• Ei tuloksia

Tutkimus Mustavaaran vanadiiniprosessin liuotusjätepellettien hyödyntämisestä sulatietä ja titaanipitoisista kuonista

N/A
N/A
Info
Lataa
Protected

Academic year: 2022

Jaa "Tutkimus Mustavaaran vanadiiniprosessin liuotusjätepellettien hyödyntämisestä sulatietä ja titaanipitoisista kuonista"

Copied!
164
0
0

Kokoteksti

(1)

Tutkintotehtävä, jonka Kari Juhani Helelä on jättänyt tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten Teknillisessä korkeakoulussa Vuoriteollisuusosaston teoreettisen prosessimetallurgian opintosuunnalla.

Otaniemessä v¿»á^kuun päivänä

Työn tekijä

Kari Helelä

Työn ohjaaja

vs. apul. prof

Työn valvoja

M.H. Tikkanen prof.

(2)

Kiitän työn valvojaa professori M.H. Tikkasta työn ohjauk­

sesta ja saamistani neuvoista.

Työni ohjaajaa vs. apulaisprofessori Jouko Härkkiä kiitän lukuisista työtäni koskevista keskusteluista ja neuvoista.

Kiitän häntä myös innostavasta asenteesta ja kannustuk­

sesta työni aikana.

Tekniikan lisensiaatti Kyösti Karjalahtea Rautaruukki Oy:

stä kiitän neuvoista, hänen innostavasta suhtautumisestaan työhöni ja työhöni liittyvien asioiden hoidosta Rautaruuk­

ki Oytssä.

Kiitän Rautaruukki Oy:tä mielenkiintoisesta tutkimusai­

heesta sekä saamastani taloudellisesta tuesta.

Lopuksi kiitän metallurgian laboratorion henkilökuntaa ja opiskelutovereitani miellyttävästä työympäristöstä ja yh­

teistyöstä.

(3)

1. JOHDANTO 1 2. TITAANIPITOISIA MALMEJA KÄYTTÄVIÄ PYROMETALLUR­

GIE IA PROSESSEJA 5

2.1. Titaanipitoista magnetiittia käyttävät

prosessit 6

2.1.1. HighveId Steel and Vanadium

Corporation Ltci. :n prosessi 9 2.1.2. New Zealand Steel Ltd.:n prosessi 11 2.2. Hematiittipitoista ilmeniittiä ja ilme-

niittiä käyttävät prosessit 17 2.2.1. Quebec Iron and Titanium

Corporationin prosessi 17 2.2.2. Osaka Titanium Company Ltd.:n

prosessi 21

2.3. Mustavaaran tilanne verrattuna muihin titaanipitoisia malmeja käyttäviin pyro-

metallurgisiin prosesseihin 23

3. ELKEM-PROSESSI 29

3.1. Elkem-prosessin edut ja vertailu suora­

pa Ikis tysmenetelmiin 30

3.2. Toiminta-arvoja 32

3.2.1. Rumpu-uuni - sähköuuni 32 3.2.2. Kuilu-uuni - sähköuuni 33 3.2.3. Sulatuksessa kuluva energia 34 3.3. Mustavaaran tilanne ja Elkem-prosessi 35

4. TITAANIPITOISET KUONAT 37

4.1. Kuonien rakenne 38

4.1.1. Viskositeetti - rakenne 38 4.1.2. Sähköiset ominaisuudet - rakenne 39 4.1.3. Kuonien mineraloginen rakenne 43

(4)

4.2.2. Titaanikarbonitridit 51 4.2.3. Systeemin CaO-TiC^-SiC^-A^O^

kuonan viskositeetti 53

4.2.4. HighveId-tyyppisen kuonan visko­

siteetti 60

4.2.5. Sorel-tyyppisen kuonan viskosi­

teetti 62

4.2.6. Alkalien vaikutus 63

4.3. Faasitasapainot ja likviduslämpötilat 64 4.3.1. Systeemi Ca0-TiC>2-Si02 66 4.3.2. Systeemin CaO-TiC^-A^Og-SiC^

likviduslämpötilat 67

4.3.3. Systeemin TiC^-A^Og-FeO-SiC^-

CaO-MgO kuonan likviduslämpötilat 69 4.3.4. HighveId-tyyppisen kuonan faasi-

tasapaino ja likviduslämpötilat 72 4.4. Pelkistävien olosuhteiden vaikutus kuoniin

ja kuonien pelkistymiskinetiikkaa 74

4.4.1. Pelkistymisaste 77

4.4.2. Titaanidioksidin pelkistyminen

kuonasta 80

4.4.3. Optimikuona 82

4.4.4. Kuonien pelkistyessä tapahtuvia

rakennemuutoksia 83

4.5. Kuonien rikinsitomiskyky 84

4.5.1. Highveld-tyyppisen kuonan rikin­

sitomiskyky 85

4.5.2. Sorel-tyyppisen kuonan rikinsito­

miskyky 88

4.6. Mustavaaran kuona 88

(5)

kistyminen ja alkuaineiden jakautuminen

kuonan ja raakaraudan kesken 91

5.1.1. FeO:n pelkistyminen 92

5.1.2. Raakaraudan C-pitoisuus 94 5.1.3. SÍO2:n pelkistyminen ja Si:n ja­

kautuminen kuonan ja raakaraudan

kesken 96

5.1.4. Raakaraudan rikkipitoisuus 99 5.1.5. Fosfori, kromi, vanadiini 103 5.1.6. TÍO2:n pelkistyminen ja Ti:n ja­

kautuminen kuonan ja raakaraudan

kesken 105

5.1.6.1. Masuuni 105

5.1.6.2. Sähköuuni 110

5.2. Titaaniyhdisteet raakaraudassa 111 5.2.1. Titaaninitridin ja -karbidin syn­

tyminen 111

5.2.2. Titaaninitridin ja -karbidin käyt­

täytyminen 113

5.2.3. Titaanipitoisen malmin sulatuksen

onnistuminen 114

TITAANIPITOISEN KUONAN HYÖDYNTÄMINEN 116 6.1. Sulfaattiprosessin ja kloridiprosessin

vertailua 116

6.2. Titaanipitoisia malmeja käyttävien pyro-

metallurgisten prosessien kuonan käyttö 118 6.3. Kuonan käyttö sulfaattiprosessissa 119 6.3.1. Kuonalta vaadittavia ominaisuuksia 119 6.3.2. Titaanipitoisesta magnetiitista

syntynyt kuona sulfaattiproses­

sissa 121

(6)

6.4.3. Teolliset prosessit 125 6.5. Kuonan synteesi rutiiliksi 127 6.5.1. Kuonan titaanipitoisuus on korkea 128 6.5.1.1. Rutiilin synteesi 129 6.5.1.2. Rutiilin rikastus 132 6.5.1.3. Rutiilin laatu 132 6.5.2. Kuonan titaanipitoisuus on matala 135 6.5.2.1. Kvartsilisäyksen vaikutus 135 6.5.2.2. Hapetus ja P205~lisäys 136 6.6. Mustavaaran kuonan hyödyntäminen 138

YHTEENVETO 142

KIRJALLISUUS 150

(7)

1. JOHDANTO

Mustavaaran vanadiiniprosessista saadaan 240 000 tonnia vuodessa hematiittirikkaita liuotusjätepellettejä, jotka

sisältävät titaania. Titaanipitoisuuden vuoksi pelletit eivät ole hyvä raaka-aine masuuniin, ja siksi on pyritty löytämään menetelmä niiden hyödyntämiseksi muulla tavalla.

Pellettien käyttö masuunissa aiheuttaisi myös sen, ettei pellettien sisältämää titaania voitaisi hyödyntää.

Jätepellettien Ti02-pitoisuus on n. 7 %, ja tämä on noin puolet pellettien sivukivimäärästä. Näin pelleteistä voi­

daan saadan raudan poistamisen jälkeen materiaali, jonka Ti02~pitoisuus on n. 50 %, joten näiden käyttö masuunissa ei ole hyvä ratkaisu. Prosessi, joka voi hyödyntää sekä pellettien sisältämän raudan että titaanin, on ensisijai­

sesti tavoiteltava, järkevä käyttötapa.

Aikaisemmin on tutkittu menetelmää, jossa pelkistetään se­

lektiivisesti pellettien sisältämät rautaoksidit ja saa­

dusta tuotteesta, rautasienestä, erotetaan rauta magneetti­

sesti /1,2/. Tässä diplomityössä tutkitaan toista mahdol­

lista pyrometallurgista tietä pellettien hyödyntämiseksi:

liuotusjätepelletit voidaan sulattaa ja sulapelkistää rau­

taoksidit, jolloin titaanidioksidi ja muu sivukivi saadaan kuonaan. Sulapelkistystä voi edeltää kiinteässä tilassa tehty esipelkistys.

Koska tiedettiin, että muualla on prosesseja, joissa titaa- nipitoista malmia käsitellään sulattamalla tämä, haluttiin tietoja näistä olemassaolevista prosesseista ja titaanipi- toisista kuonista, joiden käyttäytyminen on tunnetusti hyvin ongelmallista. Titaania ja rautaa sisältäviä malmeja käsi­

(8)

teltäessä tulee mielenkiintoiseksi myös, pystytäänkö rau­

dan lisäksi hyödyntämään myös titaani ja millä tavalla.

Siksi haluttiin selvittää myös titaanipitoisen kuonan käyttömahdollisuuksia. Varsin tunnettu on Quebec Iron and Titanium Corporationin prosessi, ns. Sorel-prosessi, jonka kuonan korkea TiC^-pitoisuus ja sulfaattiprosessiin sopi­

vat ominaisuudet ovat tehneet kuonasta halutun raaka-aineen titaanidioksidipigmentin valmistajien keskuudessa. Titaa- nipitoisten kuonien tuntemus on myös hyödyllistä pyrittäes­

sä lisäämään masuuniajon sallima-', panoksen titaanipitoi- suutta. Rautamalmien köyhtyessä jouduttaneen tulevaisuu­

dessa hyväksymään masuuniinkin panos, joka sisältää nykyis­

tä enemmän titaania.

Työn pääosan muodostaakin kirjallisuustutkimus titaanipi- toisia malmeja käyttävistä pyrometallurgisista prosesseista, titaanipitoisista kuonista, kuonan ja metallin välisistä reaktioista ja titaanipitoisten kuonien hyödyntämisestä.

