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
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
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
Primäärisen nikkelin kysyntä Sinkin kysyntä http://www.slideshare.net/informaoz/manish-garg-hdr-salva 7 Metallien/metalliseosten valmistus Raaka-aineet - Primääriset - Sekundääriset Tuotantoprosessi 8 4
Primääriset raaka-aineet Metallit esiintyvät luonnossa mineraaleina (poikkeuksena mm. eräät jalometallit joita voi esiintyä puhtaina) - oksidit/hydroksidit, sulfidit, karbonaatit nitraatit, fosfaatit, silikaatit, sulfaatit, Markkinavetoisuus fi jyrkät metallien hintojen vaihtelut Cu 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 - Sulfidimalmit ovat mm. Kuparin, Nikkelin ja Sinkin lähteitä Metallinjalostajat ry: Teräskirja, 2009 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
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 Kobolttiirikaste 117 819 76 210 51 258 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
Malmien arvometallipitoisuus: Fe and Zn Rikkaiden ja helposti hyödynnettävien metalliesiintymien vähentyessä on siirryttävä hankalammin hyödynnettäviin raaka-aineisiin. Fe-content, % hienoaines palamalmi 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/ Raw Materials Outlook Edwin Basson, Director General, 6 May 2015 13 Malmien arvometallipitoisuus: Cu Pyhäsalmi fi 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 fi - 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% http://www.slideshare.net/informaoz/manish-garg-hdr-salva 14 7
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/, http://www.world-aluminium.org 15 Sekundääriset raaka-aineet Kuusakoski Oy 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
Metallien/metalliseosten valmistus - Energia Raaka-aineet - Primääriset - Sekundääriset Reagenssit Energia Tuotanto Pääasialliset energianlähteet: - Sähkö - Kiviihiili* fi Koksi - Yhdisteiden palamislämpö 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 Ruostumaton teräs 800-1100 5-7 Ferrokromi 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
Metallien valmistuksen energiankulutus Kierrätys vähentää syntyvää jätettä sekä säästää energiaa ja luontoa 21 Metallien/metalliseosten valmistus - Reagenssit Raaka-aineet - Primääriset - Sekundääriset Energia Reagenssit Tuotanto Hapettimet: - esim. happi, ilma, hapettavat yhdisteet Pelkistimet: - hiili (kivihiili, koksi), öljy, maakaasu, vety, metallit esim. Mg, Al Liuottimet: - esim. vesi, rikkihappo, suolasulatteet 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
Metallien/metalliseosten valmistus Metallien, metalliseosten ja kemikaalien valmistus primäärisistä (luonnon) ja sekundäärisistä raaka-aineista ( romu, jätteet). Prosessimetallurgia Pyrometallurgia - korkealämpötilaprosessit - laaja lämpötila-alue: kiinteän tilan prosesseista sulatilan prosesseihin Hydrometallurgia - 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 Sulan metallin valmistus (sis. epäpuhtauksia) Raffinointi 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
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 Liuottimen regenerointi Aktivointi Liuotus Liuospuhdistus Tuotteen talteenotto Sekä mineraalien kemiallisia muutoksia että mineraalien rakenteen muutoksia (jauhatus). Jätteen käsittely Jätteet Arvometallilien talteenotto (usein jalometallit) Sivutuotteet Liuotuksella erotetaan haluttuja metalleja raaka-aineesta 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
Prosessiesimerkki Kuparin valmistus sulfidisista malmeista LME A-laatu Cu 99.9935 % Max. 0.0065 p-% metallisia epäpuhtauksia Element % max Ag 0.0025 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 - Sn - Te 0.0002 Zn - LME = London Metal Exchange 27 Malmista rikasteeksi Kuparimalmi Cu-pit. ~ 1 % Vaahdotus: Esim. Kuparimalmi Cu-pitoisuus: ~ 1% fi ~ 20-30% Kuvat: Teräskirja, 2009 28 14
