Elektrik ark ocaklı demir çelik tesisleri için met kılavuzu

5.5KATI ATIK VE YAN ÜRÜNLERİ İLE İLGİLİ MET’LER

Ağır metallerin geri kazanımı için EAO tozlarının işlenmesi

Tanım

Üretilen çelik türüne bağlı olarak her bir ton çelik için yaklaşık 10 - 30 kg/t oranında toz baca gazından ayrıştırılır.

Toz tutma sistemi tarafından ayrıştırılan tozlar genellikle önemli oranda ağır metal içerir. Karbon çeliği üretiminden çıkan toz içinde esas olarak çinko ve daha az olmak üzere kurşun bulunur; paslanmaz çelik ürünü için ise çinko dışında önemli oranda krom ve nikel bulunur.

Çinkonun geri kazanımı, ve diğer ağır metallerin geri kazanımı ya da giderilmesi için var olan prosesler, yer altından çıkarılmış ve en azından bir işlemden geçmiş bu değerli kaynakların tekrar kazanılması için uygun seçeneklerdir.

Çinkonun geri kazanımı için temel olarak pirometalurjik ve hidrometalurjik seçenekler bulunmaktadır. Karbon ve düşük alaşımlı çelik üretiminden kaynaklanan tozlar için farklı teknikler bulunmaktadır ve bunlar genellikle demirsiz metal üretim sektörüne yakın bağları olan şirketler tarafından kullanılmaktadır.

EAO tozlarının ekonomik bir şekilde geri kazanımı için ağır metallerin yüksek yoğunluk seviyesinde bulunması tercih nedenidir. Tozun çinko içeriğini artırmak için bazı EAO işletmeleri üretilen tozun bir kısmını fırın içine tekrar geri beslerler.

Elde edilen çevresel faydalar

Bu ağır metaller zehirlidir ve sızıntı yapma olasılığı bulunur; ek işlemler ve özel itina gerektirebilir ve bir olasılıkla tozların toprağa gömülmesi gerekebilir. Tozun nicel olarak geri kazanımı ve ağır metallerin geri dönüşümü mümkündür. Tanımlanan seçenekler, önleyici önlem ve çevresel kirlilik denetimi için sundukları potansiyel faydalarına göre farklı tercihler sağlarlar. Tozun içerdiği demir ve ağır metallerin kullanımına gidilmesi, atıkların gömülmesi ile karşılaştırıldığında tercih nedenidir.

Çapraz medya etkileri

Çinko oranında zenginleştirme amacıyla çökelmiş EAO tozunun EAO fırınına geri verilmesi, çelik üretimi prosesinde artan enerji tüketimi gibi belirli bazı etkilere neden olur.

Ayrıca fırına toz ekleme yönteminin fırının performansına etkisi olabilir.

Nakliye ve geri dönüşüm öncesi tozun peletlenmesi durumunda ek enerjiye gerek olacaktır çünkü peletleme sırasında ek toz emisyonu oluşabilir.

Uygulanabilirlik

Bu teknik hem yeni hem de mevcut tesislere uygulanabilir.

Uygulama için itici güç

Bu uygulama için itici güçler, düzenli depolamaiçin arazinin sınırlı olması, düzenli depolama ile ilgili uyulması gereken çok sıkı standartların bulunması ve gömülen atıklar ile ilgili vergi maliyetleridir.

Örnek tesisler

AB’de toz geri kazanımı uygulayan ve bu tozu harici tesislere ileten birçok tesis bulunmaktadır. Bunların bir örneği, Avusturya, Graz’da bulunan EAO Marienhütte tesisidir; bu tesisde EAO fırınındaki atık gaz arıtma işlemi sonucu yılda 6.9 ton toz oluşur. Yaklaşık %38 oranında çinko içeren bu toz harici olarak işlenerek çinko geri kazanılır.

Referans kaynaklar

[16, Rentz 1997] [69, Kemeny 1994] [116, Rentz ve diğerleri 1996] [373, Eurofer 2007] [391, Tavernier ve diğerleri 2004] [394, Colletta ve diğerleri 2002]

EAO cürufunun işlenmesi

Tanım

EAO işletiminde metalurjik çalışmalar amacıyla sıkı kurallara bağlı olarak her bir ton çelik için 60 kg ile 270 kg arası cüruf oluşur. Karbon çelik üretimi sonucu oluşan katılaşmış EAO cürufu bir anlamda, demir oksidi (FeO), kireç (CaO), silikon oksid (SiO₂) ve diğer (MgO, Al₂O₃, MnO) oksitlerden oluşan yapay bir kaya olarak kabul edilebilir. EAO cürufu yüksek mukavemetli ve kötü hava şartlarına dayanıklı olarak nitelendirilir ve ayrıca aşınmaya dayanıklıdır. Ek olarak hidroelektrik mühendisliği uygulamalarında kullanıma elveren özelliklere sahiptir [57, Heinen 1997]. Genel olarak EAO cürufunun kullanımı için önemli bir kıstas, hacmindeki tutarlılıktır ki bu unsur, serbest kirecin varlığına bağlıdır.

