Malzemelerin Geri Dönüşümü

... konulu sunumlar: "Malzemelerin Geri Dönüşümü"— Sunum transkripti:

1 Malzemelerin Geri Dönüşümü
Prof.Dr.Kenan YILDIZ

2 Hurda tüketimi Ülkemizin hurda kaynakları, gerek üretimi gerçekleştirmek gerekse entegre tesislerdeki üretim için gerekli hurda talebini karşılama açısından oldukça yetersizdir. Ülkemizde hurda tüketiminin artmasıyla birlikte hurda ithalatı da artmaktadır Şekil. Türkiye’nin hurda tüketimi

3 Fiziksel ve Kimyasal Kompozisyonuna Göre Demir-Çelik Hurdaları
Değirmen hurdası HMS hurdası (heavy melting scrap-Ağır ergitme hurdası) DKP hurdası (kaporta veya sac artıkları) ÇHGD hurdası (curuf artığı, yolluk, dolu kalıp vs.) HHGD hurdası (baş, ayak, krop kesimleri, standart dışı malzeme) Pik hurdası Çelik talaşı İmalat artığı Yüksek alaşımlı hurda

4 Demir-Çelik Hurdaları
Değirmen Hurdası Değirmen hurdası hafif ve yumru şeklinde olduğundan, ağır hurdaların ocağa yerleştirilmesinde yastık görevi görürler. Dolayısıyla hurdaların refrakterleri erozyona uğratmaları önlenmiş olur. Yüzey miktarının ağırlığına oranı fazla olduğundan kolay ve çabuk ergiyen hurda çeşidi olup ocakta sıvı banyonun erken oluşmasına neden olmaktadır. HMS Hurdası (Heavy Melting Scrap – Ağır Ergitme Hurdası) HMS; travers, ray, gemi saçları gibi ağır ve etli hurdalara verilen isimdir. Bu tür hurdalar temiz hurda sınıfında yer almaktadır. Cu, P, Sn, S miktarları prosesi zorlayacak kadar yüksek çıkmaz. HMS, hurdanın fiziksel durumu sebebiyle şarj sepetlerine konulmasında hassasiyet gerekmektedir. Ağır olan bu hurdalar ocağa şarj edilirken ocak refrakterlerine zarar vermemesi sağlanmalıdır.

5 Demir-Çelik Hurdaları
DKP Hurdası Kaporta veya saç artıklarından oluşmuş hurdaya verilen isimdir. Cu, Sn, P ve S oranları çok düşük olan bu hurda çeşidi, özel dökümlere gerektiği kadar, bazen de tamamen kullanılır. ÇGHD Hurdası (Çelikhane Geri Dönüş Hurdası a) Hurda kalıp b) Döküm artığı c) Yolluk d) Ocak curufu içinden manyetik şekilde ayrıştırılan çelik e) Prova kepçeleri ve gelberiler HHGD Hurdası (Haddehane Geri Dönüş Hurdası) HHGD hurdası, baş, ayak ve krop kesimlerinden ve çatlak mamüllerden oluşmaktadır. Bunların hurda rolünde HHGD kısmına ayrı olarak konulması gerekmektedir. Bunun yanında bu hurdalar kimyasal kompozisyona göre ayırıma tabi tutulması gerekmektedir.

6 Demir-Çelik Hurdaları
Pik Hurdası Pik demir, cevherden elde edilen ilk mamül olduğundan Cu ve Sn açısından oldukça temizdir. Muhteviyatında C, Si ve Mn yüksek miktarda bulunmaktadır. Çelik Talaşı Çelik talaşı, talaş kaldırma işlemi yaparak mamül üreten işletmelerin artık malzemeleridir. Yanma kaybı fazla olması ve yağlı olması fazla kullanılmamasını gerektirmektedir. İmalat Artığı Çelikten mamül üreten firmaların üretimden kaynaklanan firelerine imalat artığı denir. Cu ve Sn açısından fakir olduğundan iyi hurda sınıfında değerlendirilmesi gerekir. Yüksek Alaşımlı Hurda Yüksek Cr, Ni ve Mo’li hurdalardır. İçeriklerinden dolayı diğer hurda gruplarına göre pahalıdır. Bu hurda özel dökümlerde Cr, Ni ve Mo içeren siparişlerde kullanılır.