Prosessiesimerkki Kuparin valmistus sulfidisista rikasteista Esikäsittelynä rikasteen kuivaus: kosteuden poisto 8 % 0.2% romu - [S] + O 2 (g) = SO 2 (g) - oksidit poistuu (kuona) ~98% Cu - [S] + O 2 (g) = SO 2 (g) Sularaffinointi 31 Kuparin valmistus sulfidisista rikasteista Voimalaitos Rikasteet Sekundääriset mat. (pölyt) Kuonarikastamo Kuparisulatto SiO 2 Happi+Ilma SO 2 Rikkihappotehdas Nestemäinen SO 2 Kipsisakka Hg-sakka Cu-pitoinen kuonarikaste SO 2 kuona kuona LIEKKISULATUS 70% Cu, 10% Fe, 20% S Poistokaasu 98% Cu Cu-pitoinen jäähd.mat. 99,5 % Cu Rikkihappo Fe 3 O 4, As, Sb, Bi, Sn, ZnO, SiO 2, Al 2 O 3, CaO, MgO,... ongelmajäte Kuparianodi 99,5 % Cu Pää- ja sivutuotteet Hyödynnettävä energia Hyödyntämätön poiste 30 15
10/8/2015 Kuparianodi 99,5 % Cu Kuparianodin elektrolyyttinen puhdistus (hydrometallug.) Nikkelisulfaatti Kuparisulfaatti Kuparikatodi 99,997 % Kulta Hopea Seleeni 119 000 t Pt-Pd rikaste 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 Kulta Hopea Seleeni Telluuri Platina-Palladium Käyttö mm. korut, elektroniikka mm. korut, elektroniikka mm. lääketeollisuus, lannoitteet mm. teräksen lisäaine mm. korut, katalysaattorina Tärkeimpiä kuparia sisältäviä seosmetalleja ovat messingit (kuparin ja sinkin seoksia), pronssit (kuparin, tinan ja eräiden muiden metallien seoksia) sekä seoshopeat. Lähde: http://www.boliden.com/fi/toimipaikat/sulatot/boliden-harjavalta/ 34 16
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 http://www.nornik.fi jäte 35 17
Norilsk Nickel Harjavalta - Tuotteet Tuote Käyttökohde Nikkelikatodi (99,9 % Ni) pinnoitteihin ja seosmetalleihin erityisesti ruostumaton teräs. Nikkelibriketit (99,8 % Ni) Nikkelisulfaatti (22 % Ni) Nikkelihydroksidi (60% Ni) Nikkelihydroksikarbonaati (40-50% Ni) Ammoniumsulfaatti ruostumattoman teräksen valmistukseen sähköpinnoitukseen akkuteollisuus ruostesuojaukseen sekä elektroniikkaja kemianteollisuudessa lannoitteena tai erikoislannoitteiden raaka-aineena http://www.nornik.fi 36 Raaka-aineet, t 281 000 Energian käyttö, 489 GWh - sähkö 164 GWh - lämpö 325 GWh - sekund.energian osuus 74 % Vesi, tuhatta m 3 - 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 Ympäristötase (2014) Ilmakuormitus, t %-luvasta - ammoniakki 122 49% - nikkeli 1,8 51% NNH Vesikuormitus, t %-luvasta - nikkeli 0,4 17 - typpi 45 79 - sulfaatti 19 281 54 Tuotanto, t - nikkelimetallit 36 700 - nikkelikemikaalit 25 300 - koboltti 1 100 - ammoniumsulfaatti 57 300 - kuparisulfidi 29 000 Jätteet, t - rautasakka 30 000 http://www.nornik.fi 37 18
Verkostomainen toimintaympäristö Boliden valmistaa kuparia, toimittaa Nikkeli-kiveä Norilsk Nickelille. STEP Oy Ar Norilsk Nickel Valmistaa metallista nikkeliä ja nikkelipohjaisia erikoiskemikaaleja. Sivutuotteena syntyvä Cu-sakka Bolidenille kuparin valmistukseen. Norilsk Nickel Yara Su omi AGA toimittaa Bolidenille kaasumaista happea ja typpeä sekä Norilsk Nickelille happea, typpeä ja vetyä. (NH 4) 2SO 4 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. STEP Oy huolehtii tehdasalueen energia-huollosta. (Poriin) Hyödynnettävä energia Tuotteet/sivutuotteet (Kokkolaan) Hyödyntämätön poiste 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
Sinkin valmistus sulfidisesta rikasteesta Sinkkimalmi Rikastus ZnO H 2SO 4 ZnSO 4 50% Zn SO 2, Hg Fe, S Cu, Co, Ni, Cd suoraliuotus 99.995% Zn jäte pyro Cu, hydro Co, Ni, Cd pyro Pasutus = sulfidien hapetus oksidiksi: ZnS + O 2 = ZnO + SO 2 39 Sinkin valmistus sulfidisesta rikasteesta Tuotteet Sinkistä suurin osa menee suurille terästehtaille, jotka valmistavat sinkittyä terästä esimerkiksi rakennus- ja autoteollisuuden käyttöön. Sinkkiharkkoja 40 20