Esiteltävät asiat on pyritty valitsemaan kriittisesti Mus- tavaaran tilanteen kartoittamiseksi. Samalla on pyritty antamaan laaja kuva titaanipitoisista kuonista eri puolia valottaen tekijän oikeaksi katsomalla tavalla. On esitetty monia erilaisia käsityksiä, joita titaanipitoisen kuonan kohdalla on, korostaen kuitenkin tekijän oikeampina ja parhaimpina pitämiä ratkaisuja.

Titaanipitoisia malmeja käsittelevistä pyrometallurgisista prosesseista esitetään Highveld Vanadium and Steel Corpo­

ration Ltd.:n, New Zealand Steel Ltd.:n, Quebec Iron and Titanium Corporationin ja Osaka Titanium Company Ltd.:n prosessi. Nämä prosessit ovat samalla tunnetuimmat titaani- pitoisia malmeja käyttävät pyrometallurgiset prosessit.

Prosessikuvaukset on tehty tarkasti, ja näin haluttu antaa selvä kuva myös laitteistoista ja niiden kapasiteetista.

(9)

Esittely mahdollistanee jonkinlaisen peruskäsityksen pro­

sessista ja tarvittavasta laitteistosta, mikäli päädytään vastaaviin menetelmiin Mustavaaran pellettien hyödyntämi­

seksi .

Seuraavaksi on esitetty Elkem-prosessi, jossa valokaari­

uunissa sulatettava materiaali esilämmitetään ja/tai esi- peIkistetään rumpu- tai kuilu-uunissa. Prosessilla on

varsin huomattavia etuja verrattaessa sitä nykyisin paljon esillä oleviin rautasieniprosesseihin. Masuuniin verratta­

essa tärkein etu on nyt tietenkin, että Elkem-prosessiin sopiii titaanipitoinen malmi.

Titaanipitoisista kuonista on tarkasteltu näiden rakennet­

ta, viskositeettia, faasitasapainoja ja likviduslämpöti­

lo ja sekä pelkistävien olosuhteiden vaikutusta ja pelkis- tymiskinetiikkaa. Tarkastelu on varsin laaja verrattuna kirjallisuudesta löytyviin laajimpiinkin yhteenvetoihin

ja tutkimuksiin. Ilmiöitä tarkastellaan tässä usein hyvin­

kin matalasta kuonan titaanipitoisuudesta aina korkeisiin asti. On myös tutkittu sulan raakaraudan ja titaanipitoi­

sen kuonan välisiä reaktioita, ja esitetään kuonan kompo­

nenttien pelkistyminen ja alkuaineiden jakautuminen kuo­

nan ja raakaraudan kesken. Tässä yhteydessä ovat mukana myös titaaniyhdisteet, titaaninitridi ja -karbidi, jotka ovat titaanipitoisten kuonien ongelmien aiheuttajia.

Titaanipitoisten kuonien hyödyntämistä on tutkittu molem­

missa mahdollisissa jalostusmenetelmissä, sekä sulfaatti- että kloridiprosessissa. Lisäksi tarkastellaan mahdolli­

suuksia kuonan laadun parantamiseksi, jolloin siitä voi­

daan saada jopa korvike rutiilille, titaanimineraalille, jonka Ti02—pitoisuus on n. 95 %. Kuonan käyttö sulfaatti- prosessissa on hyvin edullista, koska kuonan rautapitoisuus

(10)

on alhainen. Näin voidaan välttää ferrosulfaattijäteongel­

mat melkein kokonaan. Kloridiprosessiin sopii kuona, jonka titaanipitoisuus on korkea. Tällöin voidaan välttää ferro sulfaatti- ja happojäteongelmat. Kloridiprosessissa on kuitenkin myös ongelmansa, esim. laitteistojen korroosio.

Diplomityön ohessa on tehty myös kokeita, jotka on rapor­

toitu työn teettäjälle tämän tutkintotehtävän ulkopuolella.

Kokeet olivat eräänlaisia esikokeita myöhemmin mahdol­

liselle tarkemmalle tutkimukselle. Näissä sulatettiin esi pelkistettyjä Mustavaaran liuotusjätepellettejä. Käytet­

tiin matalaa, keskinkertaista ja korkeaa esipelkistysas- tetta. Haluttiin selvittää syntyvän kuonan likviduslämpö­

tila kuonan eri FeO—pitoisuuksilla, mikä kertoisi sula pelkistyksen kuonatien likviduslämpötilat. Lisäksi halut

tiin tietää, millaisia syntyvä metalli ja kuona ovat.

Haluttiin myös tutkia likviduslämpötilaa ja sulatuksessa syntyvää kuonaa ja metallia, kun pellettimurskeeseen lisä­

tään Otanmäen ilmeniittirikastetta. Kokeissa käytettiin panosta, jossa oli 50 % pellettimursketta ja 50 % ilme­

ni! ttirikas tetta.

(11)

2. TITAANIPITOISIA MALMEJA KÄYTTÄVIÄ PYROMETAL- LURGISIA PROSESSEJA

Maailmassa on hyvin paljon malmeja, jotka sisältävät ti­

taania ja rautaa. Titaanipitoisia rautamalmeja, joissa on titaanidioksidia 3 ... 25 %, vastaa englannissa sanat titani- ferous ores /3/. Usein näissä ilmeniitti on sitoutunut

magnetiittiin. Näissä titaanipitoisissa magnetiiteissa (titanomagnetite) TiC>2 voi olla nähmeänä liuoksena FegO^:

ssä, jolloin Ti-atorni on Fe-atomin paikalla magnetiitin hilassa. Tällöin mekaaninen erotus on mahdotonta, ja ero­

tukseen tarvitaan kemiallinen prosessi. On myös malmeja, jotka muodostuvat hematiitin ja ilmeniitin seoksesta

(hematoilmenite). Ilmeniitin teoreettinen Ti02-pitoisuus on 52,66 %, mutta käytännössä pitoisuus vaihtelee ja on 33... 67 % /4/. Teoreettista pitoisuutta alhaisemmat arvot johtuvat muiden alkuaineiden ja mineraalien mukanaolosta.

Korkeammat pitoisuudet voivat johtua ilmeniittirakenteen hajoamisesta ja sitä seuranneesta raudan osittaisesta ha­

pettumisesta ja liukenemisesta. Ilmeniittirakeissa on täl­

löin submikroskooppisia rutiilisulkeutumia.

Edellä esitettyjen malmien hyödyntäminen, ilmeniittiä lu­

kuunottamatta, on aina näihin päiviin asti ollut melko vä­

häistä niiden sulatuksessa syntyvien vaikeuksien vuoksi, koska titaanipitoisten kuonien tuntemus on ollut hyvin puutteellista. Titaanipitoisen malmin pelkistykseen tar­

vitaan raakarautatonnia kohden enemmän polttoainetta kuin rikkaamman rautamalmin pelkistykseen. Taloudellisuus para­

nee, jos syntyvä titaanipitoinen kuona pystytään käyttä­

mään titaaniteollisuuden prosesseissa. Usein titaanipitoi­

sissa malmeissa on mukana myös vanadiinia, jonka talteen- saaminen voi edelleen lisätä prosessin kannattavuutta.

(12)

Erikoisten titaanipitoisten rautalaatujenkin valmistaminen on mahdollista.

Seuraavassa käsitellään tärkeimmät pyrometallurgiset pro­

sessit, jotka käyttävät raaka-aineenaan titaanipitoista magnetiittia ja hematiittipitoista ilmeniittiä tavoittee­

naan erottaa rauta ja titaani sulattamalla raaka-aine ja kuonaamalla titaani. Nämä ovat Highveld Steel and Vanadium Corporation Ltd.:n, New Zealand Steel Ltd.:n ja Quebec Iron and Titanium Corporationin prosessit. Kaikki kolme menetelmää toimivat vahvalla taloudellisella ja tekni­

sellä pohjalla. Yhtiöillä on laajennussuunnitelmia tule­

vaisuuden varalle perustuen juuri näihin prosesseihin. Li­

säksi tarkastellaan Osaka Titanium Company Ltd.:n prosessia, jossa raaka-aineena käytetään ilmeniittiä. Prosessin eri­

koisuutena on tuottaa kuonaa, jonka TiC^-pitoisuus on hyvin korkea. Esiteltävien prosessien lisäksi on olemassa muita­

kin vastaavia prosesseja Japanissa ja Neuvostoliitossa.

2.1. Titaanipitoista magnetiittia käyttävät prosessit Seuraavasta kahdesta esiteltävästä prosessista ensimmäinen perustuu yhdistelmälle esipelkistys rumpu-uunissa-sähköuu- nisulatus-LD-konvertteri. Rumpu-uuniesipelkistys on hyväk- sikoettu ja hallittu menetelmä. Esipelkistys säästää säh- köuunisulatuksessa tarvittavaa energiaa. Toinen prosessi perustuu yhdistelmälle SL/RN-suorapelkistys-sähköuunisula-

tus. Prosessin etuja ovat rautasienenvalmistuksen ja säh- köuunisulatuksen riippumattomuus toisistaan sekä pienem­

mät pääoma- ja käyttökustannukset kuin edellisessä. Sähkö­

uuni on myös joustavampi kuin LD-konvertteri. Rumpu-uunin

(13)

tuote on yleensä homogeenista. Tämän tuotanto on kuitenkin alhainen, mikä johtuu lämmön- ja aineensiirron kulusta.

2.1.1. Highveld Steel and Vanadium Corporation Ltd.:n prosessi

Prosessi on yhtiön kehittämä, ja se on ollut tuotantoajos­

sa vuodesta 1969 . Yhtiön vanadiini- ja titaanipitoinen malmi vastasi vuonna 1972 noin 40 % läntisen maailman va­

nadiinin raaka-aineen tarpeesta vanadiinipitoisen kuonan muodossa /5/.

Käytettävän malmin analyysi on seuraava /6/:

Fe 55 57 % S 0,02...0,03 %

Ti02 12 15 % P 0,05 % maks.

V2°5 1,4 ... 1,9 % CaO 0,01 % maks.

Cr2°3 0,15 ... 0,3 % MgO 0,4 . . .1,0 %

Cu 0,02 ... 0,03 % Si02 1,0 ...1,8 % Ni 0,03 ... 0,07 % ai203 2,5 .. .3,5 % Malmi, hiili, dolomiitti ja kvartsi muodostavat panoksen.