7 Demir-Çelik Hurdasının Kalitesi ve Önemi
Ark ocaklarının en önemli hammaddesi olan demir-çelik hurdası, başlıca üç kaynaktan elde edilmektedir; a) fabrika hurdası b) yerli hurda c) ithal hurda Ülkemizde kullanılan hurdanın yaklaşık %85’i ithal hurda olması nedeniyle bu konunun önemi oldukça büyüktür. Uluslar arası standartlara bağlı olarak sınıflandırmaları yapılan ithal hurdalar, Elektrik ark fırınlarında verimin arttırılması ve tüm demir-çelik hurda satıcılarının belli hurda cinslerini hazırlayabilmesi, böylece satın alma işlemlerinin eşit anlayış içinde yapılabilmesi amacına yöneliktir. Bu standartlara bağlı olarak hurdalar için en önemli üç kriter mevcuttur; a) hurda verimi b) hurda yoğunluğu c) hurda kimyasal bileşimi

8 Demir-Çelik Hurdasının Kalitesi ve Önemi
Hurda Verimi Hurda verimi, 100 kg hurda kullanımı ile elde edilmesi gereken çelik üretimini göstermektedir. Bu verimin arttırılması, diğer bir deyişle kullanılacak hurda miktarının azaltılması için hurdada aranması gereken özellikler şunlardır; - kirlilik oranı (taş, toprak parçaları vb.) - hurda üzerindeki ağır pas - yağ ve lastik gibi yanıcı maddeler Hurda Yoğunluğu Hurda kullanımında diğer bir önemli nokta da, mümkün olabilen en az şarj sayısında yeterli hurdanın ocağa verilebilmesidir. Genellikle ark ocaklarında üç şarj sistemi uygulanmaktadır. Fakat şarj sayısının azaltılması veya sayısının fazlalaştırılması için temin edilen hurdanın yoğunluğu büyük önem taşımaktadır. Bu nedenle hurda içerisinde standart dışı büyük parçalar bulunmamalıdır. Ayrıca çalışma şartlarına uygun yoğunluğun mevcut hurda kompozisyonu ile elde edilebilir olması gerekir. Ark ocaklarında önemli üretim aksamalarına neden olan şarj basma ve parça çıkartma işlemlerinin yetersizliği nedeniyle oluşan düşük hurda yoğunluğudur.

9 Demir-Çelik Esaslı Atıklar
* Sinter tesislerindeki NOx ve SOx emisyonları * Kok fabrikalarındaki emisyonlar * Yüksek fırın çamurlarının işlenmesi * Bazik oksijen fırını (BOF) çamurlarının işlenmesi * Haddeleme atıklarının işlenmesi * Elektrik ark fırını (EAF) tozlarının işlenmesi * Asitleme hattı sıvı atıklarının işlenmesi * Demir-çelik üretimi curufları * Atık yağlar ve gresler

10 Demir-Çelik Esaslı Atıklar
Hurdadan başlayarak EAF ile çelik üreten mini çelik tesislerinin en büyük problemi artan sıklıkta ortaya çıkan dioksindir. Ancak EAF ile çelik üreten mini çelik tesislerinin yarattığı çevre problemleri, entegre demir-çelik tesislerine göre daha azdır. Yakın zamana kadar demir-çelik üretiminden ortaya çıkan curuflar, tozlar ve çamurlar ATIK olarak nitelendirilmekteydi. Ancak bu terim günümüzde yeniden kullanım oranının gün geçtikçe artması nedeniyle Yarı Ürün olarak değiştirilmiştir. Tipik bir entegre demir-çelik tesisinde ton mamül başına 420 kg atık ortaya çıkmakta ve bunun büyük çoğunluğunu curuflar, tozlar ve çamurlar oluşturmaktadır. Günümüzde entegre demir-çelik tesislerinde ortaya çıkan atıkların bertaraf edilmesi veya yeniden kullanılabilmesi için ton çelik başına 20 $ harcama yapılırken, mini çelik tesislerinde 5-10 $ harcama yapılmaktadır.

