| Περίληψη: | Η αναγωγική τήξη φτωχών Ελληνικών σιδηρονικελιούχων λατεριτικών µεταλλευµάτων στις (Η/Κ) αναγωγής της ΛΑΡΚΟ συνοδεύεται από την παραγωγή 20 τόννων σκωρίας ανά τόνο FeNi (15% σε Ni). Η συνολική παραγόµενη ποσότητα σκωρίας στις 5 Η/Κ της ΛΑΡΚΟ είναι 1.8-2.0 εκ. τόνοι / χρόνο. Η ανακύκλωση ενός µικρού ποσού της σκωρίας (25%) γινόταν µέσω της εγχώριας βιοµηχανίας τσιµέντου (1995), ενώ το υπόλοιπο απορριπτόταν στον Β.Ευβοϊκό κόλπο. Η απόρριψη αυτή οδηγεί σε προσωρινή ερήµωση του υποθαλάσσιου χώρου. Η συνεχιζόµενη αύξηση της παραγωγής σιδηρονικελίου η διακοπή της χρήσης της σκωρίας στην τσιµεντοβιοµηχανία (2000) λόγω χρωµίου, καθώς η αυστηρότερη περιβαλλοντική νοµοθεσία από την Ε.Ε., κάνει αναγκαία την εύρεση είτε νέων βιοµηχανικών εφαρµογών της σκωρίας, είτε καλύτερων λύσεων απόθεσης. Η παραπάνω σκωρία χαρακτηρίζεται από υψηλά ποσοστά οξειδίων του σιδήρου και του πυριτίου (~42 και 35%, αντίστοιχα). Η απευθείας χρήση της σκωρίας στην παραγωγή τσιµέντου, µε βάση τα παραπάνω επίπεδα συγκεντρώσεων και ειδικότερα στα οξείδια του σιδήρου, είναι ανέφικτη. Επιπροσθέτως, µελέτες που αφορούσαν στην παραπάνω σκωρία έχουν δείξει απουσία λανθανουσών υδραυλικών ιδιοτήτων. Ο προτεινόµενος τρόπος χρήσης της είναι µέσω αναγωγικής τήξης, όπου τα οξείδια σιδήρου και πυριτίου (ειδικότερα τα πρώτα) αναµένεται να µειωθούν στα επιθυµητά επίπεδα. Οι υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις της αναγωγικής τήξης κάνουν επιβεβληµένη την παραγωγή προϊόντος υψηλής προστιθέµενης αξίας, έτσι ώστε να ισοσταθµιστεί το κόστος. Ο συνδυασµός της σκωρίας µε χαµηλής µεταλλουργικής αξίας διασπορικό βωξίτη και εγχώριο ασβεστόλιθο και η αναγωγική τήξη του µίγµατος, παρουσία άνθρακα και µεταλλικού λουτρού, µπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή αλουµινούχου τσιµέντου (Al2O3>35%), η εµπορική αξία του οποίου είναι 4-5 φορές µεγαλύτερη από αυτή των κλασσικών τσιµέντων Portland. V Η παραπάνω διεργασία µελετήθηκε αρχικά µε θερµοδυναµικούς υπολογισµούς για το σύστηµα σκωρία – βωξίτης -ασβεστόλιθος – µέταλλο - άνθρακας. Προσδιορίστηκαν οι βέλτιστες συνθήκες για τις αντιδράσεις που λαµβάνουν χώρα και κυρίως για την αναγωγή του SiO2, που αφενός µεν είναι το δυσκολότερα αντιδρών οξείδιο και αφετέρου η µείωσή του είναι ο σηµαντικότερος παράγοντας για την µεγιστοποίηση χρήσης σκωρίας. Τα αποτελέσµατα, που ελήφθησαν µε την βοήθεια του υπολογιστικού προγράµµατος Chemsage, αφορούσαν την θερµοδυναµική ισορροπία, και εκ τούτου δεν προσδιορίζεται ο απαραίτητος χρόνος για την αντίδραση. Η µελέτη εφικτότητας της παραγωγής αλουµινούχου τσιµέντου από το µίγµα των πρώτων υλών πραγµατοποιήθηκε σε κάµινο ΤΑΜΜΑΝΝ. Στις 12 συνολικά δοκιµές προσδιορίστηκαν οι βέλτιστες συνθήκες παραγωγής. Καθοριστικότερος παράγοντας για την διεργασία ήταν, εκτός από την επίτευξη της επιθυµητής σύστασης και η αργή ψύξη