Murskattu malmi on seulottu hienouteen -50,8 mm + 3,18 mm ja hiili -38,1 mm + 3,18 mm. Rumpu-uunin syöte sisältää n. 3 % hienoa ainesta. Tuote voi sisältää 12... 15 % aines­

ta -3,18 mm. Yli 30 % hienosta aineksesta on hiiltä /7/.

Dolomiitti on fluksina, ja kvartsia lisätään pieniä määriä kuonan kontroloimiseksi. Raaka-aineiden määrät ovat suh­

teellisesti seuraavat: malmia 1000 kg, hiiltä 440 kg, dolo­

miittia 220 kg ja kvartsia 32 kg /8/. Näillä määrillä saa­

daan kuonan ja metallin määrien suhteeksi 0,78/1, kuonan emäksisyydeksi 1,7 ja TiC^-pitoisuudeksi 31 %. Malmi voi-

(14)

daan käyttää palamalmina, koska sillä ei ole taipumusta hajaantua uunissa. Hiili, jota käytetään, sisältää run­

saasti haihtuvia komponentteja. Sen analyysi on seuraava /9/:

haihtuvia komponentteja C,.fix.

tuhkaa S

Hiilen kosteus on 2 % ja lämpösisältö 28,5 MJ/kg (6800 kcal/kg).

Panos syötetään esipelkistysrumpu-uuniin (kuva 1), jossa se kuumennetaan lämpötilaan 1000...1050°C /5,3/. Rumpu- uunia lämmitetään pulverimaisella hiilellä myötävirtape- riaatteella. Vaikka terminen hyötysuhde on alhaisempi kuin vastavirtaperiaattee11a toimivassa uunissa, niin näin saa­

vutetaan korkeampi kaasun keskimääräinen lämpötila. Tämä mahdollistaa rumpu-uunin lyhentämisen. Lämpötilaprofiilin säätö tapahtuu puhaltamalla ilmaa putkista, joita on koko rummun pituudella määrävälein. Ilma kuluu hiilen haihtuvien komponenttien osittaiseen polttamiseen. Rumpu-uunit ovat Lurgin valmistamia. Niiden pituus on 60 m ja halkaisija 4 m.

Uuni muodostaa 3,5°:en kulman vaakatason kanssa. Uunin ka­

pasiteetti on 250 000 t vuodessa. Poistuessaan rumpu-uunis­

ta hiili on menettänyt haihtuvat komponenttinsa, dolomiit­

ti on kalsinoitunut ja rautaoksidi pelkistynyt n. 35 % /8/.

Alhainen pelkistysaste takaa Ti02: n ja V20^:n poiston on­

nistumisen esipelkistystä seuraavassa sulapelkistyksessä.

Samalla katoaa sintraantumisvaara.

Kuuma esipelkistetty panos siirretään valokaariuuniin.

Uunit ovat 30 MVA:n Elkem-uuneja /8/. Uunin halkaisija on 32,0 %

55,0 % 12,0 %

1,0 %

(15)

n. 14 m, ja uunissa on kaksi kaatoaukkoa. Elektrodit, joita on kolme, ovat Söderberg-elektrodeja, ja niiden hal­

kaisija on n. 1,6 m. Ne voidaan laskea alas panokseen.

Kaato tapahtuu neljän tunnin välein, ja silloin saadaan 60 t vanadiinipitoista raakarautaa ja 45 t Ti02~pitoista kuonaa /6/. Pelkistimenä uunissa toimii panoksen mukana syötetty hiili. Sulatuksessa syntyvät lämpimät kaasut puhdistetaan, ja käytetään tehtaalla lämmitykseen. Vana- diinipitoisen raakaraudan ja kuonan analyysit ovat seuraa- vat /5/;

V- pitoinen raakarauta Kuona

c 3,50 % Ti°2 30 %

V 1,28 % CaO 18 %

Si 0,25 % MgO 17 %

Ti 0,16 % Si02 19 %

s 0,065 % Äl2°3. 13 %

p 0,075 %

Edelläkuvattu esipelkistys rumpu-uunissa ja sähköuunisula­

tus sulapeIkistyksineen muodostavat Elkem-prosessin.

Vanadiinipitoinen raakarauta viedään nyt terästehtaalle mikseriin. Alkuaikoina oli hankaluuksia, koska mikserissä erkautui titaanikomplekseja, joilla on korkea sulamispiste.

Tällöin raakarauta siirrettiin sähköuunista suoraan seu—

raavaan vaiheeseen, kieputussenkkaan. A12C>3 :11a vuorattu 60 t:n kieputussenkka on alustalla, joka saa aikaan epä—

keskisen oskilioivan liikkeen vaakatasossa. Senkan päälle lasketaan huuva. Vesijäähdytteinen lanssi lasketaan n. 80 cm metallikylpyyn, ja puhalletaan happea. Panoksen painos­

ta ja analyysistä saadaan selville puhallettava nappimäärä, joka kuonaa vanadiinin. Puhalluksen aikana sekoitetaan

(16)

Cool ■ Dolomite Silica J

cp-imien! fani reduction lilin

Vonclium boorina hol rifial

Iron SCI

ZriUsruüinkinqjsgi»

Continuous costina mochines 1- 4 sirena bittet

2- 2 Strond block

Un<vårsol ord Section МШ

Finished products for despatch Uoiversoi Beom edqer Combination

ГРооГуг»^ hr.ishir.q mill

2-RehtQl furnace Breakdown Su

Kuva 1. Highveld-prosessi /5/.

lisäaineet senkkaan. Puhallettaessa lämpötila pidetään alle 1400 °C:n romu- ja maImilisäyksillä /5/. Puhallettu metal­

li sisältää n. 3,2 % C ja 0,09 % V. Metallin pinnalla on kuonakerros, jossa on n. 25 % . Kuonasta poistetaan sen jäähdyttyä ennen jatkokäsittelyä karkeat metallier- kautumat /8/.

Osittain puhallettu metalli panostetaan LD-konvertteriin teräksen valmistamiseksi. Puhalluksessa käytetään erikois­

tekniikkaa. Metallihan sisälsi esim. runsaasti rikkiä.

Happi puhalletaan 3-reikäisellä vesijäähdytteisellä lans- silla. Tämän jälkeen teräs valetaan jatkuvavalukoneilla.

Laitoksessa on tällä hetkellä 6 rumpu-uunia, kun niitä

(17)

aluksi oli vain 4. Ainakin yksi rumpu-uuneista toimii sekä myötä- että vastavirtaperiaatteella, mikä lisää uunin joustavuutta. Sähköuuneja oli aluksi 4 kappaletta. Nykyi­

nen pelkistyslaitoksen kapasiteetti on 1 milj. t vuodessa.

Vuoteen 1980 mennessä on tavoitteena lisätä sitä 300 000 t vuodessa /10/.

2.1.2. New Zealand Steel Ltd.:n prosessi

New Zealand Steel Ltd.:n suorapelkistyslaitos ja terästeh­

das aloittivat toimintansa vuonna 1970. Raaka-aineena on titaanipitoinen magnetiitti, jota on vapaana rantahiekassa kvartsihiekan joukossa. Molemmilla on suunnilleen sama

raekoko. Titaanipitoista magnetiittia on arvioitu Uuden- Seelannin rantahiekassa olevan yli 1000 miljoonaa tonnia ja melko lähellä terästehdasta olevalla alueella n. 150 miljoonaa tonnia /11/. Teräksenvalmistus on järjestetty SL/RN-suorapelkistys ja valokaariuuni-yhdistelmälle.

Rantahiekka pestään, ja sille suoritetaan magneettinen ero­

tus, jolloin tämän primäärisen rikasteen Fe-pitoisuudeksi saadaan 52...55 % /12/. Rikaste pumpataan suljettuun jauha- tuspiiriin, jossa on kuulamyllyt rinnakkain ja sykloneja.

Ylite menee toiseen magneettiseen erotukseen. Täältä rikas­

te kuljetetaan sakeuttimen kautta rumpusuodattimeen. Jau­

hatus 10 mikronia hienommaksi riittää, jolloin saavutetaan rikasteen rautapitoisuudeksi 60... 62 %. Mikäli jauhatusta

jatkettaisiin, saataisiin vahvempia pellettejä. Jauhatus- asteen määräävät pääomainvestoinnit, energiankulutus ja optimi raekoko peHetteihin. Suodattimen jälkeen rikasteen kosteus on 8__ 9 %. Lopullisen rikasteen analyysi on seu- raava /9/:

(18)

Fe en o o %

Ti02 9,0 %

P 0,05 %

S o o CO

%

Si°2 1,5 %

a12°3 5,0 %

CaO + MgO 2,5 %

Rikasteen fosfori- ja rikkipitoisuus ovat sopivia, mutta korkean TiC^-pitoisuuden vuoksi rikaste vaatii erikoiskä­

sittelyn.

Pelkistimenä käytetään ruskohiiltä, jossa on paljon haih­

tuvia komponentteja. Hiilen analyysi on seuraava /9/:

haihtuvia komponentteja fix

tuhkaa S

Hiilen kosteus on 24 %, mutta se kuivataan putkikuivaajas­

sa, jota kuumennetaan höyryllä, alle 10 %:n. Sen lämpösi- sältö on 27,2 MJ/kg (6500 kcal/kg). Tuhkan pehmenemisläm- pötila on 1100...1170 °C, ja pelkistys1ämpötilan on pysyttä­

vä tämän alapuolella. Polttoaine on hyvin reaktiivista.

Pelkistys tapahtuu kiertohiilellä, injektoitavalla hiilel­

lä, josta haihtuvat komponentit poistuvat, hiilipitoisilla kaasuilla ja vedyllä. Kaasut ovat hiilen haihtuvia kompo­

nentteja. Prosessin kulku on esitetty kuvassa 2.