11 Demir-Çelik Esaslı Atıklar
Tablo. Mini çelik ve entegre demir-çelik tesislerinde ortaya çıkan önemli atıkların ortaya çıkış miktarı ve yeniden kullanım oranları Tesis Yarı ürün ve Atık Miktar (kg/ton) Ton ham Fe ve çelik başına % miktar % Yeniden kullanım Mini Çelik Tesisi EAF curufu 116 5.5 77 EAF tozu 18 30 Metalik atıklar 11 5.4 100 Refrakter atıkları 10 4.9 20 Diğer 5 TOPLAM 160 Entegre Demir-Çelik YF curufu 250 15-35 >95 YF tozu & çamuru 25 1-4 >75 BOF curufu 135 5-22 <50 7 22 423

12 Demir-Çelik Esaslı Atıklar
Entegre demir-çelik tesislerinde malzeme akışı cevher hazırlama işlemlerinden başlar. Hammaddelerin konveyör bandlarıyla taşınması, kırma ve eleme işlemleri sonucunda büyük oranda toz ortaya çıkar. Bu tozlar ancak nemlendirmeyle azaltılır ve tamamı sinter harmanında tekrar kullanılır. Cevher hazırlamanın ardından sinter tesisinde, tesislerden ortaya çıkan tozlar ve atıklar değerlendirilir. Yüksek fırında (YF) baca gazının tutucu ve siklon kullanarak kuru tozsuzlaştırılmasından ise çamur ortaya çıkar. Hammadde hazırlama işlemlerinin şarj ve teknolojilerinin geliştirilmesiyle 1950’lerde ham demir başına 150 kg toz ve 40 kg çamur ortaya çıkarken, günümüzde 10 kg toz ve 15 kg çamur ortaya çıkmaktadır.

13 Demir-Çelik Esaslı Atıklar
Yüksek fırında ham demirle birlikte katı atıkların %15-35’ini oluşturan curuf da ortaya çıkmaktadır. Yüksek kaliteli hammaddelerin kullanılması ve hammadde hazırlama işlemlerinin iyileştirilmesiyle 1950’lerde ham demir başına 700 kg curuf ortaya çıkarken günümüzde bu miktar 250 kg kadardır. Çelik üretiminde de ham çelikle birlikte katı atıkların %22.1’ini oluşturan curuf da ortaya çıkmaktadır. Şarj değişiklikleriyle ve Siemens Martin ve Bessemer yöntemlerinin terk edilmesiyle 1970’lerde ham çelik başına 175 kg curuf meydana gelirken günümüzde 135 kg curuf meydana gelmektedir.

14 Demir-Çelik Esaslı Atıklar

15 Demir-Çelik Esaslı Atıklar

16 Yüksek fırın curufu Yüksek Fırın Curufu Kompozisyon
Demir bazlı malzemelerden gelen silis ve aluminyum oksitler, flakstan gelen CaO ve MgO, üretilen curufun %95’ini oluşturmaktadır. Curuf ayrıca Mn, Fe ve S bileşikleri ile birlikte eser miktarda diğer elementleri içerir Mevcut İşlem Opsiyonları ABD’de curuf genellikle üretimin gerçekleştirildiği fabrikalarda toprak ıslahında ve toprak dolgusunda kullanılmaktadır. Nasıl soğutulduğuna bağlı olarak, aşağıdaki alanlarda agrega malzemesi olarak ta ticari alanda kullanılmaktadır: - demiryolu dolgusu - anti-patinaj malzemesi - çatı granülleri - mineral yünü - toprak conditioner - setler (rıhtım) ve dolgular - kanalizasyon filtreleme ortamı Geri Dönüştürülebilirlik Yüksek fırın curufu, doğuştan düşük bir değere sahiptir. Sorunlar/Engeller Bu nedenle uzun mesafeler için nakliyatı ekonomik değildir.

