Τεχνολογική και Οικονομική Αποτίμηση της Τεχνολογίας Αξιοποίησης του Βιομηχανικού Καταλοίπου της Ερυθράς Ιλύος για Παραγωγή Χυτοσιδήρου και Ορυκτοβάμβακα

Abstract

Το αλουμίνιο έχει γίνει το δεύτερο σε χρήση μέταλλο μετά το σίδηρο και η ζήτηση για την παραγωγή του αλουμινίου έχει αυξηθεί τα τελευταία χρόνια, γεγονός που οφείλεται στο μεγάλο εύρος εφαρμογών του. Το αλουμίνιο παράγεται είτε από μεταλλεύματα βωξίτη (πρωτογενής παραγωγή αλουμινίου) είτε από σκραπ (ανακυκλωμένο αλουμίνιο). Η πρωτογενής παραγωγή αποτελείται από δύο μεθόδους. Η πρώτη μέθοδος είναι η μέθοδος Bayer , από την οποία παράγεται αλουμίνα υψηλής καθαρότητας. Η δεύτερη μέθοδος είναι η μέθοδος Hall-Heroult, αποτελεί ηλεκτρόλυση τήγματος αλουμίνας και από την μέθοδο αυτή παράγεται αλουμίνιο καθαρότητας πάνω από 99%. Κατά τη μέθοδο Bayer παράγεται το κυριότερο στερεό παραπροϊόν της βιομηχανίας του αλουμινίου , το οποίο ονομάζεται Ερυθρά Ιλύς. Εκατομμύρια τόνοι Ερυθράς Ιλύς παράγονται σε όλο τον κόσμο ετησίως και αποτίθενται είτε στην ξηρά είτε στην θάλασσα με συνέπεια την υποβάθμιση τεράστιων εκτάσεων γης αλλά και του θαλάσσιου οικοσυστήματος. Επομένως, η αξιοποίηση της Ερυθράς Ιλύος αποτελεί πρώτη προτεραιότητα για όλα τα εργοστάσια παραγωγής αλουμινίου παγκοσμίως.

Το ‘Αλουμίνιο της Ελλάδας’ σε συνεργασία με τη σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου ανέπτυξε μία νέα εναλλακτική μέθοδο αξιοποίησης της Ερυθράς Ιλύος κατά την οποία πραγματοποιείται η μετατροπή της σε εμπορικό προϊόν. Μέσω της αναγωγικής τήξης σε ηλεκτρική κάμινο τόξου παράγονται χυτοσίδηρος και παχύρευστη σκωρία, η οποία επεξεργάζεται κατάλληλα και κατόπιν μετατρέπεται σε ίνες ορυκτοβάμβακα.  Χυτοσίδηρος : Ο χυτοσίδηρος που παράγεται ανήκει στην κατηγορία εναλλακτικών υλικών σιδήρου, των οποίων η ζήτηση αυξάνεται τα τελευταία χρόνια. Εκτιμάται ότι η ζήτηση του χυτοσιδήρου από τις βιομηχανίες παραγωγής χάλυβα θα αυξηθεί παραπάνω καθώς αυξάνεται η ανάγκη για συνεχή βελτίωση της απόδοσής τους. Είναι διαπιστωμένο ότι ο χυτοσίδηρος ως υλικό τροφοδοσίας των ηλεκτροκαμίνων υπερτερεί σε σχέση με τα σκραπ καθώς αυξάνει την απόδοση και βελτιώνει την ποιότητα του τελικού προϊόντος.  Παχύρευστη Σκωρία : Η παχύρευστη σκωρία που παράγεται μετατρέπεται μέσω κατάλληλης διεργασίας σε ίνες ορυκτοβάμβακα, οι οποίες χρησιμοποιούνται ως μονωτικά υλικά εξαιτίας των καλών θερμομονωτικών ιδιοτήτων τους. Η ζήτηση τους έχει αυξηθεί αρκετά τα τελευταία χρόνια καταλαμβάνοντας το ήμισυ της παραγωγής μονωτικών υλικών. Τα μονωτικά που προέρχονται από ορυκτοβάμβακα για την θερμομόνωση, την ηχομόνωση και την πυροπροστασία κτιρίων.  Η Ελλάδα πλήττεται τα τελευταία χρόνια από σοβαρή οικονομική κρίση , ενώ το 2009 αναγκάστηκε να ζητήσει οικονομική στήριξη από το Διεθνές Νομισματικό Ταμείο (ΔΝΤ), την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ε.Ε) και την Ευρωπαϊκή Κεντρική Τράπεζα (ΕΚΤ). Η κρίση αυτή έχει ως αποτέλεσμα την ύφεση σε όλους του τομείς , όπως οι βιομηχανίες και οι κατασκευές. Παρόλα αυτά, ο κλάδος των μονωτικών υλικών αποτελεί μέχρι και σήμερα δυναμικό τμήμα της αγοράς. Μετά από την θέσπιση του νέου Κανονισμού για την Ενεργειακή Απόδοση των κτιρίων το 2010, ο οποίος θέτει νέα δεδομένα στη θερμομόνωση, ο κλάδος των μονωτικών υλικών δείχνει προοπτικές περαιτέρω ανάπτυξης παρά την κρίση. Στην Ευρωπαϊκή αλλά και στην Παγκόσμια αγορά , ο κλάδος των μονωτικών υλικών είναι πολύ ισχυρός και αξιόπιστος και τα προϊόντα από ορυκτοβάμβακα καλύπτουν πάνω από το 50% της αγοράς. Επίσης, σε ευρεία χρήση είναι και τα οικολογικά μονωτικά υλικά που προέρχονται είτε από ζώα είτε από φυτά. Εκτιμάται ότι η παραγωγή μονωτικών προϊόντων από ορυκτοβάμβακα θα αυξηθεί κερδίζοντας συνεχώς έδαφος έναντι της παραγωγής προϊόντων από οργανικά υλικά, δηλαδή από πολυστερίνη. Τα προϊόντα από ορυκτοβάμβακα είναι ανόργανα και έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα οργανικά.