Hieno rikaste haittaa materiaalivirtaa uunissa, minkä vuok­

si rikaste pelletoidaan. Pellettien on oltava riittävän lujia, mikä saavutetaan lisäämällä rikasteeseen n. 2 % ben- toniittia ja kuumentamalla. Pelletointi tehdään pelletoin-

45,0 % 50,0 % 4,0 % 0,5 %

(19)

tilautasella, minkä jälkeen pelletit seulotaan rumpuseu- lalla. Vain 10 ... 20 mm:n pelletit kelpaavat, jotta uunissa syntyisi mahdollisimman vähän hienoa ainesta. Kiertohiili syötetään pellettien mukana rumpu-uuniin. Samanaikaisesti injektoidaan kuivattua ruskohiiltä rumpu-uunin poistopääs- tä kahdella puhaltajalla. Sopiva lämpötilaprofiili saadaan injektoimalla ilmaa uuniin puhallusputkista. Ilmamäärää kontrolloidaan jatkuvasti.

Rumpu-uuni on 75 m pitkä, ja sen halkaisija on 4 m. Uuni muodostaa 3°:en kulman vaakatason kanssa. Panos viipyy uu­

nissa 4,5...5 h, minkä jälkeen se siirtyy jäähdytysrumpuun, jonka pituus on 40 m ja halkaisija 3,6 m /11/. Uunin kier- rosnopeus on 3/10...9/10 kierrosta minuutissa. Poistokaasu­

ja syntyy 80 000 m3/h, ja niiden lämpötila on 900...1000 °C.

Poistokaasuissa on melko paljon mukana kiinteää ainesta.

Niiden analyysi on: 15... 20 % CC^ / 75 % N2 # 4... 10 % CO /12/. Kaasuissa suspensoituneena olevan kiinteän aineksen analyysiä ei kirjallisuudesta ole löytynyt.

Rumpu-uunista poistuvat kiinteät tuotteet ovat rautasieni, palamaton hiili, j äännös tuhka ja kalkki, jos sitä on lisät­

ty. Magneettisella erotuksella poistetaan epämagneettinen aines. Magneettinen sieni seulotaan fraktioihin -1 mm ja +1 mm, koska erikokoisten pellettien pitoisuus on erilainen.

10 mm suurempien pellettien analyysi on seuraava /12/:

Fe kok.

Femet.

C S

76 ... 78 % 71 ... 75 %

0,20... 0,25 % 0,01... 0,09 %

Rikkiä ja fosforia on yleensä alle 0,02 %. 1 mm pienempien pellettien analyysi on seuraava /12/:

(20)

Fe. ,

kok. 60 ... 63 %

Fe 50 ... 60 %

met.

C 2,0__ 3,5 %

S 0,16. . . 0,3 %

I ming~añj blend]

r=L

¿-.MINERAL ORLSiSS

bcn-a plant .1

t--- 1——i prime

lpnm~sepl [prim sçgK concentrate

—fup*jr*a ®

" tailings _________ disposal

ßr^J La^S

fsec-scp] secscpj-

15^3 t¿3

[road transport]

[stock

Г"

Kuva 2. New Zealand Steel Ltd.:n prosessin kulku /11/.

(21)

Seulonnalla saavutetaan kontrolloidumpi sähköuunisulatus.

Hiili, jonka raekoko on 1 mm suurempi, palaa kiertoon hie­

nomman materiaalin joutuessa jätteeksi. Sienen keskimää­

räinen koostumus sen tullessa terästehtaalle on /12/:

Femet.

C S P

75 ... 76 % 0,2 ... 4,0 % 0,2 % maks.

0,2 % maks.

Sienen painosta on 18...20 % kuonaa muodostavaa sivukiveä, minkä vuoksi kuonamäärä tulee suureksi. Mekanisoituminen on alhainen, koska Ti02 ei saa pelkistyä.

Sieni panostetaan sähköuuniin siten, että ensin syötetään sientä ja kalkkia, joiden päälle tulee romua. Nämä sulate­

taan, minkä jälkeen panostetaan lisää sientä. Kun alkupe­

räinen panos on sulanut, on uunin toiminta hyvin pehmeää.

Koska kuonamäärä on suuri, on kehitetty jatkuva kuonan- poistotekniikka, joka vähentää myös energiankulutusta. Pa­

noksessa on käytetty 40 % romua ja pellettejä niin paljon, että niistä tulee 60 % rautaa joka kuumennokseen. Sulatuk­

sessa syötetään pellettejä jatkuvasti siten, että ne sula­

vat nopeasti panoksessa. Panostus tehdään elektrodien ja vuorauksen väliin. Aika panostuksesta kaatoon on ollut 3 h, mutta se lyhenee lisättäessä pellettien osuutta panoksessa.

Sieni sulatetaan kahdessa uunissa, joiden kapasiteetit ovat 40 t ja halkaisijat lähes 5 m. Tehon syöttö yhdelle uunil­

le on 22,5 MVA. Tehosuhde 560 kVA/t perustui oletukseen, että sienen sulattaminen vaatii 900 kWh/t /11/.

Kuonaa syntyy n. 160 kg tonnia terästä kohden, ja se sisäl­

(22)

tää TiC>2 : ta n. 30 % /12/. Valmistetut teräslaadut ovat niukkahiilisiä, ja niiden hiilipitoisuus on alle 0,25 %

suurimman osan sisältäessä 0,10...0,15 % C /11/.

Edellä kuvatun kaltaisena prosessi toimi maaliskuusta 1970 kesään 1972, jolloin menetelmää uudistettiin. Vaikeuksia olivat aiheuttaneet raaka-aineet; pelkistimen reaktiivi­

suus, pellettien laadun vaihtelu ja kosteusongelmat. Suu­

rimmat vaikeudet olivat yhteenkasvautumien muodostuminen, paikallinen ylikuumeneminen, kaasuissa suspenso!tuneena olevan kiinteän suuri määrä, metailisoitumisasteen epä- stabilisuus, ilman puhallusputkien kuluminen ym. /9/.

Uudessa prosessissa käytetään rikaste ja hiili suoraan hienossa muodossaan. Rikaste on 90 %-0,149 mm + 0,074 mm /13/. Se sisältää 58,0 % Fe ja 8,0 % TiC>2. Mukana on myös 0,6 % V /14/. Pelkistimenä käytetään edelleen reaktiivista ruskohiiltä, jonka tuhka- ja rikkipitoisuus ovat matalia.

Rumpu-uuni on sama kuin vanhassa prosessissa, ja siihen

syötetään luokitettu hiekkarikaste, ruskohiili ja kiertohii- li. Uusi menetelmä on esitetty kuvassa 3.

T1O7 -heilige Schlotte ouf Halde keine Weiterwnivendung

Kuva 3. New Zealand Steel Ltd.:n nykyi nen menetelmä /14/.

(23)

Ruskohiiltä ei enää injektoida, eikä käytetä muitakaan lisäpolttoaineita. Lämmitys tapahtuu puhaltamalla ilmaa poltinputkien läpi. Uunin poistopäästä saadaan sieni ja kiertohiili, jotka erotetaan toisistaan magneettierottimil- la. Metallisoitumisaste on välillä 80... 90 % ja tuotteen hiilipitoisuus on n. 0,6 %. Raudan saanti on n. 85 % /13/.

Sienen rautapitoisuus on n. 75 %. Hienorakeinen sieni syötetään ilman jatkokäsittelyä valokaariuuniin, jonka pa­

nos sisältää 70 % sientä ja 30 % romua /14/.

Uudella menetelmällä on saavutettu esim. seuraavia etuja : Uuniin ei synny yhteenkasvautumia. Poltinputket säilyvät hyvin kunnossa. Jätekaasujen kontrollilaitteisto toimii hyvin /13/.

New Zealand Steel Ltd.: n rautasienen tuotanto oli vuoden 1977 alussa 120 000 t vuodessa. Vuoteen 1980 mennessä ra­

kennetaan uusi SL/RN-vksikkö,jonka tuotanto on 200 000 t rautasientä vuodessa /10/.

2.2. Hematiittipitoista ilmeniittiä ja ilmeniittiä käyttävät prosessit

2.2.1. Quebec Iron and Titanium Corporationin prosessi Quebec Iron and Titanium Corporation kehitti prosessinsa 1940-luvun lopussa Allard Lake-alueen hematiittipitoisen ilmeniitin hyödyntämiseksi. Sulattamo sijaitsee Sorelissa.

Malmin analyysi on seuraava /15/:

(24)

Ti02 34,3 % Cr2°3 0,10 %

FeO 27,5 % V2°5 0,27 %

Fe203 25,2 % MnO 0,16 %

Si02 4,3 % S 0,30 %

AI2O3 3,5 % Na20+K20 0,35 %

CaO 0,9 % p2°5 0,015 %

MgO 3,1 %

Materiaali ei sovi masuuniin, ja ilmeniitin käsittely ti­

taanidioksidiksi sulfaattimenetelmällä olisi hematiitin mukanaolon vuoksi lisännyt haponkulutusta, ja samalla oli­

si muodostunut rautasulfaattia kohtuuttomasti. Malmin rik­

kipitoisuus on myös huomattavan korkea.

Malmi murskataan hienouteen 100 % - 9,5 mm /16/. Hieno aines erotetaan karkeasta, ja molemmista poistetaan sivu- kivi. Karkeaa fraktiota käsitellään raskaan väliaineen avulla ja hienoa fraktiota Humphreys-kierukoilla. Fraktiot yhdistetään, ja rikaste pasutetaan rumpu-uunissa, jota su­

latusuunin poistokaasut lämmittävät (kuva 4). Kalsinoitu malmi sekoitetaan pelkistimenä toimivan antrasiitin kanssa Antrasiittia, joka on kuivattu, käytetään seitsemäsosa mal min määrästä /15/. Sen tuhkapitoisuuden on oltava alhainen jotta kuonaan ei tulisi epäpuhtauksia. Seos syötetään jat­

kuvasti toimivaan emäksisesti vuorattuun valokaariuuniin, joka on Tysland-Hole-tyyppinen sähkömatalakuilu-uuni ja jossa on 6 grafiittielektrodiä. Seos panostetaan jatkuva­

na virtana elektrodien ja uunin vuorauksen väliin, jolloin se suojaa vuorausta kuonalta. Uunissa, jonka atmosfääristä on hiilimonoksidia 80 %, on pieni ylipaine /17/.

Valokaari kuumentaa panoksen lämpötilaan 1650 °C, jolloin pelkistyminen tapahtuu nopeasti. Hiiltä on panoksessa sel­

lainen määrä, että osa rautaoksidista jää pelkistymättä.

