaan. Kuona = Metallurgisen prosessin sivutuote (tai jäte), joka sisältää lopputuotteen kannalta ei-toivottuja aineita. 25 Metallien/metalliseosten valmistus • Hydrometallurgia Raaka-aine Aktivointi Liuotus Liuospuhdistus Liuottimen regenerointi Tuotteen talteenotto • Sekä mineraalien kemiallisia muutoksia että mineraalien rakenteen muutoksia (jauhatus). Jätteen käsittely Jätteet • Liuotuksella erotetaan haluttuja metalleja raaka-aineesta Arvometallilien talteenotto (usein jalometallit) Sivutuotteet • Liuospuhdistuksen tehtävä on poistaa liuoksesta epäpuhtaudet ennen varsinaisten tuotteiden talteenottoa tai erottamalla arvometalli puhtaaseen liuokseen. Puhdas metalli • Hyvä kemiallinen erottelukyky (esim. Katodikupari 99,995 %) * käytetään mm. - ei-rautametallien puhdistuksessa eli raffinoinnissa (esim. Cu, Ni) - muiden prosessien jätteiden ja sivutuotteiden käsittelyssä 26 13 10/8/2015 Element % max Prosessiesimerkki Ag 0.0025 Kuparin valmistus sulfidisista malmeista As 0.0005 Bi 0.0002 Cd - Co - Cr Fe 0.001 Mn - Ni - P - Pb 0.0005 S 0.0015 Sb 0.0004 Se 0.0002 Si LME A-laatu - Sn Cu 99.9935 % Te Max. 0.0065 p-% metallisia epäpuhtauksia Zn 0.0002 - LME = London Metal Exchange 27 Malmista rikasteeksi Vaahdotus: Esim. Kuparimalmi Kuparimalmi Cu-pit. ~ 1 % Cu-pitoisuus: ~ 1% ® ~ 20-30% Kuvat: Teräskirja, 2009 28 14 10/8/2015 Prosessiesimerkki Esikäsittelynä rikasteen kuivaus: kosteuden poisto 8 % £ 0.2 % Kuparin valmistus sulfidisista rikasteista - [S] + O2(g) = SO2(g) - oksidit poistuu (kuona) romu ~98% Cu - [S] + O2(g) = SO2(g) Sularaffinointi 31 Kuparin valmistus sulfidisista rikasteista Voimalaitos Rikasteet Sekundääriset mat. (pölyt) Kuparisulatto SO2 SiO2 Happi+Ilma Nestemäinen SO2 Kuonarikastamo Cu-pitoinen kuonarikaste Kipsisakka Rikkihappotehdas Hg-sakka SO2 LIEKKISULATUS kuona 70% Cu, 10% Fe, 20% S kuona Cu-pitoinen jäähd.mat. 98% Cu 99,5 % Cu Fe3O4, As, Sb, Bi, Sn, ZnO, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, ... ongelmajäte Poistokaasu Kuparianodi 99,5 % Cu Rikkihappo Pää- ja sivutuotteet Hyödynnettävä energia Hyödyntämätön poiste 30 15 10/8/2015 Kuparianodi Kuparianodin elektrolyyttinen puhdistus (hydrometallug.) 99,5 % Cu Nikkelisulfaatti Kuparisulfaatti Kuparikatodi 99,997 % Kulta Hopea Seleeni Pt-Pd rikaste 119 000 t Kuparitelluridi Kuvat: www.boliden.com http://www.edu.helsinki.fi/astel-ope/aineiden_ominaisuudet/maapera_ja_metallit.htm 31 Kuparin jalostus • Kuparin ja kuparipitoisten seosten* käyttö perustuu niiden erinomaisiin sähkön- ja lämmönjohtavuuteen sekä korroosionkestävyyteen. - sähkön- ja lämmöjohtokyky on erittäin herkkä epäpuhtauksille Tuote Käyttö Kulta mm. korut, elektroniikka Hopea mm. korut, elektroniikka Seleeni mm. lääketeollisuus, lannoitteet Telluuri mm. teräksen lisäaine Platina-Palladium mm. korut, katalysaattorina Tärkeimpiä kuparia sisältäviä seosmetalleja ovat messingit (kuparin ja sinkin seoksia), pronssit (kuparin, tinan ja eräiden muiden 34 metallien seoksia) sekä seoshopeat. Lähde: http://www.boliden.com/fi/Toimipaikat/Sulatot/Boliden-Harjavalta/ 16 10/8/2015 Prosessiesimerkki Nikkelin valmistus sulfidisista malmeista Tyypillinen nikkelirikaste sisältää mm. Ni 15 % Cu 1 % S 28 % Fe 31 % Co 