Düşük sınıf karbon çeliğe ait cüruf çeşitlerindeki serbest kireç oranı nispeten azdır ve bunlar yol asfaltlama, toprak dolgu ve hidrolik mühendisliği gibi alanlarda kullanıma uygundur. Karbon çeliği üretiminden elde edilen cüruflar tipik olarak inşaatlarda kullanılan agregaların şartlarına uyarlar. Bu kullanımlarla ilgili belirleyici unsurlar, çevresel kabul edilebilirlik ve yapısal elverişliliktir. İnşaat kullanımı için gerekli olan yasal şartların karşılanması durumunda EAO cürufu ezilmeli, elenmeli ve kullanım amacıyla boyutlandırılmalıdır. Demir içeren cüruf bileşenleri manyetik ayırıcılar yardımı ile ayrılırlar. İşlenmiş cüruf inşaatlarda, tanecik boyutuna bağlı olmak üzere çeşitli amaçlarla kullanılır. Şekil 4.6 bir Alman tesisinde cüruf hazırlanması için kullanılan düzeni göstermektedir. 1994 yılında, belirli EAO tesislerinde alaşımsız ve orta alaşımlı çelik üretimi sonucu üretilen EAO cürufunun yaklaşık olarak %90’ı kullanım görmüştü [57, Heinen 1997].

Halen yüksek sınıf çelik üretiminde oluşan cüruflar ancak sınırlı kullanım görmektedir. Bir kullanım alanı olasılığı da hazırlık işlemine tabi olduktan sonra yol yapımındadır. Örneğin Avusturya, Böhler Edelstahl, Kapfenberg’de her ton çelik üretiminde 270 kg cüruf oluşur. Bu EAO cürufu, cürufun karışımı ve özellikleri nedeni (örneğin cürufun genleşmesi nedeniyle) ile inşaat sanayiinde kullanıma elverişli değildir. Cürufun çoğunluğu EAO’dan (yaklaşık %70’i) ve ikincil metalurji (yaklaşık %30’u) kaynaklanır. Daha önce bahsedilmiş olan cürufları dahili atık gömme alanları vasıtasıyla atılırlar.

Buna rağmen, paslanmaz çelik cürufunun kısmen ya da tamamen inşaat malzemesi olarak kullanıldığı örnek durumlar bulunmaktadır; özellikle inşaat mühendislik gereksinimlerinin düşük olduğu durumlarda (örneğin gürültüye karşı engel banketlerde olduğu gibi). Yüksek alaşımlı çelik ya da paslanmaz çelik üretiminden oluşan cürufun geri dönüşebilirliği, bu tür cürufun özelliklerine (örneğin genleşmesi) bağlı olarak daha iyi bir değerlendirme ya da özel bir işlem gerektirmelidir.

Geniş bir yelpazede yer alan ikincil metalurji cürufu kullanmak için seçenekler sınırlıdır. Tanecik boyutu ve genleşme katsayısı, ikincil metalurji cürufların kullanımında belirleyici unsurlardır. Bazen inşaat alanında kullanılabilirler. Fakat oluşan cürufun önemli bir payı katı atık sahasında gömülmek zorundadır çünkü bunları önlemek, azaltmak ya da kullanmak için neredeyse hiç seçenek bulunmamaktadır.

Şekil 4.6: Cüruf hazırlama tesisi işlem düzeni

Kaynak: [16, Rentz 1997]

Elde edilen çevresel faydalar

Karbon ya da düşük alaşımlı çelik üretilen EAO fırınlardan çıkan cüruf işlenebilir ve daha sonra yol asfaltlamasında kullanılarak geri dönüştürülebilir.

Çapraz medya etkileri

Cüruf işleme enerji gerektirir. Cürufun serbest CaO içerdiği durumlarda alkali dumanlara dikkate edilmelidir.

Uygulanabilirlik

Bu teknik karbon çelik üreten hem yeni hem de mevcut tesislere uygulanabilir. Ek işlemler sayesinde inşaat malzemesi olarak kullanıma daha uygun sonuçlar elde edilebilir.

Uygulama için itici güç

Bu uygulama için itici güçler, atık gömme için arazinin sınırlı olması ve gömülen atıklar ile ilgili vergi maliyetleridir.