(25)

Rautaoksidipitoisuus alentaa kuonan sulamispistettä. Ilman rautaoksidia kuona olisi niin viskoosia, että sitä olisi mahdotonta käsitellä. Pelkistymisen pysäyttäminen tässä vaiheessa pitää myös titaanin kuonassa.

Yhteen valokaariuuniin syötetään panosta 450 t päivässä, ja siitä syntyy 190 t kuonaa ja 140 t raakarautaa. Kuonan- kaato tehdään 1,5...2 tunnin välein 20 t:n erissä ja raudan- kaato 45 t:n erissä, ja tämä korvaa joka neljännen kuonan- kaadon /15/. Uunissa rautakerros on n. 30 cm ja kuonaker- ros n. 90 cm /18/.

FLOWSHEET OF MATERIALS AT SOREL PLANT

ORE STORAGE v CARBON STOCKPILE

TOWER UNLOAOER

CONVEYOR TRIPPER TRIPPER

WHARF CONVEYOR

ORE SHIP

CRUSHERS

CARBON

HOPPER BIN BIN

DRYERS TAP-SLAG

OR IRON 1 ELECTRIC ARC1--- J SMELTING FURNACE

BRIDGE CRANE (n)

COVERED SLAG STORAGE SLAG

CRUSHING SLAG CASTING MACHINES

mÈé

TO CUSTOMER BY R.R.CAR,TRUCK OR

SHIP 60-TON <

ELECTRIC ARC L--- REFINING FURNACE

INGOTS

Kuva 4. Quebec Iron and Titanium Corporationin prosessi /17/.

(26)

Prosessissa syntyvä kuona, Sorel-kuona, sopii Ti02-pig- mentin valmistukseen sulfaattiprosessilla. Kuonan analyysi on seuraava /15/:

Ti02 70 ... 72 % FeO 12,0 ... 15,0

^emet. 1,5 % maks.

SiC>2 3,5 ... 5,0 Äl2°3 4,0 ... 6,0 CaO 1,2 % maks.

MgO 4,5 ... 5,5

Cr2°3 0,25 % maks.

V205 0,5 ... 0,6 % MnO 0,2 -- 0,3 % C 0,03 ... 0,10 % S 0,03 ... 0,10 % P205 0,025 % maks.

Ti203 10,0 ...15,0 % muutettuna Ti02:ksi

Koska valokaariuunissa ei käytetä CaO:ta fluksina, on rau­

dan rikkipitoisuus ollut hyvin korkea, jopa 0,61 % /17/.

Rikki on poistettu 60-tonnin valokaariuunissa CaO:lla ja muilla flukseilla ^-atmosfäärissä puhaltamalla typpeä su­

laan, mikä takaa tehokkaan sekoituksenKalkki puhalletaan typen mukana. Myöhemmin rikinpoisto on tehty senkassa kal- siumkarbidilla. Raudan rikkipitoisuus on ollut tällöin kaa­

dossa n. 0,11 % /16/.

Rautaan lisätään halutut lisäaineet sen ollessa senkassa.

Se tunnetaan nimellä Sorel-metalli, joka on erikoisen puh­

dasta rautaa. Se sopii hyvin esim. romunsulatukseen lai­

mentamaan romun epäpuhtauksia ja seostettujen valurautojen raaka-aineeksi. Rauta valetaan joko muotteihin, tai se granuloidaan. Kaluttu C-pitoisuus rautaan saadaan sopival­

la hiililisäyksellä. Seuraavassa on kahden Sorel-metallin analyysit /19/:

(27)

Sorel-metalli D-l Sorel-metalli F-l

Mn C P S Si

2,40 % 0,025 % 0,025 % 0,08 % 0,009 %

4,25 % 0,015 % 0,025 % 0,08 % 0,009 %

Molemmissa metalleissa on lisäksi Cr 0,035 %, Cu 0,025 %, Ni 0,085 %, Ti 0,020 %, V 0,025 %, Со 0,040 %, Al 0,015 %, Mo 0,001 %, W 0,001 %, Sn 0,001 %.

Vuonna 1969 tuotettiin kuonaa 669 000 t. Tuotanto on kas­

vanut melkein vuosittain /20/. Sorel-prosessin edullisuus perustuu seuraaviin seikkoihin /15/: Malmi on halpaa, ja sitä on hyvin paljon. Vesivoimalla on tuotettu halpaa säh­

köä. Prosessin molemmat tuotteet, metalli ja kuona, voidaan

myydä. \

2.2.2. Osaka Titanium Company Ltd.:n prosessi

Osaka Titanium Company Ltd.:n prosessi on ollut tuotanto- ajossa vuodesta 1954. Prosessissa valmistetaan titaanisientä Kroll-prosessilla käyttäen raaka-aineena titaanipitoista kuonaa. Käytetyn kuonan Ti02~pitoisuus on hyvin korkea, min­

kä vuoksi on käytettävä erikoista ajotekniikkaa kuonan val­

mistuksessa. Raaka-aineena on ilmeniitti, jonka TiC^-pitoi- suus on n. 55 %. Rikaste sulatetaan ja pelkistetään valo­

kaariuunissa. Uuniin panostettavan ilmeniitin ja koksin suhde on 6,5/1. Pelkistys viedään hyvin pitkälle, jolloin syntyvän kuonan analyysi on seuraava /21/:

(28)

Titot. 58,70 % CaO 0,03 %

Ti02 58,57 % MgO 1,50 %

Tl2°3 35,30 % MnO 0,50 %

Fetot. 1,70 % V2°5 0,15 %

FeO 2,19 % P2°5 0,04 %

Si02 1,00 % C 0,20 %

A12°3 0,50 % S 0,02 %

Titaanin saanti kuonaan on n. 93 %. Kuonan sulamispiste on n. 1700 °C /22/.

Valokaariuunissa käytetään erikoista vuoraustekniikkaa.

Kuonasta, piestä ja koksista valmistettuja sintrattuja bri- kettejä murskataan, ja tampataan murske grafiittivuorauk­

seen sopivan paksuksi kerrokseksi. Panostetaan uuni, ja pelkistetään kuona. Tällöin muodostuu vuoraus kuonan ja tampatun materiaalin reagoidessa toistensa kanssa. Näin voidaan korjata myös kuluneita kohtia vuorauksessa.

Pelkistyksen edetessä ja kuonan Ti02~pitoisuuden noustessa kuonan viskositeetin kasvu aiheuttaa kaatovaikeuksia. Siksi kaadon yhteydessä puhalletaan happea teräslanssi11a viskoo- seihin kohtiin. Puhalluksesta aiheutuva hapettuminen nos­

taa lämpötilaa Ti2Og:n hapettuessa TiC>2 :ksi. Kuonan rauta- pitoisuus pysyy samana.

On huomattu, että pelkkä panoksen sulatus voi viedä pelkis­

tyksen niin pitkälle, että syntyy kuona, jonka Ti02~pitoi- suus on yli 90 %. Panos on siis vain kyettävä sulattamaan nopeasti korkealla virtahyötysuhteella.

Prosessilla tuotettu kuona on rutiilin veroista. Prosessin seuraavissa vaiheissa voidaankin käyttää kuonaa tai rutii- lia aina sen mukaan, kumpi on hinnaltaan edullisempaa. Myös näiden seoksia voidaan käyttää.

(29)

2.3. Mustavaaran tilanne verrattuna muihin titaani- pitoisia malmeja käyttäviin pyrometallurgisiin

• prosesseihin

Mustavaaran vanadiiniprosessin liuotusjätepellettien tule­

vaisuuden analyysi on Rautaruukki Oy:n vanadiiniasiäntun­

ti joiden mukaan seuraava:

Fe 60,5 + 0,5%

T102 7,34 + 0,50 % MnO 0,25 + 0,026 %

S 0,04 + 0,01 % V205 0,143+ 0,036 % Si02 2,5 + 0,2 % CaO 1,2 + 0,2 %

Materiaalin Fe2+/Fe3+ -suhde voidaan laskea siten, että oletetaan raudan olevan kolmiarvoisena paitsi se osa, joka saadaan olettaen titaanin liuenneen kokonaan Fe203:een /1/.

Li ue te s s aan Ti‘t+ muuttaa ekvivalentin määrän Fe3 + :a Fe : ksi. Kun Fe on 60,5 %, saadaan rautaoksidien määräksi seu­

raava:

Fe304 21,3 % Fe203 64,6 %

Pelleteistä syntyvän kuonan koostumuksen laskemiseksi on tehty seuraavat yksinkertaistukset : Muut komponentit paitsi rauta kuonaantuvat kokonaan. Kuonaan jää 2 % FeO: ta. Käy­

tännön prosessissa FeO: n ajaminen näin alas ilman fluksi- lisäyksiä lienee kuitenkin melko vaikeaa Ti02:n peIkisty- mistuotteiden, titaanikarbidin ja -nitridin, synnyn vuoksi.

Na20 pelkistyy pitkälle, ja Na höyrystyy siten, että Na20- MgO 0,6 + 0,1 %

AI2O3 1,3 + 0,1 % K 0,03 %

Ni 0,03 % Zn 0,007 % Cu 0,011 %

Na20 1,21 + 0,27 %

(30)

tappiot ovat 50 %. Na20-tappiot ovat olleet tätä luokkaa kirjallisuudessa esitetyissä titaanipitoisten malmien

sulatuskokeissa. Lisäksi koostumusta laskettaessa on jä­

tetty komponentit K, Ni, Zn ja Cu huomioimatta, koska niitä on merkityksettömän vähän. Edellä esitetyin yksinkertais­

tuksin kuonan analyysi on seuraava:

Ti02 51,5 % Si°2 17,5 %

FeO 2,0 % CaO 8,4 %

MnO 1,8 % MgO 4,2 %

S 0,28 % A12°3 9,1 %

V2°5 1,0 % Na20 4,2 %

Mustavaaran jätepeliettien koostumus on Fe- ja Ti02 -pitoi­

suudeltaan hyvin lähellä New Zealand Steel Ltd.:n ja melko lähellä Highveld Vanadium and Steel Corporation Ltd.:n käyttämien raaka-aineiden koostumusta. Uusi-seelantilaisen prosessin käyttämän rikasteen Fe-pitoisuus on 58,0 % ja Ti02-pitoisuus 8,0 % ja Highveld-prosessin käyttämän pala- malmin Fe-pitoisuus 55 ... 57 % ja Ti02~pitoisuus 12...15 %.