0.2-1 % http://www.nornik.fi 34 H Y D R O M E T A L L U R G I A jäte http://www.nornik.fi 35 17 10/8/2015 Norilsk Nickel Harjavalta - Tuotteet Tuote Käyttökohde Nikkelikatodi (99,9 % Ni) pinnoitteihin ja seosmetalleihin – erityisesti ruostumaton teräs. Nikkelibriketit (99,8 % Ni) ruostumattoman teräksen valmistukseen Nikkelisulfaatti (22 % Ni) sähköpinnoitukseen Nikkelihydroksidi (60% Ni) akkuteollisuus Nikkelihydroksikarbonaati (40-50% Ni) ruostesuojaukseen sekä elektroniikkaja kemianteollisuudessa Ammoniumsulfaatti lannoitteena tai erikoislannoitteiden raaka-aineena http://www.nornik.fi 36 Raaka-aineet, t 281 000 Ympäristötase (2014) Energian käyttö, 489 GWh - sähkö 164 GWh - lämpö 325 GWh - sekund.energian osuus 74 % Vesi, tuhatta m3 - pohjavesi 380 - jokivesi jäähd. 10 600 Tarveaineet, t - happi 55 000 - rikkihappo 36 000 - natriumhydroksidi 32 900 - ammoniakki 14 900 - typpi 11 400 - natriumkarbonaatti 5 700 - suolahappo 3 500 - kalsiumkarbonaatti 4 900 - muut kemikaalit 3 000 Ilmakuormitus, t %-luvasta - ammoniakki 122 49% - nikkeli 1,8 51% NNH Tuotanto, t - nikkelimetallit 36 700 - nikkelikemikaalit 25 300 - koboltti 1 100 - ammoniumsulfaatti 57 300 - kuparisulfidi 29 000 Jätteet, t - rautasakka 30 000 Vesikuormitus, t %-luvasta - nikkeli 0,4 17 - typpi 45 79 - sulfaatti 19 281 54 http://www.nornik.fi 37 18 10/8/2015 Verkostomainen toimintaympäristö STEP Oy Boliden valmistaa kuparia, toimittaa Nikkeli-kiveä Norilsk Nickelille. Ar Norilsk Nickel Valmistaa metallista nikkeliä ja nikkelipohjaisia erikoiskemikaaleja. Sivutuotteena syntyvä Cu-sakka Bolidenille kuparin valmistukseen. AGA toimittaa Bolidenille kaasumaista happea ja typpeä sekä Norilsk Nickelille happea, typpeä ja vetyä. Norilsk Nickel Yara Su omi (NH4)2SO4 Co-liuos (Kokkolaan) Kemira valmistaa alumiinisuoloja sekä varastoi ja toimittaa Bolidenin rikkihappoa ja rikkidioksidia. Cu-sakka Boliden Harjavalta Oy Kuparin valmistus Hienokuona (Cu) Kipsisakka Yara Suomi Oy valmistaa erikoislannoitteita sekä varastoi ja toimittaa ammoniakin Norilsk Nickelille. (Poriin) STEP Oy huolehtii tehdasalueen energia-huollosta. (Kokkolaan) Hyödynnettävä energia Hyödyntämätön poiste Tuotteet/sivutuotteet Hyödyntämätön energia Prosessiesimerkki Sinkin valmistus sulfidisesta rikasteesta Korkealaatuisen sinkin puhtausvaatimukset Sinkkirikaste alkuaine pitoisuus, % Zn 99.995 Pb max 0.003 Cd max 0.003 Fe max 0.002 Sn max 0.001 Cu max 0.001 Al max 0.001 Epäpuhtauksia yhteensä max 0.005 - Talteenotettavia: Zn, S, Cu, Cd, Co, Ni - Hg ympäristön kannalta merkittävä - Fe:n talteenotto ei kannata taloudellisesti - Pb, Ag, Au pieninä pitoisuuksina (talteenoton kannattavuus ?) 38 19 10/8/2015 Sinkin valmistus sulfidisesta rikasteesta Sinkkimalmi Rikastus ZnO H2SO4 ZnSO4 SO2, Hg 50% Zn suoraliuotus pyro Fe, S jäte Cu, Co, Ni, Cd Cu, Co, Ni, Cd hydro 99.995% Zn pyro Pasutus = sulfidien hapetus oksidiksi: ZnS + O2 = ZnO + SO2 39 Sinkin valmistus sulfidisesta rikasteesta Tuotteet • Sinkistä suurin osa menee suurille terästehtaille, jotka valmistavat sinkittyä terästä esimerkiksi rakennus- ja autoteollisuuden käyttöön. Sinkkiharkkoja 40 20 10/8/2015 suurin kustannuserä on energia. - osuus kokonaiskustannuksista ~ 40%. 