Η οικονομική ανάλυση της νέας εναλλακτικής μεθόδου παραγωγής χυτοσιδήρου και ορυκτοβάμβακα από Ερυθρά Ιλύ είναι πολύ απαραίτητη για την πρόβλεψη της βιωσιμότητας της μεθόδου. Κατά την οικονομική ανάλυση εξετάστηκαν δύο πιθανά σενάρια και τα συμπεράσματα που προέκυψαν είναι θετικά για την κερδοφορία της μεθόδου. Το 1ο Βασικό Σενάριο βασίστηκε στις σημερινές τιμές της ενέργειας ,των πρώτων υλών, των αναλώσιμων των λειτουργικών κοστών και τις σημερινές τιμές πώλησης του χυτοσιδήρου και των ινών ορυκτοβάμβακα ανά τόνο. Από το πρώτο σενάριο έγινε σαφές ότι τα κυριότερα κόστη που επηρεάζουν την κερδοφορία της μεθόδου είναι το κόστος για την κατανάλωση ενέργειας και το κόστος για την αγορά των πρώτων υλών. Το 2ο Σενάριο στηρίχτηκε σε 20% μείωση τις τιμής πώλησης του χυτοσιδήρου ανά τόνο καθώς και των μισθών , με ταυτόχρονη αύξηση κατά 20% των κοστών της ενέργειας , των πρώτων υλών , των αναλωσίμων και των λειτουργικών κοστών. Η κερδοφορία της μεθόδου εξετάστηκε για μεγάλο εύρος τιμών πώλησης των ινών ορυκτοβάμβακα ανά τόνο. Τα συμπεράσματα από την οικονομική ανάλυση είναι θετικά για την βιωσιμότητα της μεθόδου ακόμα και στις ακραίες περιπτώσεις μεγάλης αύξησης του κόστους ενέργειας και του κόστους πρώτων υλών. Συγκεκριμένα, η κερδοφορία διατηρείται σε όλες τις εξεταζόμενες περιπτώσεις εκτός από της ακραίας περίπτωσης με αύξηση κατά 40% έως και 50% του κόστους της ενέργειας και των πρώτων υλών και με ταυτόχρονη μείωση κατά 70% στη τιμή πώλησης των ινών ορυκτοβάμβακα ανά τόνο, όπου και παρουσιάζεται ζημία . Εν κατακλείδι , η οικονομική ανάλυση που πραγματοποιήθηκε , έδειξε ότι η νέα εναλλακτική μέθοδος παραγωγής χυτοσιδήρου και ορυκτοβάμβακα από Ερυθρά Ιλύ ενδέχεται να είναι κερδοφόρος και βιώσιμη .