Sulatettaessa raaka-aine ilman fluksilisäyksiä syntyy uusi­

seelantilaisesta rikasteesta kuona, jonka (CaO + MgO)/Si02~

suhde on emäksisellä puolella, kun taas Highveldin pala- malmista syntyisi hapan kuona kuten Mustavaaran jätepeile-

teistäkin. Mustavaaran jätepelieteistä syntyvän kuonan (CaO + MgO)/Si02 -suhde lasketusta kuonan koostumuksesta on 0,72. Highveld-prosessin kuonan (CaO + MgQ)/Si02 -suhde on n. 1,8 ja New Zealand Steel Ltd.:n prosessissa, jossa valmistetaan terästä, se on todennäköisesti vieläkin kor­

keampi .

Huomattakoon, että sekä Highveld-prosessin että uusi-seelan- tilaisen prosessin raaka-aineet mahdollistaisivat korkeam­

man kuonan Ti02~pitoisuuden, joka nyt on molemmissa 30 %:n

(31)

luokkaa. Kuonan TiC^-pitoisuus kuitenkin laskee käytetty­

jen suurien fluksimäärien vuoksi. Näin on luovuttu kor­

keasta TiC>2-pi tois uudesta helpompien ajo-olosuhteiden

saavuttamiseksi. Highveld-prosessissa voitaisiin saavuttaa jopa huomattavasti korkeampi kuonan TiC>2-pitoisuus ja uusi­

seelantilaisessa suurinpiirtein samaa luokkaa oleva kuin Mustavaaran jätepellettejä sulatettaessa.

Sekä Highveld-prosessi että New Zealand Steel Ltd.:n pro­

sessi jättävät titaanin hyödyntämättä. Highveld-prosessissa on tavoitteena malmin sisältämän vanadiinin talteenotto

ja raakaraudan valmistus, josta puhalletaan terästä LD- konvertterissa. Vanadiinin kuonaaminen raakaraudasta pe­

rustuu termodynamiikan eleganttiin hyväksikäyttöön. Uusi­

seelantilainen rikaste sisältää myös vanadiinia, 0,6 %.

HighveId-tyyppinen prosessi nykyisen suorapelkistys-sähkö­

uuni teräksenvalmi s tus -yhdistelmän sijasta saattaisi olla käyttökelpoinen ratkaisu. Raaka-ainevarantojen puutteelli­

nen hyödyntäminen,Highveldin kohdalla titaanin ja uusi­

seelantilaisen prosessin kohdalla sekä titaanin että vana­

diinin, johtuu käytettävissä olevista suurista raaka-aine­

varoista. Mustavaaran jätepellettien tulevaisuuden analyy­

sin vanadiinipitoisuus on niin alhainen, ettei vanadiinia tarvitse hyödyntää Highveld-prosessin tapaan. Toimenpide olisi kuitenkin tehtävissä haluttaessa melko yksinkertai­

sesti. Jätepellettien titaani olisi pyrittävä hyödyntämään, ja siksi prosessi olisi kyettävä ajamaan siten, että kuo­

nan Ti02-pitoisuus on riittävän korkea jatkojalostuksen onnistumiseksi.

Highveld-prosessissa valmistetaan sähköuunissa raakarautaa ja New Zealand Steel Ltd.:n prosessissa terästä. Raakarau­

dan tuotanto on mahdollista matalallakin esipelkistys-r-

(32)

asteella, kun taas teräksenvalmistus vaatii raaka-aineek- seen rautasienen. Pyrittäessä valmistamaan kuonaa, jonka TiC^-pitoisuus on korkea, on raakarautaprosessi yksinker­

taisempi ratkaisu. Teräksenvalmistus vaatisi ainakin useam­

man kuonan käyttöä, mikä vaikeuttaisi prosessia. Rautasie­

nen tuotanto Mustavaaran pelleteistä ja suora teräksenval­

mistus olisi vaikeaa, koska pellettien sivukivipitoisuus ja erityisesti SiC^-pitoisuus ovat korkeita.

Olennainen ero Highveld-prosessin ja uusi-seelantilaisen prosessin välillä sähköuunin tuotteen lisäksi on rumpu- uunissa tehdyssä pelkistyksessä. Edellisessä prosessissa rautaoksidin pelkistymisaste on n. 35 % ; rumpu-uuni on vain esikäsittelymenetelmä, jota seuraa sulapelkistys valokaari­

uunissa. Jälkimmäisessä puolestaan rumpu-uunin tuote on rautasientä, jonka metallisoitumisaste on 80 ... 90 %. High- veld-prcsessi on jo konventionaalinen raakaraudan valmis- tustie. Vanhaan menetelmään on liitetty vain titaanipitoi­

sen raaka-aineen käyttö ja vanadiinin talteenotto.

Rumpu-uuni on myös jo vanha, hyväksikoettu uuni esipelkistyk- seen ja rautasienen valmistukseen. Rumpu-uunin eduista on hyvin tärkeä mahdollisuus käyttää raaka-aineita, joiden raekokojakautuma saa olla suuri. Uunin lämpötilaa ja atmos­

fääriä voidaan säätää ilman puhallusputkilla, joita on koko rummun pituudella, ja polttimilla. Rumpu-uunin toiminnan edellytyksenä on tuhkan korkea sulamispiste. Pelkistettävä materiaali ei saa sintraantua uunissa. Käytetyn pelkisti- men tulee olla reaktiivista, joskin liian reaktiivinen pel­

kistin voi johtaa siihen, että poistokaasuissa on liikaa palamatonta komponenttia, mikä on epätaloudellista lämpö- talouden kannalta.

Sekä Highveld-prosessissa että New Zealand Steel Ltd.:n

(33)

prosessissa käytetään reaktiivista pelkistintä, jonka haih­

tuvien komponenttien osuus on suuri. Haihtuvat komponentit pystytään hyödyntämään rumpu-uunissa. Suomen oloissa olisi pyrittävä käyttämään turvekoksia.

Käytettäessä Mustavaaran jätepellettejä ja pyrittäessä saa­

maan kuonan titaanipitoisuus korkeaksi prosessi olisi kyettävä ajamaan ilman fluksia tai pienin fluksilisäyksin.

Highveld-tyyppinen prosessi, jossa pelletit esipelkiste- tään ja ajetaan suoraan sähköuuniin, jossa tehdään sula- pelkistys, olisi todennäköisesti sopivin jätepellettien hyödyntämiseksi. Saatavasta raakaraudasta voitaisiin valmis­

taa suoraan terästä tai myydä se harkkorautana. Tuotettu harkkorauta tosin menettää puhtautensa, jos FeO ajetaan hy­

vin alas kuonan titaanipitoisuuden nostamiseksi, joten käy­

tännön prosessissa lienee aiheellista hieman laskea kuonan titaanipitoisuutta, ja näin saavuttaa helpommat prosessin ajo-olosuhteet samalla, kun syntyvä raakarauta on puhtaampaa.

Mustavaaran jätepelleteistä syntyvän kuonan TiC^-pitoisuus on ilman fluksilisäyksiäkin kuitenkin melko matala. Kun käytetään esim. 50 % Mustavaaran jätepellettejä ja 50 % Otanmäen ilmeniittirikastetta, on sähköuunisulatuksessa

ilman fluksilisäyksiä syntyvän kuonan TiC^-pitoisuus n. 70 % ajettaessa kuonan FeO alas n. 2 %:iin. Tällaisen kuonan

Ti02~pitoisuus on hyvin lähellä Sorel-prosessin kuonan Ti02~

pitoisuutta 70... 72 %. Sorel-prosessin raaka-aineena on rikaste, joka saadaan hematiittipitoisesta ilmeniitistä, jonka Ti02~pitoisuus on n. 34,3 %. Näin voidaan saavuttaa kuonan korkea Ti02~pitoisuus, ja silti jättää kuonaan n. 10 % FeO:ta, joka toimii tehokkaana fluksina. Muita flukseja ei Sorel-prosessissa käytetäkään sähköuunisulatuksessa vaan vasta raakaraudan rikinpoistossa. Kuona on kuitenkin huo­

mattavasti emäksisempää kuin Mustavaaran pelleteistä ja

(34)

Otanmäen ilmeniittirikasteesta syntyvä kuona. Mikäli pel­

lettien ja ilmeniittirikasteen seossuhteella n. 50 %/50 % halutaan Ti02-pitoisuus n. 70 %:ksi on FeO ajettava alas, mikä tekee kuonan hallitsemisen todennäköisesti vaikeaksi.

Osaka Titanium Company Ltd.:n prosessi osoittaa kuitenkin, että on mahdollista hallita kuona, jonka Ti02~pitoisuus on hyvin korkea ja FeO-pitoisuus matala. Tämäkin kuona on kui­

tenkin emäksinen MgO/Si02-suhteen ollessa 1,5 ja MgO-pi- toisuuden 1,50 %.

Prosessi, joka käyttäisi raaka-aineenaan Mustavaaran jäte- pellettien ja Otanmäen ilmeniittirikasteen seosta, vaatisi myös rumpu-uunin, jota voidaan lämmittää valokaariuunin poistokaasuilla ja jossa pelletit ja ilmeniittirikaste tai murskattujen tai jauhettujen liuotusjätepellettien ja ilme­

niittirikasteen seos voidaan esilämmittää ja/tai esipel- kistää. Ilmeniittirikaste ja murskattujen liuotusjätepellet­

tien ja ilmeniittirikasteen seos olisi esim. pelletoiva tai briketoiva. Myös pelkistin voidaan ajaa rumpu-uunin lä­

pi. Kuonan Ti02~pitoisuuden ollessa 70 %:n luokkaa ovat sulatusuunin lämpötilat yli 1600 °C, Sorel-prosessissa 1650 °C, kun se Highveld-prosessissa on todennäköisesti 1450 °C:n luokkaa. Sorel-prosessin merkittäviä etuja on, että sekä kuona että metalli voidaan myydä. Ajettaessa kuo­

nan FeO hyvin alas syntyvä raakarauta menettää puhtauden, joka on mahdollista saavuttaa, kun kuonassa on esim. n.

10 % FeO:ta.