17 Yüksek fırın ve BOF curufu

18 Çelikhane curufu BOF Çelik Üretimi Curufu Kompozisyon
Demir, aluminyum, mangan, kalsiyum ve magnezyumun ergimiş oksitleri ile kombine halinde kalsiyum silikatlar ve ferritler... Metaldeki karbon, silis ve fosfor ile bir miktar demir oksijen üflemesi esnasında oksitlenir. Üretimi Oksijenli çelik üretim prosesi kullanarak yapılan her ton çelik başına lbs primer BOF curufu üretilir. Mevcut İşlem Opsiyonları Çelik üretiminde çıkan curuf parçalanır ve curufta bulunan CaO, MgO ve SiO2 bileşenlerini flaks malzemesi olarak değerlendirmek, demir ve manganı geri kazanmak için yüksek fırına şarj edilecek boyuta getirilir. BOF curufu, sinter tesisine, yüksek fırına ve çelik üretim fırınına geri dönüştürülebilir. Bununla beraber yol yapımı ve çimento endüstrisinde temel olarak kullanılabilir. Geri Dönüştürülebilirllik (Sorunlar/Engeller) Yüksek kalitede ürün (düşük fosforlu çelikler) talebinin artması nedeniyle çelik üretimi curuflarının geri dönüşüm oranı azalmaktadır. Çelik üretim curufunun yol yapımında kullanılması da ABD’de düşmüştür (on yıl önce %30). Bunun nedeni curufta mevcut olan serbest CaO’in hidratlanması, böylece şişme göstermesi ve yol bozukluklarına neden olmasıdır. Günümüzde çelik üretim curufunun %40’dan daha azı, çelik üretim tesislerinin içerisinde yada başka bir yerde değerlendirilmektedir.

19 Demir-Çelik Baca Tozları
Geçmişte bütün çelik üretimi tozları atılmaktaydı. Günümüzde ise çelik üreticileri, tozlardaki değerli metallerin geri dönüşümünü sağlamak için çalışılmaktadır. Daha yüksek çinko içeriği, çelik üreticilerinin bu tozları daha etkin şekilde işleme çalışmalarını sağlamaktadır

20 Çinko

21

22 Çinko Esaslı Hurdalar Çinko satış noktasında değerli bir maldır zira diğer birçok malzemenin aksine tekrar tekrar geri dönüştürülebilir ve bu durumda bile fiziksel ve kimyasal özellikleri hala aynı şekilde kalmaktadır. Bunun anlamı, bugün kullandığımız çinkonun çoğunun yıllar önce yine kullanıldığıdır. Örnek olarak kullandığınız otomobil çinko kaplı panellerde, pirinç aksamda ve diğer kısımlarda geri dönüştürülmüş çinko içermektedir. Otomobiliniz parçalanmaya gönderildiği zaman bütün bunlar yeni parçalar olarak tekrar karşınıza gelirler. Hatta lastiklerde kullanılan çinko oksit bile yeni lastik yapımında kullanılmaktadır. Bu işlem sürekli olarak tekrarlanmaktadır.

23

24 Otomotiv parçalayıcıları tarafından üretilen malzemeler genelde üç bölüme ayrılmaktadır. Bunlar;
1) kaplaması olan yada kaplamasız çelik hurda 2) metal endüstrisinin dışarısında işlem görecek kauçuk, plastik, cam ve köpük benzeri malzemeler 3) diğer malzemeler “Diğer malzeme” olarak adlandırılan malzeme alüminyum, bakır ve çinko alaşımları ile paslanmaz çeliği içermektedir. Bunlar yeniden kullanım için temiz ve değerli metaller olup geri kazanılmak üzere işlenmektedir. Otomotiv parçalayıcıları tarafından geri kazanılan çinko kaplı çelik ise çelik üretimi için ham malzemedir. Çinko, işlemler sonrasında çelikten ayrıştırılır, oksit formuna dönüştürülür, bu da fırını terkeden çinko tozunu oluşturmaktadır. Bu toz toplanır, üretilecek çinko içeren ürünler için hammadde oluşturur.

