1. No category

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