Titaanipitoiset kuonat kuluttavat vuorausta hyvin voimak­

kaasti. Osaka Titanium Company Ltd.:n käyttämä vuoraustek- niikka, jossa grafiittivuoraukseen tampataan kuonasta, piestä ja koksista valmistettu brikettimurske, saattaa ol­

la varsin käyttökelpoinen muissakin titaanipitoista malmia käyttävissä prosesseissa. Tosin valokaariuunin panostustek- niikallakin pystytään pitämään vuoraus kunnossa esim. Sorel- prosessissa .

(35)

3. ELKEM-PROSESSI

Vuonna 1956 norjalainen yhtiö, Elektrokemisk A/S, esitti prosessin, jossa panoksen valokaariuunisulatusta edeltää panoksen lämmitys ja esipelkistys rumpu-uunissa. Jo aikai­

semmin oli tutkittu Tysland-Hole -uunin poistokaasujen hyö­

dyntämistä kuilu-uunissa, mutta esipelkistyksessä synty­

neiden vaikeuksien vuoksi Elektrokemisk A/S rupesi tutki­

maan rumpu-uunin käyttöä kuilu-uunin sijasta. Menetelmiä on kehitetty tämän jälkeen, ja nyt Elkem-prosessi muodos­

tuu panoksen esilämmityksestä ja/tai -pelkistyksestä rumpu- uunissa tai kuilu-uunissa ja seuraavasta sähköuunisulatuk­

sesta, jossa panos pelkistetään loppuun. Esilämmitys ja -pelkistys tapahtuvat sähköuunista saatavalla CO-rikkaalla kaasulla. Tämän jälkeen kuuma tuote panostetaan suoraan

sähköuuniin. Prosessia käytetään raakaraudan ja ferroseos- ten valmistukseen. Seuraavassa käsitellään raakarautapro- sessia.

Edellä esitetty Highveld-prosessi on Elkem-prosessi. Myös japanilainen Nisso Steel Mfg. Co., Ltd. valmistaa raaka- rautaa titaanipitoisesta rantahiekasta, jonka analyysi on 54,5 % Fe, 12,5 % Ti02, 3,6 % SiC>2, 2,3 % Al2C>3 ja 0,5 % CaO, Elkem-prosessi11a, jossa on rumpu-uuni ja sähkömatala- kuilu-uuni. Tämä laitos on hyvin pieni, ja sen tuotanto on vain 15 t päivässä /23/.

(36)

3.1. Elkem-prosessin edut ja vertailu suorapel- kistysmeneteImiin

Jo vuonna 1956 ajetuissa pilot-plant -kokeissa todettiin rumpu-uuniesipeIkistyksen avulla voitavan lisätä sähkö­

uunin samalla energiankulutuksella tuotantoa 30... 50 %.

Magnetiittirikasteestä valmistettu itsefluksaava sintteri kulutti energiaa sähköuunissa 2114 kWh raakarautatonnia kohden panostettaessa se kylmänä sähköuuniin, mutta vain 1400 kWh poistettaessa rumpu-uunissa 41,5 % panoksen hapes- ta lämpötilassa 970 °C ja syötettäessä panos kuumana sähkö­

uuniin. Myös elektrodien kulutus raakarautatonnia kohden pieneni. Huomattiin, että runsaasti haihtuvia komponent­

teja sisältävän hiilen käyttö olisi mahdollista ilman esi­

käsittelyä ja haihtuvien komponenttien lämpösisältö voitai­

siin hyödyntää rumpu-uunissa kuten sähköuunin CO-kaasu.

Erikoisen sopivaksi prosessi katsottiin jo alusta lähtien sellaisille malmeille, jotka eivät sovi masuuniin /24/.

Prosessi muodostuu seuraavista vaiheista rumpu- ja valo­

kaariuunissa /25/ :

(1) lämmitys, kuivatus ja/tai karbonaattien kalsinointi ja metallioksidien esipelkistys rumpu-uunissa

(2) raakahiilen syöttö rumpu-uuniin

(3) kuuman panoksen siirto rummusta sähköuuniin

(4) sähköuunisulatus konventionaalisella uppovalokaari- menetelmällä oleellisesti pienemmällä energiankulu­

tuksella ja vastaavasti lisääntyneellä uunikapasitee- tilla.

Prosessin edullisuus perustuu seuraaviin seikkoihin : Sähkön­

kulutus raakarautatonnia kohden vähenee. Voidaan käyttää muita pelkistimiä kuin kallista koksia raakaraudan valmis­

(37)

tukseen. Sähköuunin koon pysyessä samana nousee tuotanto.

Voidaan käyttää malmeja, jotka eivät sovi masuuniin. Näitä ovat esim. TiC^-pitoinen malmi ja paljon hienoa ainesta sisältävä malmi.

Elkem-prosessi muistuttaa paljon rautasieniprosesseja,

joissa on mukana rumpu-uuni. Pelkistysasteessa on kuitenkin huomattava ero. Rautasieni on lähes 100 %:sti metallisoi-

tunutta. Se on jäähdytettävä, joskus briketoitava, ennen, kuin se syötetään sähköuuniin. Rikasteiden on oltava rauta- sienenvalmistuksessa melko puhtaita, jotta vältytään säh­

köuunissa teräksenvalmistuksessa ylimääräiseltä kuonalta ja raffinointitoimenpiteiltä. Elkem-prosessi rajoittuu 30...70 %:n esipelkistykseen, joka ei vielä aiheuta sint- raantumista. Näin vältytään kalkin ja hiilen liikakäytöltä syötteessä, ja rumpu-uunin tuote voidaan syöttää suoraan kuumana sähköuuniin. FeO:n muutosta rautasieneksi välte­

tään, jolloin kuonanmuodostus ja raffinointi tapahtuvat sähköuunissa kuten masuunissa. Kuuman panoksen syöttäminen sähköuuniin lisää huomattavasti aikaa, jolloin sähköuunin lämpötila on korkea, mikä mahdollistaa suuremman sulapel- kistyksen ja korvaa esipelkistyksen alhaisuutta /7/.

(38)

3.2. Toiminta-arvoja

Elkem-prosessin esipelkistys tapahtuu joko rumpu-uunissa tai kuilu-uunissa. Rumpu-uunin etuja on, että se sopii hie­

nollekin materiaalille. Kuilu-uunissa panoksen huokoisuu­

den on oltava sopiva. Panoksen ja kaasun välillä on kuilu- uunissa parempi kontakti kuin rumpu-uunissa.

3.2.1. Rumpu-uuni - sähköuuni

Rautamalmin ja kiinteän pelkistimen seos esilämmitetään ja/tai esipelkistetään vastavirtaperiaatteella lämpötilassa 1000...1050°C kaasu- tai öljylämmitteisessä rumpu-uunissa

(kuva 5). Pelkistintä lisätään uuniin kahteen vyöhykkeeseen Esipelkistynyt panos sulatetaan ja pelkistetään loppuun raakaraudaksi sähköuunissa lämpötilassa n. 1600 °C. Pelkis- timenä voidaan käyttää koksia, hiilimurskaa tai ruskohiiltä joiden raekoko on 3 ... 20 mm. Malmi voi olla kappaleinalmia, sintteriä tai pellettejä, joissa on 50... 65 % rautaa ja joi den raekoko on alle 35 mm. Lisäaineena kuonanmuodostukseen tai rikinpoistoon käytetään esim. kalkkikiveä tai hiekkaa, joiden raekoko on 3... 20 mm. Sähköuunin poistokaasujen ana­

lyysi on seuraava: 65 ... 75 % CO, 15 ... 20 % C02, 5 ... 10 % H2 ja 2...4 % N2. Tämä kaasu käytetään esilämmitykseen ja -pelkistykseen rumpu-uunissa /23/.

Kuva 5. Elkem-prosessi, jossa on rumpu- uuni /26/.

(39)

3.2.2. Kuilu-uuni - sähköuuni

Pelletit tai kylmänä kovetettu malmin, hiilen ja sementin seos esilämmitetään ja -pelkistetään lämpötilassa 800...

950 °C vastavirtaperiaatteella kuilu-uunissa sähköuunin poistokaasulla. Kuilu-uunin tuote sulatetaan ja pelkiste­

tään loppuun sähköuunissa lämpötilassa n. 1600 °C (kuva 6) Pelkistimenä käytetään hiiltä, jossa on paljon haihtuvia komponentteja ja jonka raekoko on 3...20 mm. Pellettien koko on 3...25 mm. Kuonanmuodostukseen käytetään pulveri- maista kalkkikiveä tai hiekkaa ja mahdollisesti koksia.

Sähköuunin poistokaasujen analyysi voi olla esim. seuraava 65 % N2, 25 % C02 ja 10 % CO /23/.

(5

Kuva 6. Elkem-prosessi, jossa on kuilu- uuni /26/.

(40)

3.2.3. Sulatuksessa kuluva energia

Esipelkistysaste, panoksen lämpötila ja kuonamäärä vaikut tavat sulatuksessa kuluvaan energiaan kuvien 7 ja 8 mukai sesti. Tulokset perustuvat laskelmiin, mutta pilot-plant- ajoissa on saatu vastaavia tuloksia /27/.

LIME

700"c

PRE RED U C TIO N %

PREHEAriNO TEMPERA -

TURES

Kuva 7. Energian kulutus esikuumennetun panoksen sulatuksessa /27/.

* *whUton F /500

SPONGE IRON COLO SMELTING

73 У. PREREOUCTION 900 *C PREN E A TINO

1000 SLAO VOLUME *0/|

Kuva 8. Energian kulutus esipelkistetyn materiaalin sulatuksessa /27/.

(41)

3.3. Mustavaaran tilanne ja Elkem-prosessi

Elkem-prosessi on osoittanut sopivuutensa titaanipitoisen rautamalmin hyödyntämiseksi sekä Highveld Vanadium and Steel Corporation Ltd.:n että Nisso Steel Mfg. Co. Ltd.:n prosessissa. Elkem-prosessi muistuttaa hyvin paljon rauta- sieniprosesseja, mutta siinä rajoitutaan 30... 70 %:n esi- pelkistykseen. Prosessia voidaan pitää turvallisena vaih­

toehtona verrattuna rautasieniprosesseihin, joissa on tois­

taiseksi ollut, huolimatta monista menestyksellisistä pro­

sesseista, myös suuria vaikeuksia. Tosin rumpu-uunia ja kuilu-uunia käyttäviä rautasieniprosesseja voidaan pitää myös onnistuneina ratkaisuina.

