Terästehtaan rakeistetun kuonan hyötykäyttö

Abstract

Tämä kandidaatintyö käsittelee terästehtaan rakeistetun kuonan hyötykäyttöä erityisesti jätevesien puhdistuksessa. Terästuotanto tuottaa vuosittain hyvin suuren määrän kuonaa, joka ilman oikeanlaista jatkokäsittelyä, kuten kierrätystä tai hyötykäyttöä, on suuri yksittäinen jäte. Tämä lisäksi yksi huolestuttavimmista teollisuuden päästölähteistä on raskasmetalleja sisältävä jätevesi, joita syntyy monilla teollisuudenaloilla, kuten terästeollisuudessa. Jätevesien mukana on mahdollista kulkeutua ympäristöön muita komponentteja, jotka saattavat rehevöittää luonnon vesistöjä ja muuttaa ympäristön tilaa. Kromikuonan soveltuvuutta vedenpuhdistukseen tutkitaan jatkuvasti enenemissä määrin, koska se on helposti saatavilla olevaa halpaa materiaalia. Lisäksi kuonan soveltuvuutta hyötykäytettäväksi on tutkittu muun muassa maa- ja vesirakentamisessa, hiilidioksidin talteenotossa, rikin poistosta savukaasusta, betonin valmistuksessa sekä maatalouden käyttösovelluksissa esimerkiksi lannoitteisissa. Tavoitteena on korvata tulevaisuudessa nykyiset menetelmät tai materiaalit joko osittain tai kokonaan kromikuonalla, joka on jo ennestään hyödyntämätön sivutuote sekä materiaalina halpa ja helposti saatava. Hyötykäytön myötä kromikuona saataisiin myös kierrätettyä, mikä olisi ympäristöystävällisempi vaihtoehto kuin kuonan varastointi.

Kromikuona koostuu pääosin alumiinioksidista, magnesiumoksidista sekä piioksidista. Lisäksi kuonassa esiintyy vaihteleva määrä muita alkuaineita ja yhdisteitä, kuten kalsiumoksidia, kromia ja rautaa. Erityisesti kuonan sisältämien kalsium- ja magnesium-ionien ansioista sillä on emäksinen koostumus. Lisäksi kromikuona on yleensä huokoista, kevyttä materiaalia, jolla on hyvä kulutuksenkesto sekä kuumuudenkesto. Kromikuonan soveltuvuutta hyötykäyttökohteisiin on tutkittu sekä sellaisenaan että myös muokattuna esimerkiksi aktiivifiltteriksi tai OKTO-tuotteiksi. OKTO-tuotteet ovat kuonasta eri tavoin valmistettuja tuotteita, joita voidaan käyttää muun muassa asfaltin valmistamiseen. Lisäksi osassa vedenpuhdistusmenetelmissä kuonan talteenottokykyä on pyritty parantamaan esimerkiksi hapon avulla.

Tutkimuksissa, jotka koskivat kuonan käyttöä jätevesien puhdistuksessa, tutkittiin kromin, fosforin, ammoniakin, mangaanin, arseenin, sinkin ja kuparin poistamista jätevesistä. Lisäksi kuonan käyttöä jätevesien neutraloimiseen oli tutkittu. Tutkimuksissa oli käytetty pääasiassa synteettisiä vesiä eli koetta varten valmistettiin metalleja sisältävä liuos laboratorio-olosuhteissa. Suurimmassa osassa tutkimuksista ei oltu tutkittu, liukeneeko kuonasta eri komponentteja kokeiden aikana, mutta niissä tutkimuksissa, missä tätä oltiin tutkittu, saatiin positiivisia tuloksia. Kromikuonan käytöstä jätevesien puhdistuksessa on saatavilla vähän käytännön kokemusta.

Vertailtaessa kuonan hyötykäyttöä jätevesien puhdistuksessa huomattiin, että kuona soveltui hyvin kuparin, sinkin, kromin ja arseenin sitouttamiseen ja näistä erityisesti kuparin saostamiseen ja talteenottoon. Muiden tutkittujen komponenttien kohdalla saatiin myös positiivisia tuloksia, mutta tulevaisuudessa tulisi vielä tutkia, onko kuonan talteenottotehokuutta mahdollista jotenkin lisätä. Lisäksi huomattiin, että kuona soveltuu hyvin happamien jätevesien neutraloimiseen sen emäksisen rakenteen ansiosta. Kuonassa olisi potentiaalia myös muuhun hyötykäyttöön, mutta nämä menetelmät vaativat kuitenkin vielä lisätutkimusta. Tutkituista kromikuonan hyötykäyttökohteista ainoastaan maa- ja vesirakentamisesta sekä kuonan käytöstä aktiivifiltterinä oli saatavilla käytännön kokemusta.