του τήγµατος έτσι ώστε να κρυσταλλωθεί ικανοποιητικά το προϊόν. Το ποσοστό χρήσης της σκωρίας σε δοκιµές που οδήγησαν σε παραγωγή αλουµινούχου τσιµέντου (HAC), ήταν 12-16%. Η σηµαντικότερη διαφορά των παραγόµενων τύπων αλουµινούχου τσιµέντου από τα HAC ήταν το υψηλό ποσοστό MgO (~5%), λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σκωρίας σε βωξίτη, σηµαντικά υψηλότερο από τις προδιαγραφές (<1%). Η συµπεριφορά των τελικών προϊόντων, όσον αφορά την ανάπτυξη των αντοχών, έδειξε ότι είναι δυνατή η παραγωγή αλουµινούχων τσιµέντων, ακόµα και µε υψηλά ποσοστά οξειδίου του µαγνησίου. Οι αντιδράσεις αναγωγής των οξειδίων σιδήρου, χρωµίου και πυριτίου από στερεό άνθρακα και άνθρακα διαλελυµένο σε λουτρό σιδήρου, µελετήθηκαν µέσω 13 δοκιµών στο θερµοκρασιακό εύρος 1400-1700οC. Οι δοκιµές έλαβαν χώρα σε κάµινο ΤΑΜΜΑΝΝ, µε χρήση γραφιτικών χωνευτηρίων έτσι ώστε να διασφαλίζεται ο κορεσµός του µεταλλικού λουτρού σε άνθρακα. Προσδιορίστηκαν οι κινητικές σταθερές για την αναγωγή των FeOx και CrOχ καθώς και οι αντίστοιχες τιµές της ενέργειας ενεργοποίησης. Μέσω της εργαστηριακής µελέτης προσδιορίστηκαν και τα ρυθµορυθµιστικά στάδια της κάθε αντίδρασης. VI Η αναγωγή του οξειδίου του σιδήρου και του οξειδίου του χρωµίου είναι σχετικά γρήγορες, συγκριτικά µε την αναγωγή του οξειδίου του πυριτίου (για 50% αναγωγή απαιτούνται t~90min σε Τ~1800οC). Έτσι ως οικονοµικότερος τρόπος µείωσης του οξειδίου του πυριτίου στο τελικό προϊόν, επιλέχθηκε η αραίωση της σκωρίας µε ασβεστόλιθο χαµηλής περιεκτικότητας σε SiO2. Οι πέντε πιλοτικές δοκιµές πραγµατοποιήθηκαν σε Η/Κ αναγωγής, χωρητικότητας 5 τόννων σε χάλυβα. Βασίστηκαν στα αποτελέσµατα των εργαστηριακών δοκιµών και οδήγησαν στην παραγωγή αλουµινούχου τσιµέντου ειδικού τύπου (δοκιµές 1 και 4), µε αξιοσηµείωτες αντοχές, παραπλήσιες µε αυτές των τυπικών αλουµινούχων τσιµέντων. Τα τελικά δείγµατα των πιλοτικών δοκιµών µελετήθηκαν όσον αφορά στην ενυδάτωσή τους, µε σκοπό την ανίχνευση του µηχανισµού ανάπτυξης αντοχών. Τα αποτελέσµατα έδειξαν ότι η ενυδάτωση της φάσης Q (κύρια φάση στα δείγµατα υψηλών αντοχών, λόγω του υψηλού ποσοστού MgO) αποτελεί τον κυριότερο παράγοντα στην ενυδάτωση των τελικών προϊόντων. Η συνολική αξιολόγηση της διεργασίας δείχνει ότι η παραγωγή αλουµινούχου τσιµέντου από τον συνδυασµό εγχώριων α’ υλών και παραπροϊόντων, είναι δυνατή. Με βάση τα αποτελέσµατα της διατριβής είναι δυνατή αξιοποίηση της σκωρίας Η/Κ στην παραγωγή προϊόντος υψηλής προστιθέµενης αξίας, µε συνεπαγόµενα περιβαλλοντικά οφέλη, από την µείωση της απόρριψής της στον Β. Ευβοϊκό. Η συνολική διεργασία χαρακτηρίζεται από την έλλειψη παραπροϊόντων αφού και η µεταλλική φάση που παράγεται είναι δυνατό να διατεθεί στην χαλυβουργία, λόγω του ότι περιέχει τις ανακτώµενες ποσότητες νικελίου και χρωµίου από την σκωρία και τον βωξίτη (zero residues process). VII
|
|---|