Mustavaaran liuotusjätepellettien perusominaisuudet, TiC^- pitoisuus ja siten masuuniin sopimattomuus sekä heikkous, ovat juuri ne, joiden vuoksi Elkem-prosessi rumpu-uuneineen on sopiva. Kuilu-uunin käyttö ei tule kysymykseen ilman uude1leenpelietointia pellettien heikkouden vuoksi. Pelle­

tit ovat kuitenkin hyvin hauraita, joten niiden murskaus tai jauhatus onnistuu todennäköisesti hyvin helposti. Näin uu­

de lleenpe lie toin ti ei todennäköisesti olisi kallis toimen­

pide. Samalla saataisiin tuote, joka mahdollistaisi kuilu- uuninkin käytön. Rumpu-uuniin liuotusjätepeHetit sopivat kuitenkin ilman uudelleenpelletointia, joten ei ole syytä

monimutkaistaa niiden hyödyntämistä. Myös rumpu-uunirauta- sieniprosessi pystyy käyttämään titaanipitoista hienoa raa­

ka-ainetta, minkä osoittaa New Zealand Steel Ltd.:n pro­

sessi.

Elkem-prosessin matalamman esipelkistyksen helppous, käyte­

tyt matalat lämpötilat, esim. Highveld-prosessissa 1000...

1050 °C, ja sintraantumisen estyminen ovat merkittäviä

(42)

etuja rautasieniprosesseihin verrattuna. Elkem-prosessissa sähköuunin jätekaasujen hyödyntämisen, panostustekniikan ja esipelkistyksen vuoksi saavutettava sähköenergiankulu- tuksen lasku on tärkeä etu sähkön ollessa kallista. Mata­

lakin esipelkistys takaa panoksen pehmeän sulamisen ja helpottaa kuonan kontrollia.

Mikäli käytetään Mustavaaran jätepellettien ja Otanmäen ilmeniittirikasteen seosta, on tällöinkin edullista käyttää Elkem-prosessia. Ilmeniittirikaste on pelletoitava tai briketoitava ennen käyttöä. Materiaalin homogeenisuuden saavuttamiseksi on ehkä myös liuotusjätepelletit murskat­

tava ja sekoitettava tämä murske ja ilmeniittirikaste. Seos on pelletoitava tai briketoitava. Esipelkistys voitaisiin

tehdä rumpu- tai myös kuilu-uunissa, jos materiaali on kes­

tävää. Ilmeniittirikastetta sisältävä panos on todennäköi­

sesti hapetettava ennen pelkistystä ilmeniitin huonon pel- kistyvyyden parantamiseksi. ^

Huolimatta siitä, että jätepelletit mahdollisesti kestävät rumpu-uuniesikäsittelyn, on todennäköistä, että prosessin pölyongelmat ovat suuret. Pelkistykseen rumpu-uunissa on melko reaktiivinen pelkistin tarpeen. Sulatuksessa energian kulutus on korkea huolimatta esipelkistyksestä, koska pel­

lettien sivukivipitoisuus on korkea, mutta tilannetta aut­

taa, jos todella saadaan sekä metalli että kuona myytäviksi tuotteiksi.

(43)

4. TITAANIPITOISET KUONAT

Titaania ja rautaa sisältäviä malmeja sulatettaessa syntyvä kuona on hyvin ongelmallinen. Näiden jalostaminen masuunissa katsotaan yleensä kannattamattomaksi, kun malmin TiC^-pitoi- suus on yli 1,5 %, koska masuuniajo vaikeutuu kuonan ai­

heuttamien ongelmien vuoksi /28/. Jos sulatuksen tarkoituk­

sena on tuottaa rautaa, on tärkeää, ettei syntyvä kuonamää- rä olisi suurempi kuin muita rautamalmeja sulatettaessa.

Kuonan ollessa sulatusprosessin päätuote on edullista, jos malmin sivukivipitoisuus on alhainen, koska näin saadaan kuonan titaanioksidipitoisuus korkeaksi. Rikinpoiston on­

nistumiseksi kuonan olisi oltava riittävän emäksistä. Kuo­

nan titaanidioksidi ei saisi pelkistyä, koska se voi johtaa liukenemattomien titaanikarbidien ja -nitridien syntyyn.

Kuonan viskositeetin muuttumisen tunteminen eri olosuhteis­

sa on tärkeää. On edullista, jos kuona sulaa pienellä ener­

giamäärällä ja kuluttaa mahdollisimman vähän vuorausta ja elektrodeja. Ennen kuin voidaan ratkaista, kannattaako mal­

min sulatus, on tunnettava kuonan kemialliset ja fysikaali­

set ominaisuudet tarkkaan. Titaanipitoisia kuonia ei ole tutkittu vielä kovinkaan kauan, ja siksi niistä ei ole vie­

lä yhtä täydellistä teoriaa kuin silikaattikuonista.

Kun kuonan titaanipitoisuus on korkea, kuonalla on seuraavia perusominaisuuksia /29/: Kuonat ovat hyvin epästabiileja,

ja niissä tapahtuu nopeita muutoksia sulasta kiinteään ti­

laan. Hiilen läsnäollessa titaanioksidit pelkistyvät, ja sulatuksen aikana syntyy alempien titaanioksidien yhdistei­

tä, joiden sulamispiste on korkea. Kuonien sähkönjohtavuus perustuu elektroneihin. Kuonat ovat hyvin kuohuvia panos­

tettaessa ne uuniin ja rautaoksidien pelkistyessä. Titaani- pitoisia kuonia on tulistettava. Lämpötilan vaihtelut ovat

Viittaukset

LIITTYVÄT TIEDOSTOT

Tämä opinnäyte on esitys esitykseksi: esitys teatterin määrittelemiseksi niin, että se voisi olla minkä tahansa työnteon alusta missä tahansa muodossa.. Tämän esityksen

Luottamusväli: Analyze -&gt; Compare Means -&gt; One- Sample T Test -&gt; Test Variable Neliövuokra... Eräs yritys

Olkoon X atunnaismuuttuja, jonka arvo on testin A l¨ ap¨ aisevien l¨ ammittimien suhteellinen osuus ja Y testin B l¨ ap¨ aisevien l¨ ammittimien

”Ajaessaan kotipihalleen ja nähdessään valot, jotka oli jättänyt palamaan, hän tajusi että Lucy Bartonin kirja oli ymmärtänyt häntä.. Se se oli – kirja oli

Niin kuin runoudessa kieli kuvaa kohdettaan vierei- syyden, metonyymisen suhteen kautta, myös proosassa voitaisiin riistäytyä vähän kauemmas suomalaisesta bio- grafistisen

Toisaalta oppialojen erikoistumisen pai- neissa filosofian historian tutkimus saa myös taistella ole- massaolostaan ja puolustaa kuulumistaan juuri filosofian

Valmistaudun siis puhumaan itseäni vastaan – mutta ennen sitä haluaisin kuitenkin korostaa, että nykyään sekä ’analyyttisen’ että ’mannermaisen’ filosofian

takakannessa jokapaikan todellinen vaan ei aina niin totinen puliveivari Slavoj Zizek toteaa, että jos tätä teosta ei olisi olemassa, se olisi pakko keksiäK. Zizekin heitto on niin

Fosfaattifosforin pitoisuus on ollut talvella korkea, mutta kesalla pitoisuudet ovat alenneet levatuotannon johdosta.. Kevattalvisin on esiintynyt voimakasta hapen

•  Kuona-aineiden ( mm. urea ja krea7niini) ja lääkkeiden eritys. •  Vesi-ja suolatalouden ( mm. kalium ja

Kaatopaikalle sijoitetaan Orikedon polttolaitoksen huoltoseisokkien aikana ker- tyvä Turun seudun sekajäte sekä erillissijoitetaan Orikedon polttolaitoksessa muo- dostuva kuona

Vastineessa hakija toteaa, että paloitellun betonijätteen sijoittaminen puhtaista kaivumaista tehtävään suojavalliin ei uhkaa pohjaveden laatua kyseessä olevalla I

Opettajien tulee vakiinnuttaa oppimisen tavoitteisiin ja kriteereihin pe- rustuvaa arviointia sekä yhdessä rehtoreiden kanssa lisätä niitä koskevaa tietämystä myös oppijoiden

sopivat orgaanisen ja epäorgaanisen aineksen suhteet eri käyttötarkoituksiin, epäorgaanisen aineksen sopiva raekokoja- kauma, alkaalisten ainesten (betonimurske, kuona)

Poikkeavan matala seerumin PAPP-A-pitoisuus raskauden ensimmäisen kolmanneksen aikana on liitetty useissa tutkimuksissa myös kohonneeseen riskiin raskauskomplikaatioille, kuten

Menettely C on samankaltainen kuin B, mutta siinä mitataan tuulen nopeus tuulivoimalan kohdalla lisäksi myös mittauspisteessä.. Näin saadaan tuulivoimalan itse tuottamat korja- tut

Eri puolilla maailmaa tehdyt tutkimukset osoittavat, että kielenvaihto tapahtuu yleensä kolmen sukupolven aikana: ensimmäinen sukupolvi osaa vain yhtä kieltä (A), toinen

Perusviritykseni näihin teemoihin onkin kantilainen pikemmin kuin esimerkiksi schopenhauerilainen, jopa sii- nä määrin, että nähdäkseni sekä pragmatisti- nen

 kokoviljasäilörehun matala RV-pitoisuus voi olla etu, jolla saadaan rehuannoksen RV-pitoisuutta laskettua ja typen hyväksikäyttöä parannettua.  toisinaan

-podcastille ja kymmenien yhteis- työkumppaneiden kanssa julkaisemallemme populaarille kertomuskriittiselle oppaalle Kertomuksen vaarat – kriittisiä ääniä tarinataloudessa

Olen varma siitä, että tämän lehden toimittaminen tulee olemaan minulle juuri tällainen oman kasvun mah- dollisuus.. Olen ollut kirjastoalan erilaisissa tehtävissä

Ennusteita kuitenkin tarvitaan edes jonkinlaiseen epävarmuuden pienentämi- seen, ja inhimillisinäkin tUQtteina ne ovat parempia kuin ei mitään. Ilman inhimillistä

Rikosoikeudellinen laillisuusperiaate on usein ymmärretty ennen kaikkea rikoslainsäädännön oi- keusvaltiollisuuden takeena ja siten sitä ei yksiselitteisesti ole