suurin kustannuserä on energia. - osuus kokonaiskustannuksista ~ 40%. 41 Boliden Kokkola Yhteiskuntavastuun raportti 2013 Kobolttisuolat HCl Freeport Cobalt Oy Verkostomainen toimintoympäristö Aine- ja energiavirtoja eri toimijoiden välillä CABB Oy H 2 SO 4 Höyry NH 3 Paineilma ZnS Boliden Boliden SO H 2 SO 4 K 2 SO 4 Kokkola Oy 2 Kokkola Oy Yara sinkkitehdas H 2 SO 4 -tehdas Kaukolämpö Höyry Zn Höyry Hienokemikaalit Lämpö HCl Oy Kokkola Power Ab Höyry Sähkö Lämpö Kaukolämpö Kokkolan voima Kaukolämpö Sähkö Woikoski CO 2 CaCl Tetra 2 CO 2 CO 2 Air Liquid CO 2 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
Teräksen valmistus rautamalmista Magneettinen rikastus Esim. Rautamalmi Rautamalmi (Fe 30-60%) Fe 3 O 4 MgO SiO 2 Al 2 O 3 CaO Fe-pitoisuus: 30-60 % fi 68 % Rautarikaste sekoitetaan lisäaineiden kanssa ja tehdään Pellettejä tai Sinttereitä 43 Kuvat: Teräskirja, 2009 Agglomerointi: Rautarikasteen pelletointi/sintterin valmistus, Terminen esikäsittely Kiviilen koksaus Pelletti % Koksi % Rautapelletti/ -sintteri/ Palamalmi/ Fe-pitoinen jäähd.mat. Raakametallin valmistus Pelkistys CO + Fe x O y = FeO C + FeO = Fe + CO SiO 2, CaO, MgO, Al 2 O 3, S Mellotus [C] Fe + [O] = CO Fe 2 O 3 94.8 SiO 2 1.8 CaO 0.45 MgO 1.3 Al 2 O 3 0.32 Mn 0.04 P 0.012 V 0.13 C ~ 88 Tuhka ~ 10 S ~ 0.6 P ~ 0.02 Ø 40-80 mm CaO, SiO 2,MgO, Al 2 O 3, P 2 O 5, V 2 O 5 Ø 10 mm Raffinointi - Hapen ja rikin poistoa sisältää lopputuotteen kannalta ei-toivottuja aineita. Fe ~ 97.4% 44 22
Lähde: Lea Nikupeteri (Outokumpu Stainless Oy), Seostuksen vaikutus ruostumattomien terästen korroosiokestävyyteen. Pohto-seminaari: Seosaineiden optimaalinen käyttö, 27-28.10.2009 45 masuunikaasu koksaamokaasu konvertterikaasu Toimintaympäristö Raahen Voima Oy Voimalaitos Sähkö Höyry Kaukolämpö Pölyt ym. Pelletit koksi Levyvalssaamo Nauhavalssaamo Nordkalk Kalkinpolttamo cowper Kaukolämpö CaO O 2 romu Air Liquide Finland Oy Happitehdas Kierrätysteräs ( romu ) Ar/N 2 Ar 46 23
Masuuni- ja teräskuonasta valmistetaan mineraalituotteita korvataan luonnonvarojen käyttöä. Mineraalituotteiden hyödyntämisellä sementtiteollisuudessa ja maataloudessa vältettiinvuoden 2013 aikana globaaleja CO 2 -päästöjä yhteensä 166 000 tonnia. ekotase 2008 Ruukki-Raahen-tehtaan-ympäristökatsaus- 2008 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
Teräksen valmistus kierrätysteräksestä Imatran terästehtaan ekotase Päästöt ilmaan Pöly 0,2 kg Lyijy 0,2 g CO 2 230 kg 315 kg (2013) Sinkki 2,5 g NO X 0,5 kg ENERGIA 1720 kwh TERÄS 1000 kg OSTOROMU 1100 kg Seosaineet 40 kg Poltettu kalkki 70 kg Koksi 10 kg Muut materiaalit Hyödynnetyt jätteet 250 kg Kaatopaikkajäte 10 kg 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
Tuotannon päästöjen vähentämisen rinnalla yhä tärkeämmäksi on tullut tuotesuunnittelu, jolla voidaan oleellisesti vaikuttaa tuotteen elinkaarenaikaisiin ympäristövaikutuksiin... polttoaineenkulutuksen pienentämisen ajoneuvoa keventämällä. Erikoislujat terälaadut mahdollistavat nostimelle pienemmän kokonaismassan ja pidemmän ulottuvuuden Koneiden käyttöikää voidaan pidentää kulutusta kestävillä erikoisteräksillä. SSAB Europe 51 Ruostumattoman teräksen valmistus (Outokumpu Tornio) Kemin kromiittikaivos Raaka-aine- ja Tuotevirrat Päästöt Päästöt Jätteet Jätteet Outokumpu Chrome Oy ja Outokumpu Stainless Oy muodostavat yhden maailman kustannustehokkaimmista tehdasintegraateista, joka valmistaa lopputuotteena ruostumattomia ja haponkestäviä teräsnauhoja ja -levyjä. 52 26
Sekoitus Pelletointi Kemin kaivos Koksipöly Pöly Bentoniitti Sintraus Palamalmi Koksi Kvartsi FeCr-tehdas Märkäjauhatus Kromiittirikaste Esilämmitys Pelkistys uppokaariuunissa Ruostumattoman teräksen valmistus (Torniossa) C + Fe x O y = Fe 3C + Cr 2 O 3 = 2Cr + 3CO Ferrokromi: 53-55 % Cr, 37 % Fe, 7 % C, 3-5 % Si Sula FeCr Kuonaa Ruost. teräksen valmistus Sulan teräksen 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
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
57 29