Nowe technologie zmniejszają energochłonność produkcji stopów manganowych
Mangan (Mn) jest powszechnie występującym metalem, którego w połączeniu z innymi materiałami używa się do wytwarzania całego wachlarza produktów, głównie w formie dodatku do stali, będącej materiałem kluczowym dla naszego współczesnego świata, ale także na potrzeby wytwarzania akumulatorów czy ceramiki. Produkcja stopów Mn wymaga usunięcia tlenu z rudy. Jest to proces pochłaniający ogromne ilości energii. Stopy Mn są wytwarzane w piecach z łukiem krytym. Polega to na tym, że umieszczone głęboko we wsadzie elektrody dostarczają energii w celu wytopienia i podgrzania rudy do temperatury 1 500 °C oraz przekształcenia jej w metal. W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu PreMa wprowadzono zestaw technologii mających na celu zmniejszenie negatywnego wpływu produkcji stopów manganowych na środowisko.
Efekt podgrzewania rudy
Celem projektu było zmniejszenie ilości energii zużywanej do produkcji stopów manganowych przy jednoczesnym wykorzystaniu istniejących pieców. Projekt PreMa wykazał, że dzięki wstępnemu podgrzaniu rudy manganu do temperatury 800–900 °C przed rozpoczęciem wytopu oraz wykorzystaniu gazów odlotowych do usunięcia części tlenu można zmniejszyć zużycie energii nawet o 15 %, a także obniżyć o 33 % emisje dwutlenku węgla. W skład konsorcjum projektu PreMa weszli producenci stopów Mn, naukowcy i instytucje akademickie z Europy i Republiki Południowej Afryki, będącej światowym liderem w dziedzinie wydobycia rudy manganu. Opracowując technologie, które można łatwo zintegrować z istniejącymi zakładami produkcyjnymi, zespół projektu PreMa zwiększył szansę na szybkie wdrożenie rozwiązania przez przemysł. Koordynatorka projektu Eli Ringdalen z instytutu SINTEF AS wyjaśnia: „Urządzenia podgrzewające można zbudować w istniejących zakładach bez powodowania przestojów w produkcji i po niższych kosztach niż w przypadku konieczności budowy zakładu od podstaw”.
Nowe projekty pieców
Partnerzy tej inicjatywy stworzyli projekty pieca obrotowego i pieca szybowego, które umożliwiają wstępne podgrzanie rudy do temperatur docelowych. Technologie te zostały uznane za mające największy potencjał w zakresie uprzemysłowienia. Prototypowa wersja pieca obrotowego została zbudowana i przetestowana w dwóch obiektach pilotażowych. Ze względu na pojawiające się po drodze wyzwania zespół projektu PreMa wprawdzie zaprojektował odpowiedni piec szybowy, ale w ramach projektu nie zdołał zbudować instalacji pilotażowej. W związku z tym zmienił wcześniej przyjęte podejście. Ringdalen dodaje: „Poprzez serię doświadczeń w skali kilogramowej wykonanych w ramach jednego układu wykazaliśmy, jak zachowuje się ruda po wstępnej obróbce. Z kolei na podstawie drugiego układu zademonstrowaliśmy proces ogrzewania i suszenia rudy manganu o rozmiarach przemysłowych za pomocą ciepłego gazu w szybie, po czym połączyliśmy wyniki obu badań, aby ocenić wstępną redukcję rudy Mn w piecach szybowych”.
Alternatywne źródła energii do zasilania nowych jednostek
Kluczową zaletą podejścia przyjętego w projekcie PreMa było wykorzystanie alternatywnych form energii do zasilania pieców obrotowych i szybowych. Produkcja stopów manganowych z rudy, która została wstępnie podgrzana, sprawia, że piece z łukiem krytym zużywają mniej energii, z kolei zasilanie urządzeń do wstępnej redukcji odnawialną energią słoneczną termiczną lub gazami odlotowymi – przemysłowym produktem ubocznym – dodatkowo zmniejszyło emisję dwutlenku węgla z produkcji stopów Mn. Co ważne, zaprojektowanie jednostek, które mogą być zasilane różnymi źródłami paliwa, zapewnia elastyczność. Jak zauważa Ringdalen: „Badane źródła energii mają tę zaletę, że są odnawialne i mogą być pozyskiwane lokalnie w zakładzie przemysłowym. Zarówno słoneczna energia termiczna, jak i bogate w tlenek węgla przemysłowe gazy odlotowe mogą być wykorzystywane do wstępnej obróbki w oddzielnych jednostkach, które można zbudować w istniejących zakładach produkcji stopów Mn i połączyć z istniejącymi piecami do ich końcowej obróbki”. Wśród partnerów konsorcjum znaleźli się wszyscy zachodnioeuropejscy producenci stopów manganowych, a także światowi liderzy w dziedzinie badań nad stopami Mn. Dzięki testom pieców obrotowych, kolektorów słonecznych i wydajności gazów odlotowych do podgrzewania rud projekt PreMa umożliwił przygotowanie gruntu pod szybkie wdrożenie nowo opracowanych energooszczędnych technologii. We współczesnym świecie stopy manganowe stanowią jeden z niezbędnych materiałów, a rozwiązania opracowane w projekcie PreMa mogą się przyczynić do dekarbonizacji łańcucha wartości przemysłu stalowego.
Słowa kluczowe
PreMa, energia słoneczna termiczna, obróbka wstępna, piec obrotowy, piec szybowy, mangan, stopy Mn, gazy odlotowe, piec z łukiem krytym, odnawialne źródła energii, branże energochłonne, przemysł przetwórczy
