Применение калумита для снижения выбросов CO2 в атмосферу

Калумит часто упускают из вида при рассмотрении сырья для стекловарения, несмотря на его успешное применение в производстве стеклотары и флоат-стекла уже многие годы. С. Ф. Росс, Дэйв Майерс и Марк Абрахам* объясняют, почему пришло время возвращения калумита для ответа на текущие вызовы стекольной отрасли.



Калумит (Calumite slag) – брендовое название сырьевого гранулированного материала компании Calumite Company (США), который получают из гранулированных доменных шлаков, являющихся побочным продуктом выплавки чугуна в доменных печах. Этот материал уже многие годы успешно применяют в производстве флоат-стекла и стеклянной тары. При правильной добавке калумита в рецептуру стекольной шихты можно существенно снизить температуру плавления стекломассы, что позволяет расплавить больший объем стекла при одинаковой температуре и ускорить процесс варки стекла. Эти преимущества признаны как элемент стратегии по продлению срока эксплуатации печи и обеспечения эффективного управление процессами окисления-восстановления, осветления и гомогенизации.

Преимущества калумита
Калумит имеет кальций-алюмосиликатный состав, введение которого позволяет снизить соответствующий объем альтернативных добавок кварцевого песка, известняка и полевого шпата. Гранулометрический состав калумита обеспечивает его хорошую сочетаемость с другими сырьевыми компонентами шихты. Его минералогический состав ускоряет процесс плавления и понижает эвтектическую температуру при ускоренном переходе всех гранулированных компонентов в ванну расплава стекла, снижает энергопотребление и выбросы NOX и CO2 в атмосферу. Он также включает сульфид кальция, который является очень эффективной высокотемпературной рафинирующей добавкой. Кроме того, он может помочь в получении более химически стабильного «восстановленного» цвета стекла (цвета янтаря и некоторых зеленых цветов, требующих для окрашивания добавления сульфида серы зеленовато-желтого цвета).

Альтернативные формулировки добавок включают более высокие уровни углерода, графита и сульфатов для образования сульфидов в стекле, менее эффективны и более переменны. Преимущество заключается в том, что восстановительные реагенты калумита разбавлены и более равномерно распределяются в ванне. Кроме того, их окислительно-восстановительный вклад менее зависим от состава шихты и влажности стеклобоя, чем у традиционных источников углерода. Гомогенизирующая и рафинирующая эффективность калумита высвобождается при более высоких температурах, чем при применении альтернативных добавок, в результате чего снижаются уровни образования пузырьков нерастворимых газов (мошек) на повышенных тягах печи и улучшается качество стекла.

Янтарное стекло
По своей сути, восстановленное стекло имеет более высокие уровни выбросов оксида серы (SOX). Это происходит потому, что растворимость SO3 (SO4) в стекле химически ограничена в процессе стекловарения так, чтобы могли существовать хромофоры, содержащие сульфид. В калумитовом шлаке сера химически включена в его состав, поэтому нет никаких требований к химическому снижению других форм серы (сульфатов) для получения сульфидов в стекле. Производители бутылочного стекла янтарного цвета уже давно знают об этом.

Многие производители янтарного стекла перешли от применения углерод-сульфатных составов к использованию пирита. Это было сделано с целью производства стекла с более стабильным цветом янтаря и снижения выбросов SOX. Многие производители стекла янтарного цвета уже подключились к применению калумита в составе шихты для соответствия строгим стандартам по выбросам в атмосферу. Один из производителей стекла янтарного цвета решил ввести калумит в шихту для обеспечения срочного сокращения выбросов SOX и удовлетворения требований более жесткого стандарта по выбросам в атмосферу, введенного в этом районе. За счет врожденных преимуществ калумита при рафинировании стало возможным полностью исключить сульфат натрия из состава шихты. Это обеспечило сокращение объемов выбросов SO3 из расплава стекломассы на 45%, тем самым был зна чительно снижен объем выбросов SOX из печи в атмосферу.

Производители стекла также сталкиваются с другой проблемой – необходимостью сокращения выбросов парниковых газов. Дополнитель ным преимуществом для этого производителя янтарного стекла стало также и сокращение выбросов CO2 на 17%.

Вызовы выбросов CO2
В Европе и США природоохранные организации публикуют для проведения сравнительного анализа наилучшие достижимые уровни удельных выбросов парниковых газов (в тоннах углекислого газа, CO2) с распределением их по различным сегментам стекольной промышленности.

Разработаны таблицы выбросов CO2 в результате сгорания топлива и выделения в процессе CO2 из ингредиентов шихты, например, кальцинированной соды, известняка и доломита (представляя значения этих выбросов на тонну расплавленного или упакованного стекла). Частичная замена калумитовым шлаком известняка и доломита признается эффективным средством сокращения технологических выбросов CO2 и углеродного следа от производственных мощностей.

Результаты
Как пример, один производитель флоат-стекла решил внедрить применение гранулированного шлака калумита в составе своей шихты для сокращения выбросов CO2. На заводе решили заменить 6,2% массы кварцевого песка на шлак калумита. Это привело к снижению содержания в шихте известняка на 27,6% и доломита на 13,7%. За счет снижения содержания в составе шихты этих карбонатных материалов выбросы CO2 сократились на 9,3%. В качестве дополнительной выгоды реализации процесса стекловарения с калумитом получили снижение на 4% расхода энергии на плавление, что обеспечило сокращение заводских выбросов CO2.

Заключение
Калумит уже используется во всем мире и многие пользователи получают от этого дополнительные выгоды. Про цесс производства чугуна в доменных печах постоянно совершенствуется, при этом поступление серы в шлак сокращается. С течением времени эта тенденция привела к некоторому снижению содержания доступных сульфидов в гранулированных шлаках доменных печей. Это позволило некоторым текущим пользователям повысить долю использования калумитовых шлаков в шихте и, за счет этого, обеспечить дальнейшее сокращение выбросов парниковых газов CO2, экономию топлива и повышение производительности стекловаренных печей.

В конечном счете, использование калумита в качестве компонента стекольной шихты должно учитывать его влияние на производственные затраты при формировании шихты, фактически существующие выбросы CO2 стекловаренных печей и будущие тенденции к их снижению, пониженное использование химических веществ для сокращения выбросов SOX и дополнительную экономию ископаемого топлива от сокращения энергозатрат на плавление.

Настало время как потенциальным, так и текущим пользователям, еще раз обратить внимание и в новых условиях оценить преимущества применения в стекловарении этого уникального материала.