41 Boliden Kokkola Yhteiskuntavastuun raportti 2013 Verkostomainen toimintoympäristö Aine- ja energiavirtoja eri toimijoiden välillä Kobolttisuolat HCl Hienokemikaalit Freeport Cobalt Oy CABB Oy H2SO4 ZnS Kaukolämpö Höyry Boliden Kokkola Oy sinkkitehdas Zn Höyry Oy Kokkola Power Ab Höyry Sähkö Lämpö SO2 Kaukolämpö Höyry Paineilma Boliden Kokkola Oy H2SO4-tehdas H2SO4 NH3 K2SO4 Yara Lämpö HCl CaCl2 Tetra Kokkolan voima CO2 CO2 Kaukolämpö Sähkö Woikoski CO2 Air Liquid CO2 Lähde: Kokkolan suurteollisuusalueen ympäristöraportti 2014 • Vuonna 2012 sinkkitehtaan prosessista otettiin lämpöä talteen höyrynä noin 313 000 MWh ja kaukolämpönä noin 73 000 MWh. 42 • Yhteensä nämä vastaavat noin 19 000 omakotitalon vuotuista lämmöntarvetta. 21 10/8/2015 Teräksen valmistus rautamalmista Rautamalmi (Fe 30-60%) Magneettinen rikastus Esim. Rautamalmi Fe3O4 MgO SiO2 Al2O3 CaO Fe-pitoisuus: 30-60 % ® 68 % 43 Rautarikaste sekoitetaan lisäaineiden kanssa ja tehdään Pellettejä tai Sinttereitä Kuvat: Teräskirja, 2009 Terminen esikäsittely • Agglomerointi: Rautarikasteen pelletointi/sintterin valmistus, Kiviilen koksaus Rautapelletti/ Pelletti % Koksi % -sintteri/ Fe O 94.8 2 3 Palamalmi/ C ~ 88 SiO2 1.8 Tuhka ~ 10 Raakametallin CaO 0.45 valmistus S ~ 0.6 Pelkistys MgO 1.3 P ~ 0.02 CO + FexOy = FeO Al2O3 0.32 Ø 40-80 mm C + FeO = Fe + CO Mn 0.04 SiO2, CaO, MgO, Al2O3, S P 0.012 V 0.13 Fe-pitoinen Mellotus jäähd.mat. [C] + [O] = CO Fe CaO, SiO2,MgO, Al2O3, P2O5, V2O5 Ø 10 mm Raffinointi - Hapen ja rikin poistoa sisältää lopputuotteen kannalta ei-toivottuja aineita. Fe ~ 97.4% 44 22 10/8/2015 Lähde: Lea Nikupeteri (Outokumpu Stainless Oy), Seostuksen vaikutus ruostumattomien terästen korroosiokestävyyteen. Pohto-seminaari: Seosaineiden optimaalinen käyttö, 27-28.10.2009 45 Toimintaympäristö masuunikaasu koksaamokaasu konvertterikaasu Raahen Voima Oy Voimalaitos Sähkö Höyry Kaukolämpö Pölyt ym. koksi Pelletit Levyvalssaamo Nauhavalssaamo Nordkalk Kalkinpolttamo Kaukolämpö cowper CaO O2 ’romu’ Air Liquide Finland Oy Happitehdas Kierrätysteräs (’romu’) Ar/N2 Ar 46 23 10/8/2015 Mineraalituotteiden hyödyntämisellä sementtiteollisuudessa ja maataloudessa vältettiin vuoden 2013 aikana globaaleja CO2-päästöjä yhteensä 166 000 tonnia. Masuuni- ja teräskuonasta valmistetaan mineraalituotteita – korvataan luonnonvarojen käyttöä. ekotase 2008 Ruukki-Raahen-tehtaan-ympäristökatsaus2008 Prosessikaasuja ja -lämpöjä otetaan talteen ja hyödynnetään sähkön tuotannossa ja kaukolämpönä. Energian hyödyntäminen vastaa 49 % kokonaisenergiankulutuksesta. Ulkopuolisen polttoaineen käyttöä sekä ostettavan sähkön määrää minimoidaan. Tehdas tuottaa lähes kaiken Raahen alueen kaukolämmön. - 15 000 asukasta sekä - valtaosa julkisista ja teollisuuden rakennuksista - tehtaan läheisyydessä toimii kaukolämpöä hyödyntävä 47 puunkuivaamo. Teräksen valmistus kierrätysteräksestä Esikuumennus Terminen esikäsittely (Raaka)teräksen valmistus Raffinointi 48 24 10/8/2015 Teräksen valmistus kierrätysteräksestä Imatran terästehtaan ekotase Päästöt ilmaan Pöly 0,2 kg Lyijy 0,2 g Sinkki 2,5 g ENERGIA CO2 230 kg 315 kg (2013) NOX 0,5 kg 1720 kWh TERÄS OSTOROMU 1100 kg Seosaineet 1000 kg Hyödynnetyt jätteet 250 kg 40 