Terästeollisuus kiertotalouden edelläkävijänä: kuonien monet käyttömahdollisuudet

Elina Huttunen-Saarivirta, Marjaana Karhu, Timo Kinos, Pertti Lintunen and Tarja Laitinen

Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

Maailmassa tuotettiin vuonna 2017 noin 1690 miljoonaa tonnia terästä (josta noin 50% Kiinassa) [1]. Tämä luku kattaa kaikki teräslaadut: hiiliteräksen, seosteräkset ja ruostumattomat teräkset. Verrattuna muiden metallien valmistukseen teräs on omassa luokassaan, reilusti yli kymmenkertaisella vuosituotannolla alumiiniin verrattuna. Toisaalta lukeman voi suhteuttaa maailmanlaajuiseen sementintuotantoon, joka on noin 2.5-kertainen teräksen vuosituotantoon nähden. Vuositasolla noin 70% teräksestä valmistetaan rautamalmista jalostamalla, kun taas metalliromu ja muu kierrätysmateriaali ovat raaka-aineena lopun, noin 30%, teräksen tuotannossa. Teräksenkulutuksen odotetaan maailmanlaajuisesti yhä kasvavan nykyisistä lukemista väestönkasvun ja elintason nousun myötä. Onneksemme rautamalmi on suhteellisen yleinen raaka-aine maankuorella, joten raaka-ainevaranto [2] riittää vastaamaan lisääntyvään kulutukseen. Lisäksi teräksen kierrätysasteen odotetaan yhä nousevan tulevaisuudessa.

Terästuotannosta saadaan runsaasti sivutuotteita, keskimäärin 200-400 kg yhtä terästonnia kohti [3]. Tällä hetkellä suurin ympäristöhaaste ovat terästuotannon hiilidioksidipäästöt; niitä muodostuu teräksenvalmistuksessa runsaasti, ja lopullinen määrä riippuu teräksen valmistukseen käytettävästä teknologiasta [4]. Terästeollisuuden vastaus haasteeseen on vedyn hyödyntämistä pelkistysaineena teräksen valmistuksessa; pohjoismaiset teräksenvalmistajat ovat eturintamassa kehittämässä tätä uutta ympäristövastuullista teräksenvalmistusmenetelmää. Muut kaasumaiset teräksenvalmistuksen sivutuotteet hyödynnetään puhdistuksen jälkeen höyryn ja energian tuotannossa.

Keskeisimmät kiinteät sivutuotteet teräksenvalmistuksessa ovat kuonat, jotka kattavat suurimman osan sivuvirtojen massaosuudesta (lähteestä riippuen n. 70-90%). Kuonien lisäksi prosessissa muodostuvia kiinteitä sivuvirtoja ovat pölyt ja lietteet.  Maailman Teräsjärjestön, World Steel Associationin, mukaan [3] vuosittain tuotetaan yli 400 miljoonaa tonnia rauta- ja teräskuonaa. Kuonat koostuvat pääosin piidioksidista, kalsiumoksidista, magnesiumoksidista, alumiinioksidista ja raudan oksideista. Perinteisesti kuonia on käytetty maantäyttöaineena, mutta nykyisin ne nähdään tuotteina, joilla on käypä markkina-arvo. Raudan valmistuksessa muodostuvat kuonat ovat koostumuksellisesti tasalaatuisempia kuin teräskuonat, ja niitä on kaupallisesti tarjolla eri muodoissa: ilmajäähdytettynä laatuna, granuloituna ja pellettinä. Rautakuonia käytetään rakennusteollisuudessa aggregaattina, sementin ja betonin tuotannossa sekä mm. teiden pohjissa. Teräskuonat ovat kemiallisesti heterogeenisempia ja 50% niistä päätyy raaka-aineiksi tierakentamiseen.

Jos verrataan aikaisempaa käyttöä maantäyttötarkoituksiin, teräksenvalmistuksen kuonien nykyiset käyttökohteet ovat ns. korkean jalostusarvon käyttökohteita. Nämä sovelluskohteet hyödyntävät kuitenkin lähinnä kuonan mekaanisia ominaisuuksia ja kemiallista yhteensopivuutta muiden rakennusaineiden (betoni) kanssa. Kuonilla on kuitenkin myös sellaisia fysikaalisia ominaisuuksia, joita todellisilta korkean jalostusarvon omaavilta tuotteilta vaaditaan, kuten korkeiden lämpötilojen kestävyys (terminen stabiilius, mekaanisten ominaisuuksien säilyminen). Teknologian Tutkimuskeskus VTT Oy on kehittämässä terästeollisuuden kuonista korkean lämpötilan refraktorikeraameja EU-RESLAG ja SA-CloseLoop projekteissa. CloseLoop -projektissa keskitytään erityisesti ymmärtämään paremmin lähtöaineiden koostumuksen ja partikkelikoon sekä valmistettujen refraktorikeraamien ominaisuuksien välisiä yhteyksiä.

Lähteet/References

  1. https://www.worldsteel.org/media-centre/press-releases/2018/world-steel-in-figures-2018.html
  2. M. Yellishetty, P.G. Ranjith, A. Tharumarajah, Iron ore and steel production trends and material flows in the world: is this really sustainable? Resources, Conservation and Recycling 54, 2010, 1084-1094.
  3. World Steel Association, Fact Sheet: Steel industry by-products. march 2018. Available at: https://www.worldsteel.org/en/dam/jcr:1b916a6d-06fd-4e84-b35d-c1d911d18df4/Fact_By-products_2018.pdf
  4. V.G. Lisienko, A.P. Lapteva, Yu. N. Chesnokov, V.V. Lugovkin, Greenhouse-gas (CO2) emissions in steel industry. Steel in Translation, 45, 2015, 623-626.

 

Ferrochrome slag and a refractory ceramic specimen manufactured using the slag as aggregate. Photo: Marjaana Karhu.

Share on LinkedInShare on FacebookTweet about this on TwitterShare on Google+