Teräskuonasta arvomineraalia

Teräksen valmistuksessa syntyvä kuona on kiinteää mustaa mönjää, jota päätyy suuria määriä kaatopaikalle. Nyt Insinööritieteiden korkeakoulussa on rakennettu laite, joka muuttaa kuonaa kalsiumkarbonaatiksi ja toimii myös hiilidioksidinieluna. PCC:nä tunnettu kalsiumkarbonaatti on paperiteollisuuden tarvitsema arvomineraali.

Professori Mika Järvinen esittelee pilottilaitetta ylpeänä. Se otettiin käyttöön Otaniemen kampuksella tammikuussa 2014.

Energiatekniikan koehallin lattiasta kattoon ulottuva laitteisto sijaitsee kolmessa tasossa. Kuona ohjataan ylimmän tason syöttimestä reaktoriin, joihin pumput syöttävät tarvittavan liuoksen.

”Prosessissa kiinteä ja väriltään tumma teräskuona reagoi kemikaalina käytetyn ammoniumsuolan vesiliuoksen kanssa. Seoksesta suodatetaan irti kalsiumpitoinen neste, jonka annetaan reagoida hiilidioksidin kanssa. Tuloksena saadaan valkoista ja kiinteää kalsiumkarbonaattia.”

Euroopassa suurin PCC:n tarvitsija on paperiteollisuus. Kalsiumkarbonaattia käytetään paperin laadun parantamisen lisäksi myös muun muassa valkoisessa kalkkimaalissa sekä täyteaineena lateksikäsineissä.

Kaatopaikkajäte hyötykäyttöön

”Olemme todistaneet, että voimme tehdä teräskuonasta 50 kertaa arvokkaamman tuotteen”, sanoo Mika Järvinen.

Paitsi taloudellisia etuja, tuo uusi laite myös merkittäviä ympäristöhyötyjä. Teollisuuden sivutuotteena syntyvää teräskuonaa viedään Euroopan kaatopaikoille noin 16 miljoonaa tonnia vuosittain.

”Jos kaiken tämän kuonan kalsium saataisiin talteen, voitaisiin vuosittain tuottaa noin 13 miljoonaa tonnia PCC:tä. Samalla sidottaisiin lähes kuusi miljoonaa tonnia hiilidioksidia vuodessa.”

Perinteisesti PCC:n tuotannossa syntyy suuria hiilidioksidipäästöjä raaka-aineena käytettävän kalsiumkarbonaatin poltosta ja polttoon tarvittavasta fossiilisesta polttoaineesta. PCC:n tuottaminen teräskuonasta vähentää näitä päästöjä.  Myös kalkkikiveä säästyy, kun sitä ei tarvitse louhia niin paljon PCC:n tuottamiseen.

Työtä menetelmän kehittämiseksi on tehty jo vuodesta 2004. Patentin siihen omistavat Aalto-korkeakoulusäätiö, Rautaruukki Oyj ja Åbo Akademi.

Testauslaitos tehtaan kylkeen

Tutkijoilla on vielä edessään haasteita ennen innovaation kaupallistamista. Suurimpia näistä ovat kalsiumkarbonaatin hiukkaskoon puristaminen yhä pienempiin mittoihin ja oikean kidemuodon tuottaminen.

Pilottilaite valmistaa nyt 20 mikrometrin kokoisia hiukkasia, kun lopputavoitteena on 2–4 mikrometriä. Jo nyt laitteisto tuottaa kahta kidemuotoa hallitusti.

Nyt kun perusteknologia on hallussa, on seuraava suuri haaste prosessin skaalaaminen teollisuuden mittakaavaan. Pilottilaitteessa yksi tuotantokierros kestää 40 minuuttia. Sen aikana kymmenestä kilosta teräskuonaa syntyy viisi kiloa PCC:tä. Haasteena on myös tuotteen pesuun tarvittavan veden haihdutus ja tuotteen tehokas kuivaus.

”Pilotissa toteutettu menetelmä on voitava skaalata arviolta ainakin tuhatkertaiseksi, jotta se toimii terästeollisuuden yhteydessä olevassa tuotantolaitoksessa. Seuraava askel on terästehtaan kylkeen rakennettava PCC-tuotannon demonstraatiolaitos. Edessä on vielä muutamia testaus- ja kehittämisvuosia ennen täyden mittakaavan tuotantolaitoksen rakentamista.”

Lupaavan uuden teknologian mahdollisuudet eivät jää ainoastaan PCC:n tuotantoon. Tutkijat selvittävät parhaillaan, kuinka teräskuonasta saadaan kalsiumin lisäksi uutettua muita arvometalleja. Prosessia ollaan soveltamassa myös muiden teollisuuden sivutuotteiden ja jätteiden käsittelyyn.

Kun laite saadaan kytkettyä terästehtaan kylkeen, voidaan jatkossa osa tehtaan hukkalämmöstä hyödyntää PCC:n tuotantoon.

Teksti: Marjukka Puolakka.

Artikkeli on julkaistu Aalto University Magazinen numerossa 12, joulukuussa 2014.