Örnek tesisler

BSW, Kehl, Almanya (cürufun sonradan inşaat malzemesi olarak kullanım amacı ile işlenmesi). Georgsmarienhütte GmbH, Georgsmarienhütte, Almanya (cürufun sonradan inşaat malzemesi olarak kullanım amacı ile hazırlanması için haricen satışı; EAO’dan ve ikincil metalurji’den elde edilenlerin karışımıdır). Salzgitter Stahl AG, Peine, Almanya (inşaat malzemesi olarak kullanım amacı ile işlenmesi). ArcelorMittal, Differdange ve Belval, tümü Lüksemburg’dadır (yüksek performanslı yol kaplama, hidrolik mühendislik ve diğer uygulamalar).

Referans kaynaklar

[16, Rentz 1997] [277, Wiesenberger 2007] [373, Eurofer 2007]

Yüksek alaşımlı ve paslanmaz çelik EAO cürufunun işlenmesi

Tanım

Cürufun işlenmesi ile ilgili bazı teknikler aşağıda gösterilmiştir:

1. 
   Döküm alma işlemi sırasında sıvı cürufun Al₂O₃ içeren kalıntılar kullanılarak işlenmesi.
   
2. 
   Döküm alma işlemi sırasında cürufun aluminyum kullanılarak işlenmesi.
   
3. 
   Oksijen üfleme işleminin optimizasyonu ve bazı azaltma maddelerinin kullanıımı.
   
4. 
   Cüruf potalarının boşaltılması sırasında toz oluşmasının önlenmesi
   

Çelik tesislerinde oluşan oldukça temel cüruf Ca₂S içerir ki bu, soğutma sırasında bir evre dönüşümü geçirir. Dönüşüm sırasında hacimde belli miktarda bir artış gerçekleşir. Cürufa su verilerek evre dönüşümü bastırılabilir ve sonucunda toz oluşumu engellenebilir. Sandviken, İsveç’deki Sandvik Materials Technology tesisinde toz oluşumu sorunu, kızgın ve kısmen sıvı cüruf ile dolu olan cüruf potalarını istinad hendeği ile çevrili bir kutuya boşaltarak çözümlenmiştir. Takiben cüruf, üzerine 12 m³ su boşaltılarak boğulur. Sıcaklıktaki bu çabuk düşüş ve beraberinde küçük su parçacıklarının su ile bağlanması, tozun geniş alanlara yayılmasının önüne geçildiğini kanıtlamıştır. Su ise bir havza vasıtasıyla tekrar deveran edilir.

5. 
   Paslanmaz çelik cürufu için teknikler şunlardır:
   

• 
  Pulverizasyonun önüne geçmek amacıyla istikrar sağlayıcı bir madde kullanılarak cürufun kararlı duruma getirilmesi.
  
• 
  Cüruf alaşımının denetim altına alınması.
  
• 
  Cüruf malzemesinden krom özütmesinin minimuma indirilmesi; bunun sonucunda eluat (yıkantı) içinde neredeyse hiç Cr görülmez (0.01 mg/l değeri olan tespit değerinden daha az Cr).
  
• 
  Cüruf soğutumunun denetim altına alınması.
  
• 
  Ezme, eleme, yerçekimi (çökme) ve manyetik ayrıştırma vasıtasıyla metallerin ayrıştırılması.
  

Elde edilen çevresel faydalar

Bu teknikler, kromu istikrarlı bir cüruf kafesi içine tutturarak EAO cürufunun özelliklerini iyileştirebilir, ve eluat dahilindeki Cr içeriğini azaltabilirler.

Teknik d) ile ilgili olarak: verilen teknik ile ilgili ilk uygulamalardan birine bağlı olarak yapılan tahminlere göre toz oranı %90’dan fazla olmak üzere azaltılmıştır. Sadece kaynayan potadaki cürufun optimize bir şekilde işlenmediği düşünülürse, tozdaki azaltmanın %100 oranına yakın olduğu olasılıkla söylenebilir.

Tozlanma sorununun ölçümü için bir kıstas olarak, tesis dolayında temizletilmesi gerekmiş olan taşıt ya da teknelerin sayısı kullanılmıştır. 2002 yılında toplam olarak 80 adet taşıt ve teknenin temizlettirilmesi gerekmiştir. 2004 yılından itibaren yeni tekniğin uygulanması ile, cüruf potalarının boşaltılması sırasında oluşan tozlardan hiçbir taşıt ya da tekne etkilenmemiştir. Şu ana kadarki sonuçlar çevresel ve iyi niyet açılarından mükemmel olmuştur. Teknik e) ile ilgili olarak: atık miktarının önemli oranda azalmış olması nedeniyle boşaltma istasyonunda ve cüruf atölyesindeki tozlanma ile ilgili çalışmalar azaltılabilir ve böylece doğal kaynakların kullanımında tasarruf gerçekleşebilir.

Çapraz medya etkileri

Teknik d) ile ilgili olarak: bu teknikte devridaim eden suyun miktarı artırılmışdır; teknik e) ile ilgili olarak: belirtilen bu teknikte proses dahilinde ek istikrar sağlayıcı maddelerin kullanımı gerekmektedir.