kg Kaatopaikkajäte 10 kg Poltettu kalkki 70 kg Koksi 10 kg Muut materiaalit Päästöt veteen Kiintoaine 76 g Öljy Sinkki Lyijy 1,7 g 2,3 g 0,1 g Imatra/HKu 23.9.2011 49 Teräksen valmistus: Tuotteet 50 25 10/8/2015 Tuotannon päästöjen vähentämisen rinnalla yhä tärkeämmäksi on tullut tuotesuunnittelu, jolla voidaan oleellisesti vaikuttaa tuotteen elinkaarenaikaisiin ympäristövaikutuksiin. Erikoislujat terälaadut mahdollistavat… .. polttoaineenkulutuksen pienentämisen ajoneuvoa keventämällä. … nostimelle pienemmän kokonaismassan ja pidemmän ulottuvuuden Koneiden käyttöikää voidaan pidentää kulutusta kestävillä erikoisteräksillä. SSAB Europe 51 Ruostumattoman teräksen valmistus (Outokumpu Tornio) Raaka-aine- ja Tuotevirrat Kemin kromiittikaivos Jätteet Päästöt Päästöt Jätteet Outokumpu Chrome Oy ja Outokumpu Stainless Oy muodostavat yhden maailman kustannustehokkaimmista tehdasintegraateista, joka valmistaa lopputuotteena ruostumattomia ja haponkestäviä teräsnauhoja ja -levyjä. 52 26 10/8/2015 Kemin kaivos Märkäjauhatus Ruostumattoman teräksen valmistus (Torniossa) FeCr-tehdas Kromiittirikaste Palamalmi Koksipöly Pöly Bentoniitti Koksi Kvartsi Esilämmitys Sekoitus C + FexOy = Fe 3C + Cr2O3 = 2Cr + 3CO Ferrokromi: Pelletointi Sintraus Pelkistys uppokaariuunissa Sula FeCr 53-55 % Cr, 37 % Fe, 7 % C, 3-5 % Si Kuonaa Ruost. teräksen Sulan teräksen valmistus jatkokäsittely Terässulatto Kuonaa Kuonaa Kuonaa 53 Ruostumattoman teräksen valmistus Tuotteet • Ruostumatonta teräsnauhaa ja levyjä • Ruostumaton teräs soveltuu moneen käyttökohteeseen. Metsäteollisuus Kestävän kehityksen hengessä kuonalla on metallurgisesta prosessista lähdettyään oltava myös jatkokäyttö a kuonatuotteet Käytetään mm. tierakentamiseen 54 27 10/8/2015 Kierrätystavat - Arvometalleja sisältävät poisteet - Prosessikaasut - Käytöstä poistetut tuotteet - Arvometalleja sisältävät poisteet - Tuotannon poisteet - Prosessikaasut Marko Mäkikyrö (Ruukki Metals Oy): Sisäinen kierrätys metalliteollisuudessa. Prosessiteollisuuden sivuvirtojen hyödyntäminen, 9.1.2014 Pohto, Oulu 55 Metallien jalostus: Yhteenveto • Vaikka kierrätys joidenkin metallien osalta toimii hyvin, eivät kierrätysmetallit yksin riitä kattamaan kasvavaa kysyntää. • Rikkaiden ja helposti hyödynnettävien metalliesiintymien vähentyessä on siirryttävä hankalammin hyödynnettäviin raaka-aineisiin. • Metallurgiset tuotantoprosessit koostuvat eri vaiheista, joiden läpi kulkiessaan materiaalivirta rikastuu arvometallin/-metallien suhteen raaka-aineesta puhtaaksi metalliksi tai metalliseokseksi • Suomalainen metallienjalostusteollisuus on maailman mittakaavassa pieni mutta osaamiseltaan suuri. • Suomessa metallien jalostus on tunnetusti energian ja raaka-aineiden käytössään tehokasta ja joissakin prosesseissa maailman johtava tai johtavia. - Esim. yli puolet maailman kuparista ja kolmannes nikkelistä valmistetaan suomalaisten kehittämällä ekologisella liekkisulatusmenetelmällä, joka tuottaa tarvitsemansa energian itse. - Kierrätys on alalla itsestään selvyys. - Teolliset symbioosit: toisiaan täydentävät yritykset tuottavat keskenään lisäarvoa hyödyntämällä tehokkaasti raaka-aineita, teknologiaa, palveluja ja energiaa. 56 28 10/8/2015 57 29
