Terässulaton savukaasujen elohopeanpoisto

Abstract

Elohopea on myrkyllinen raskasmetalli, jonka pitoisuus ympäristössä on kasvanut huomattavasti teollistumisen myötä. Suurimmat ihmisperäiset elohopean lähteet ovat energiantuotanto sekä teollisuus, jossa erityisesti teräksen valmistus aiheuttaa merkittäviä elohopeapäästöjä. Teräksen valmistuksen on arvioitu aiheuttavan maailmanlaajuisesti 30 tonnia elohopeapäästöjä vuosittain. Elohopeapäästöjen vähentäminen on tärkeää, sillä teräksen valmistuksen elohopeapäästöt voivat kaukokulkeutua maailmanlaajuisesti ja aiheuttavat haittaa ihmisille ja ympäristölle. Kierrätysteräksen mukana on koneiden osia ja muita elohopeaa sisältäviä teräsjakeita, jotka hyvästä lajittelusta huolimatta päätyvät sulatukseen. Terässulatoilla valmistetaan terästä masuuniprosessilla sekä valokaariuuniprosessilla ja ruostumatonta terästä esimerkiksi yhdistämällä valokaariuuniprosessiin AOD-konvertteri. Terässulattojen prosessit ovat kuumia ja niiden noin 1450–6000 °C:n lämpötila höyrystää kierrätysteräksen seassa olevan elohopean. Korkean lämpötilan vuoksi suurin osa elohopeasta on alkuainemuotoisena. Höyrystynyt elohopea kulkeutuu savukaasujen mukana savukaasujen käsittelyyn. Elohopea, jota ei saada poistettua savukaasuista, kulkeutuu ilmakehään ja sieltä maaperään ja vesistöihin. Elohopeapäästöjä on pyritty rajoittamaan monilla kansainvälisillä sopimuksilla ja laeilla. Suomessa terässulattojen elohopeapäästöjä rajoitetaan ympäristöluvissa olevin määräyksin. Lisäksi terästeollisuuden elohopeapäästöjä voidaan vähentää käyttämällä parasta käyttökelpoista tekniikkaa. Teräksen valmistuksen parhaan käyttökelpoisen tekniikan mukaan elohopeapäästöjä tulisi ensisijaisesti vähentää pienentämällä kierrätysteräksessä olevan elohopean määrää ja toissijaisesti poistamalla elohopeaa savukaasuista. Elohopea voidaan poistaa savukaasusta adsorptiolla. Aktiivihiili on yleisin savukaasujen elohopeanpoistossa käytetty adsorbentti, mutta päästörajojen kiristyessä tarvitaan aktiivihiiltä tehokkaampaa adsorbenttia elohopean poistamiseksi. Työn tavoitteena on selvittää aktiivihiilelle vaihtoehtoisia adsorbentteja terässulaton savukaasujen elohopean poistamiseen. Aktiivihiili on suuripinta-alainen ja huokoinen materiaali, jonka pintaan elohopea adsorboituu. Alkuainemuotoisen elohopean poistamiseen voidaan käyttää aktiivihiili-injektiota, jossa jauhemaista aktiivihiiltä injektoidaan savukaasuihin, tai raemuotoista aktiivihiiltä, jolloin savukaasut kulkevat aktiivihiilisuodattimen läpi. Elohopean adsorboitumista aktiivihiileen voidaan parantaa kyllästämällä aktiivihiili. Jodi-, kloori-, rikki-, ja kuparikloridikyllästettyjen aktiivihiilten on tutkittu olevan elohopeanpoistossa tehokkaampia adrorbentteja kuin kyllästämättömän aktiivihiilen. Kyllästämättömän aktiivihiilen elohopean adsorptiokapasiteetti on 53–1000 μg/g kun jodikyllästetyllä aktiivihiilellä adsorptiokapasiteetti on 3100–4800 μg/g ja kloorikyllästetyllä aktiivihiilellä 3900 μg/g. Elohopean poistoa savukaasuista voidaan tehostaa myös korvaamalla aktiivihiili vaihtoehtoisella adsorbentilla. Esimerkiksi selenidipyrrotiitilla, jonka elohopean adsorptiokapasiteetti on 2450 μg/g. Työn tuloksena todettiin, että kyllästetyt ja vaihtoehtoiset adsorbentit tarvitsevat vielä lisää tutkimusta ennen teollisuusmittakaavan käyttöönottoa, sillä niitä on tutkittu vain laboratorioympäristössä. Lisäksi adsorbenttien lämpötilavaatimukset voivat aiheuttaa muutoksia terässulattojen savukaasunpuhdistusprosessiin. Adsorbenteilla on kuitenkin suurien elohopean adsorptiokapasiteettien vuoksi potentiaalia korvata aktiivihiili savukaasujen elohopeanpoistossa.