Uygulanabilirlik

Teknik d) ile ilgili olarak: Tanımlanan teknik, cürufun henüz toz oluşturan evre dönüşümü geçirmemiş olduğu yeterli sıcaklıkta uygulanabilir (diğer bir deyişle EAO ve AOD türü tüm cüruf potaları için kullanılabilir; bu duruma tek bir istisna bulunur: sürekli döküm makinesinde arta kalmış olan pota cürufunun boşaltıması işlemi). Genel olarak değerlendirildiğinde, üretilen cürufun %90’ı tanımlanan teknik kullanılarak işlenebilir. Kaynayan potadan alınmış cüruf dolu potalar sulandırma tesisatı içine sokulur; diğer bir deyişle potalar su ile doldurulur ve cürufun soğuyup sırsıklam ıslanmış olmasına dek bekletilirler.

Teknik e) hem yeni hem de mevcut tesislere uygulanabilir.

Uygulama için itici güç

Teknik e) ile ilgili olarak: Enerji tüketimi ve bir bütün olarak çevresel etki azaltılabilir. Verimli bir malzeme akışı nedeniyle blum envanter seviyesi düşmüş ve verimlilik artmıştır.

Örnek tesisler

Teknik d): Sandvik Materials Technology, Sandviken, İsveç.

Teknik e): Outokumpu Stainless Tornio Works, Tornio, Finlandiya.

Referans kaynaklar

[208, Lindfors ve diğerleri 2006] [245, Kuhn ve diğerleri 2004]

Benimsenen MET sonuçları

Hurda metallerin ne durumlarda atık olmaktan çıkacağı (bkz. Ek II) ile ilgili kriterleri belirleyen ve 333/2011 numaralı ve 31 Mart 2011 tarihli Konsey Yönetmeliğine göre benimsenen şartlar aynı zamanda yan-ürünler için de MET sonuç bildirgesi olarak benimsenecektir.

Aşağıdaki sonuçları benimsenmiştir:

* Katı kalıntılar için MET uygulaması, dahili kullanım ya da tesis-içi geri dönüşüm vasıtasıyla entegre teknik kullanımı ve işletim teknikleri ile atıkların minimuma düşürülmesini öngörür. Tanım Demir bakımından zengin kalıntıların tesis-içi geri dönüşümü tekniklerine, OxyCup® şaft fırını, DK prosesi, izabe azaltım prosesi ya da soğuk bağlama peletleme/briketleme gibi teknikler ve ayrıca üretim kalıntıları ile ilgili teknikler dahildir. * MET, tesis içinde kullanılamayan ya da geri dönüştürülemeyen katı kalıntıların harici kullanımını ya da geri dönüşümünü maksimuma çıkarmaktır. MET, kaçınılamayan ya da geri dönüşümü mümkün olmayan kalıntıları denetimli bir şekilde yönetmektir. Tanım Demir bakımından zengin kalıntıların tesis-içi geri dönüşümü tekniklerine, OxyCup® şaft fırını, DK prosesi, izabe azaltım prosesi ya da soğuk bağlama peletleme/briketleme gibi teknikler ve ayrıca prosese özgü teknikler dahildir. * Tüm katı kalıntıların toplanması, işlenmesi, depolanması ve nakledilmesi ayrıca havaya ve suya verilen emisyondan kaçınmak için nakil noktalarının kapatılmasına yönelik en iyi işletme ve bakım uygulamalarını kullanmak MET’tir. * MET, aşağıdaki tekniklerden birini veya birden fazlasını kombinasyon halinde kullanarak atık üretimini önlemektir: I. özel bir arıtma işlemini kolaylaştırmak için uygun toplama ve depolama II. örneğin dolomit, magnezit ve kirecin yerine kullanmak üzere farklı proseslerden elde edilen refrakter malzemelerin geri kazanılması ve saha içinde geri dönüştürülmesi ve dâhili olarak kullanılması III. gerektiği durumlarda, filtre tozlarının elektrik ark ocağına (EAO) devridaimle zenginleştirilmesinden sonra, demir dışı metal endüstrisinde çinko gibi demir dışı metallerin harici olarak geri kazanılması için filtre tozlarının kullanılması IV. su arıtma prosesinde sürekli dökümden elde edilen tufalın ayrılması ve sonraki geri dönüştürme işlemiyle geri kazanılması; örneğin sinter/yüksek fırın veya çimento endüstrisinde V. elektrik ark ocağı (EAO) prosesinden kaynaklanan refrakter malzemelerin ve cürufun piyasa koşullarının izin verdiği durumlarda ikincil ham madde olarak haricen kullanılması. * MET, önlenemeyen veya geri dönüştürülemeyen EAO proses kalıntılarını kontrollü bir şekilde idare etmektir.