The Aluminium Industry has gained great power in the global market. Aluminium is the second most used metal after iron and the demand for its production has increased over the last years significantly due to its wide range of applications. Aluminium is produced either from ore such as bauxite (primary aluminium production) or from scrap (recycled aluminium). Primary Aluminium Production consists of two methods. The first method, called the ‘Bayer Process’, produces high-purity alumina. The second method, called the ‘Hall-Heroult Process’, is the electrolysis of aluminium and produces aluminum with purity above 99%. The major waste of Primary Aluminum Production is ‘Red Mud’ and is a by-product of the ‘Bayer Process’. Red Mud is a mixture of solid and metallic oxide-bearing impurities and presents one of the aluminium industry’s most important disposal problems. Millions of tons of Red Mud are produced annually worldwide and deposited either on land or at sea resulting in the degradation of huge areas of land and the sea ecosystem. For these reasons, the utilization of red mud is a top priority for all aluminium industries worldwide. There have been many attempts to utilize Red Mud, but none of these have found an application yet. ‘Aluminium of Greece’ in cooperation with the National Technical University and the School of Mining and Metallurgical Engineering has developed a new alternative method of utilization of Red Mud. What is achieved by this method is the transformation of Red Mud into a useful and commercial product. This method consists of the following four different stages: 1. Red Mud Drying 2. Feed Preparation 3. Reductive smelting in AMRT- EAF (Advanced Mineral Recovery Technology – Electric Arc Furnace) , Pig Iron and viscous slag production 4. Fibers Production During this method, mineral wool fibers and pig iron are produced. • Pig Iron belongs to the category of alternative iron materials and its demand has been increasing in recent years. It is estimated that the demand for pig iron from steel industry will grow further as the need to improve the quality of the finished product will grow too. It is a well established fact that pig iron as feedstock in electric furnace is superior compared to scrap, as it increases the efficiency of the process and improves the quality of the final product. • Mineral Wool Fibers are commonly used as insulation materials because of their good thermal and acoustic insulation properties. Demand has increased sharply the last few years, occupying half of the global demand for insulation materials. Mineral Wool Fibers can be used in thermal and sound insulation and in fire protection in the sector of construction, transport, industry, agriculture, health as well as in domestic appliances. Greece is faced with the grueling task of having to resort for financial support to the International Monetary Fund (IMF), the European Union (E.U.) and the European Central Bank (ECB) as the country is still suffering from severe economic crisis with no signs of recovery on the horizon yet. Nevertheless, the Greek industry of insulation materials has been a dynamic part of the Greek market in recent decades. After the introduction of new regulations for the Energy Performance of Buildings in 2010, which set new standards in thermal insulation, the insulation industry seems to have prospects for development despite the crisis. In the European and global market, the insulation industry is one of the most powerful industries and mineral wool covers over 50% of this market. Additionally, many eco-friendly insulation materials are widely used originating either from animals or from plants. It is estimated that the production of mineral wool insulation material will increase more in the years ahead, taking over the production of organic material such as polystyrene. This is because mineral wool products are inorganic and have significant advantages compared with organic products. In the Greek Insulation Market, the use of mineral wool was not as widespread as in the global market. However, after the introduction of new regulations for the Energy Performance of Buildings in 2010, mineral wool products are just as competitive as the expanded and extruded polystyrene. In order to predict the sustainability of the method of Pig Iron and Mineral Wool Production of Red Mud, an economic analysis of this new alternative method was carried out. Two possible scenarios were investigated during the economic analysis. The first basic scenario was based on current prices of energy, raw materials, wages, consumables, operation costs, and the current selling price of pig iron per ton. From the first scenario it became apparent that the most significant costs of the process were the energy and the raw materials ones. The second scenario was based on a 20% reduction in wages as well as in the selling price of pig iron and an increase of 20% in prices of energy, raw materials, consumables and operation costs. Both scenarios examined the profitability of the process for a wide range of selling prices of mineral wool per ton. The conclusions of the economic analysis are positive for the sustainability of the process even in the case of a very high prices of energy cost and raw materials as well. More specifically, profitability exists in all possible examined cases except where there is a reduction of 70% in the selling price of mineral wool, combined with an increase of 40 to 50% in energy and raw materials costs, in which case loss occurs. All in all, this economic analysis illustrates that this new alternative process of Pig Iron and Mineral Wool Production from Red Mud is both profitable and sustainable.