Tworzywa sztuczne przekształcają rudy żelaza w stal
Stowarzyszenie PlasticsEurope przywołuje ciekawą metodę recyklingu surowcowego odbywającego się w piecach hutniczych i polegającego na przekształcaniu rudy żelaza w stal przy pomocy tworzyw sztucznych.
Stal, jak wskazują eksperci PlasticEurope, ze światową produkcją na poziomie 1,3 mld ton rocznie stanowi najważniejszy materiał, który może być poddawany całkowitemu recyklingowi po zakończeniu cyklu życiowego wyrobu. Płynny metal wytwarzany w hucie znajduje się na początku tego cyklu. Z kolei tworzywa sztuczne, których światowa roczna produkcja wynosi 260 mln ton, uważane są za drugi z najważniejszych podstawowych materiałów stosowanych w gospodarce. Jednak zagospodarowanie odpadów z tworzyw sztucznych to problem jeszcze nie do końca rozwiązany. Powstają na szczęście nowoczesne technologie, które łączą obydwa te materiały, czyli stal i tworzywa - jeden na początku, drugi na końcu cyklu życiowego.
Recykling surowcowy w piecach hutniczych, to dodatkowa oprócz recyklingu mechanicznego i odzysku energii możliwość zagospodarowania odpadów z tworzyw sztucznych. Technologia ta wykorzystywana jest np. w Austrii, gdzie funkcjonuje zintegrowana infrastruktura oparta na współpracy trzech partnerów: producenta stali, firmę Voestalpine oraz dwóch firm zajmujących się gospodarką odpadami. Pierwsza z nich to AVE – duży odbiorca odpadów komunalnych i przemysłowych, druga zaś TBS – przedsiębiorstwo współpracujące z firmami zajmującymi się unieszkodliwianiem zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego oraz pojazdów wycofanych z eksploatacji.
Dzięki temu możliwe jest wykorzystanie 220 tys. ton rocznie odpadów z tworzyw sztucznych jako czynnika redukującego w piecu hutniczym, a integralny element stanowi tu także współpraca z dwiema instalacjami do odzysku energii z odpadów o łącznej wydajności 600 tys. ton rocznie.
We wstępnej obróbce odpadów przemysłowych AVE wytwarza dwa strumienie materiałowe. Pierwszy z nich to niskoenergetyczna frakcja do odzysku energii. Drugi strumień to natomiast bogata w odpady tworzywowe frakcja do dalszego przetwarzania na potrzeby przemysłu hutniczego, gdzie surowiec mieszany jest z przemysłowymi i pokonsumenckimi odpadami opakowaniowymi. W efekcie powstaje standaryzowany pelet o określonych właściwościach wykorzystywany podczas wytopu surówki.
Od ponad 50 lat tworzywa sztuczne nieustannie zyskują na wartości, będąc podstawowym materiałem w licznych i różnorodnych zastosowaniach, czy to w przemyśle opakowaniowym, w budownictwie, przemyśle samochodowym czy w innych.
Na przestrzeni minionych 15 lat znaczenie recyklingu coraz bardziej skupiało uwagę technologów i naukowców. Oprócz technologii prowadzących do przekształcania zużytych wyrobów w nowe produkty czy do wykorzystania ich do produkcji paliw alternatywnych, na znaczeniu zyskał recykling surowcowy, przede wszystkim jako technologia niezwykle przydatna do odpadów z tworzyw zmieszanych oraz zanieczyszczonych.
Surowa, czyli jeszcze nieprzetworzona ropa naftowa, jako jeden z najbardziej cennych i potrzebnych zasobów naturalnych na świecie, powinna być wykorzystywana w sposób odpowiedzialny. Zasadnicze znaczenie ma więc właściwe zagospodarowywanie odpadów z tworzyw sztucznych – w 100 proc. powstającego z ropy naftowej – zwłaszcza w zastosowaniach przemysłowych właśnie po to, aby zyskać surowiec lub korzyści energetyczne, unikając jednocześnie składowania odpadów na wysypisku.
Aby to zrozumieć jeszcze lepiej PlasticsEurope posługuje się przykładem.
Wydajność 220 tys. ton peletyzowanych i specyfikowanych zmieszanych odpadów z tworzyw sztucznych zużytych w piecu hutniczym to 880 000 m3 przestrzeni oszczędzonej na wysypisku, czyli 11 000 pełnych ciężarówek. To także oszczędność ponad 10 mln GJ energii, co odpowiada zapotrzebowaniu na energię do ogrzewania i podgrzania wody dla ponad 400 tys. ludzi. Wreszcie jest to również oszczędności emisji ponad 400 tys. t CO2 rocznie oraz redukcja emisji pyłów oraz gazów jak np. tlenek siarki.
Stal otrzymuje się z żelaza. Metal ten nie występuje w przyrodzie w postaci czystej, a jedynie w postaci tzw. rud żelaza, stanowiących mieszaninę związków żelaza, głównie tlenowych.
Rudy żelaza zawierają – w zależności od rejonu wydobywczego – od 30 do 70 proc. żelaza (masowo). Występuje ono w różnych proporcjach, np. dwa atomy żelaza na trzy atomy telny. Płynny metal to tzw. surówka żelaza powstająca w procesie wytapiania redukcyjnego. Wiązania tlenowe są wówczas usuwane z rudy i właśnie do tego celu zastosowane mogą być tworzywa sztuczne. Stal produkowana z surówki żelaza zawiera do 4 proc. węgla C. Ilość tę należy obniżyć do wartości od 0 do 2 proc., w zależności od gatunku stali.
Jak wygląda proces wytapiania stali?
Aby usunąć tlen z rudy żelaza i zredukować tlenek żelaza do żelaza potrzebne są czynniki redukujące. Są to substancje o silnym potencjale do reagowania z tlenem zawartym w związkach żelaza. Wskutek takiej reakcji rozrywane jest wiązanie z żelaza z tlenem, a tlen zostaje trwale związany z czynnikiem redukującym. Zazwyczaj stosuje się do tego celu węgiel lub ropę naftową, które na miejscu ulegają gazyfikacji z wytworzeniem gazu syntezowego, składającego się np. z tlenku węgla, który dalej reaguje z tlenkiem żelaza z wytworzeniem żelaza metalicznego i gazowego CO2.
Jeśli jako czynnik redukujący zostaną wykorzystane odpady z tworzyw sztucznych, które w sensie chemicznym są węglowodorami, powstający wówczas gaz syntezowy zawiera oprócz tlenku węgla także wodór. Gaz ten, w porównaniu to tradycyjnych czynników redukujących jak koks czy ropa naftowa, dodatkowo zwiększa efektywność procesu redukcji.
