Application of Wastes from Pulp and Paper Industries for Steelmaking Processes
Tid: Fr 2021-10-01 kl 09.00
Ämnesområde: Teknisk materialvetenskap
Respondent: Tova Jarnerud , Materialvetenskap
Opponent: Prof. Em. Carl-Erik Grip,
Handledare: Docent Andrey Karasev, ; Professor Pär Jönsson, Processer
Abstract
Under senare år har stora ansträngningar gjorts för att utveckla den cirkulära ekonomin. Ambitionen att återanvända, renovera och återvinna material är av stor vikt för att etablera ett hållbart samhälle. Ett utökat livsspann på material hjälper till att minska mängden avfall som hamnar på deponier, samt att minska utvinningen av naturtillgångar. Pappers- och massa industrin och stålindustrin är två av de största basindustrierna och viktiga exportsektorer i Sverige. Pappers- och massa industrin genererar stora mängder organiskt och oorganiskt avfall varje år, varav en stor del förvaras i deponier. Att deponera avfall blir svårare och dyrare på grund av hårdare regler och miljökrav. Vid tillverkning av rostfritt stål i ljusbågsugnar (EAF) och Argon Oxygen Decarburization (AOD) konvertrar används bränd kalk (primärkalk) tillsammans med andra slaggbildare för att få rätt basicitet i slaggen och för att rena stålet från oönskade ämnen genom kemiska reaktioner mellan slagg och stålsmälta. Vid framställning av råjärn i en masugn chargeras fossilt kol i form av koks och injicerat kolpulver för att ge smältvärme till järnmalmen och för att reducera järnoxiderna till järn genom att separera järn och syre. Användningen av primärkalk och fossilt kol gynnar inte den cirkulära ekonomi som eftersträvas idag. Den här avhandlingen presenterar resultat från försök att ersätta primärkalk med återvunnen kalk från pappers- och massaproduktionen som slaggbildare i ljusbågsugns- och konverterprocesserna, och för att neutralisera surt avfallsvatten, samt att använda hydrochar från organiska slam som kolkälla i masugnar. Resultaten visar att det är möjligt att delvis ersätta primärkalk med återvunnen kalk i ljusbågsugn utan negativa effekter på processen. I konverterprocessen har användning av återvunnen kalk inte visat några negativa effekter på kolfärskningen eller reduktionsprocessen, och den har motsvarande avsvavlingsfunktion som den primära kalken. Fosforhalten (P) i metallen ökades något, och möjligheten att ersätta primärkalken med återvunnen kalk kommer att begränsas av hur mycket P som kan tillåtas i stålet på grund av det högre P-innehållet i dessa återvunna kalkmaterial än i primärkalk. Vidare visar resultaten av försöken i laboratorieskala med neutralisering och rening av surt avfallsvatten att sekundära kalkmaterial framgångsrikt kan användas för att markant höja pH-värdet och minska halterna av Cr, Fe, Ni, Mo och Zn. Resultaten från de experimentella försöken i industriell skala med användning av hydrochar från blandat organiskt bioslam och från grönt avfall visade att de flesta teknologiska parametrarna i masugnsprocessen, såsom produktionshastighet för råjärn, mängd damm, bränsleåtgång, mängden injicerat kol, mängd slagg, FeO-halt i slagg och % C och % P i råjärnet i de experimentella försöken var väldigt lika jämfört med referensperioderna. Det bevisades således att hydrochar från olika typer av organiska rester kunde användas för metallurgiska tillämpningar även om ersättningsnivån var väldigt låg och längre försökskampanjer krävs för att få mer tillförlitliga resultat. Dessutom visar resultaten från den här studien att slagg från AOD-konvertrar kan användas som bindemedel för brikettering av dessa återvunna kalkmaterial. Sammanfattningsvis visar dessa resultat att avfall/biprodukter från två av de viktigaste svenska basindustrierna kan förena två stora industrisektorer i en cirkulär symbios mot en mer hållbar framtid.