25 Çinko içerikli atıklar
Galvaniz tesislerinde banyolarda oluşan atık çözeltileri genel karakteristikleri itibariyle ağır metaller, yüksek miktarlarda bileşik halinde çinko ve demir ve serbest asit içerdiklerinden çevreye deşarj edilmeleri oldukça tehlikelidir. Atılabilir karakterde çözelti eldesine yönelik olarak Türkiye Çevre Vakfı tarafından, sıcak daldırma ile galvanizleme tesislerinde oluşan atık çözeltilerinin deşarj standartları çıkarılmıştır.

26 Çinko içeren EAF baca tozları
Çeşitli nitelikteki demir-çelik hurdalarının tekrar ergitilip temiz çelik haline getirilmesinde elektrik ark fırınları (EAF) halen hakim teknoloji durumundadır. Bu fırınlara yüklenen hurdalar arasında karoser saçları ve galvanizli artıklar önemli yer tutmaktadır. Ergitme sırasında hurdalardaki çinko yüksek sıcaklık ve redüktan şartlar gereği buharlaşmakta ve tekrar oksitlenerek tutulduğunda EAF baca tozları meydana gelmektedir. EAF izabesinde üretilen çelik miktarının % 1,5’i kadar baca tozu tutulmaktadır. Dünya yıllık elektro-çelik üretimi 300 milyon ton, Türkiye’de ise 5 milyon ton mertebelerindedir. Dolayısıyla senelik EAF baca tozu oluşumu dünyada 4,5 milyon ton, yurdumuzda ise ton civarındadır. Bu miktardaki tozun işlenmesiyle Türkiye için yılda ton çinko ve ton kurşun kazanımı söz konusudur.

27 Çinko içeren tozlar EAF Tozlarının değerlendirilmesi hakkında daha önce bilgi verildiğinden dolayı bu bölümde bu tozların değerlendirilmesinde kullanılan yöntemlerin adları sıralanmıştır. EAF Tozlarının Değerlendirilmesinde Üretimde Olan Prosesler a. INMETCO Direkt Redüksiyon Prosesi b. ZTT Ferrolime Prosesi c. Laclade Steel Prosesi d. Tetronix Plazma Fırını Prosesi e. Mischigan Tech. Soğuk Bağlı Pelet Prosesi f. Alev Reaktörü g. Kawasaki Prosesi

28 Çinko içeren tozlar EAF Tozlarını Değerlendirilmesinde Gelişmekte Olan Pirometalurjik Prosesler a. Plazma İlaveli Ark Reaktörü b. Aussmelt Prosesi c. Metwool Prosesi d. Enviroplas Prosesi e. Allmet Prosesi f. IBDR – ZIPP Prosesi g. Süper Detox Prosesi h. IRC Prosesi EAF Tozlarının Değerlendirilmesinde Üretimde Olan Hidrometalurjik Prosesler a. MRT Prosesi b.Ezinex Prosesi EAF Tozlarının Değerlendirilmesinde Gelişmekte Olan Hidrometalurjik Prosesler a. Zincex Prosesi b. Cashman Prosesi c. Rezada Prosesi d. Terra Gaia Prosesi

29 Kawasaki Prosesi Japonya’nın Kawasaki Steel Co. Şirketi Chiba Works tesisinde ticari skaladaki geri dönüşüm fırınını inşa etmiş ve burada EAF baca tozunda bulunan hemen hemen bütün çinko ve demirin geri kazanımını gerçekleştirmiştir. Fabrika günde ton tozu işleyecek kapasitededir. Elektrik ark fırınından çıkan toz % çinko ve çoğunluğu demir olacak şekilde bileşime sahiptir. Yeni proses toz içindeki çinkonun %90-100’ünü, demirin ise %99.8’ini geri dönüştürebilmektedir. Tozun geri kalanı yüksek fırından alınan curufa benzer bir curuf oluşturmakta, bu madde çimento için hammadde ve yollardaki kaldırımlarda kullanılabilmektedir. Ticari skaladaki fırın yaklaşık 10 m yüksekliğinde, iki tüyer sırası, bir toz enjeksiyon üfleyicisi ve gaz halindeki çinko için bir toplama ünitesi içermektedir.