Il carbone metallurgico, noto anche come carbone da coke, viene utilizzato per produrre coke, la fonte primaria di carbonio utilizzato nella produzione dell'acciaio. Il carbone è una roccia sedimentaria naturale formata nel corso di milioni di anni quando piante e altri materiali organici vengono sepolti e sottoposti a forze geologiche. Il calore e la pressione causano cambiamenti fisici e chimici che si traducono in carbone ricco di carbonio.
Carbone metallurgico
Il carbone metallurgico si differenzia dal carbone termico, utilizzato per l'energia e il riscaldamento, per il suo contenuto di carbonio e per la sua capacità di agglomerante. L'agglomerazione si riferisce alla capacità del carbone di essere convertito in coke, una forma pura di carbonio che può essere utilizzata nei forni di ossigeno di base. Il carbone bituminoso, generalmente classificato come grado metallurgico, è più duro e più nero. Contiene più carbonio e meno umidità e ceneri rispetto ai carboni di basso rango.
Il grado del carbone e la sua capacità di agglomerarsi sono determinati dal grado del carbone, una misura della materia e del grado volatili del metamorfismo, così come le impurità minerali e la capacità del carbone di fondersi, gonfiarsi e risolidificarsi quando riscaldato. Le tre principali categorie di carbone metallurgico sono:
- Carboni da coke (HCC)
- Carbone da coke semi-morbido (SSCC)
- Iniezione di carbone polverizzato (PCI) carbone
I carboni da coke duri come l'antracite hanno proprietà di coke migliori rispetto ai carboni da coke semi-morbidi, consentendo loro di ottenere un prezzo più alto. L'HCC australiano è considerato il punto di riferimento del settore.
Sebbene il carbone PCI non sia spesso classificato come carbone da coke, è ancora utilizzato come fonte di energia nel processo di produzione dell'acciaio e può sostituire parzialmente il coke in alcuni altiforni.
Fare la coca cola
La produzione di coke è effettivamente la carbonizzazione del carbone ad alte temperature. La produzione avviene normalmente in una batteria di coke situata vicino a un'acciaieria integrata. Nella batteria, i forni da coke sono impilati in file. Il carbone viene caricato nei forni e riscaldato in assenza di ossigeno fino a temperature di circa 1.100 gradi Celsius (2.000 gradi Fahrenheit).
Senza ossigeno, il carbone non brucia. Invece, inizia a sciogliersi. Le alte temperature volatilizzano le impurità indesiderate, come l'idrogeno, l'ossigeno, l'azoto e lo zolfo. Questi gas di scarico possono essere raccolti e recuperati come sottoprodotti o bruciati come fonte di calore.
Dopo il raffreddamento, il coke si solidifica sotto forma di grumi di carbonio poroso e cristallino abbastanza grandi da essere utilizzati dagli altiforni. L'intero processo può richiedere dalle 12 alle 36 ore.
Le proprietà inerenti al carbone in ingresso iniziale influenzano pesantemente la qualità finale del coke prodotto. La mancanza di una fornitura affidabile di singole qualità di carbone significa che i produttori di coke oggi usano spesso miscele fino a 20 carboni diversi per offrire ai produttori di acciaio un prodotto coerente.
Sono necessarie circa 1,5 tonnellate di carbone metallurgico per produrre una tonnellata (1.000 chilogrammi) di coke.
Coke nella produzione di acciaio
I forni a ossigeno di base (BOF), che rappresentano il 70% della produzione di acciaio a livello mondiale, richiedono minerale di ferro, coke e disossidanti come materia prima per mangimi nella produzione di acciaio.
Dopo che l'altoforno è stato alimentato con questi materiali, l'aria calda viene soffiata nella miscela. L'aria fa bruciare la coca cola, aumentando la temperatura a 1.700 gradi Celsius, che ossida le impurità. Il processo riduce il contenuto di carbonio del 90% e si traduce in un ferro fuso noto come metallo caldo.
Il metallo caldo viene quindi drenato dall'altoforno e inviato al BOF, dove vengono aggiunti rottami di acciaio e calcare per produrre nuovo acciaio. Altri elementi, come molibdeno, cromo o vanadio, possono essere aggiunti per produrre diversi gradi di acciaio.
In media, sono necessari circa 630 chilogrammi di coke per produrre una tonnellata metrica di acciaio.
L'efficienza produttiva nel processo dell'altoforno dipende fortemente dalla qualità delle materie prime utilizzate. Un altoforno alimentato con coke di alta qualità richiederà meno coke e flusso. L'uso di un prodotto di alta qualità riduce effettivamente i costi di produzione e si traduce in un migliore metallo caldo.
Nel 2013, l'industria siderurgica ha utilizzato circa 1,2 miliardi di tonnellate di carbone. La Cina è il più grande produttore e consumatore mondiale di carbone da coke, con circa 527 milioni di tonnellate nel 2013. Seguono Australia e Stati Uniti, che producono rispettivamente 158 milioni e 78 milioni di tonnellate.
Il mercato internazionale del carbone da coke, non a caso, è fortemente dipendente dall'industria siderurgica.
I principali produttori includono BHP Billiton, Teck, Xstrata, Anglo American e Rio Tinto.
Oltre il 90% del commercio marittimo totale di carbone metallurgico è rappresentato da spedizioni dall'Australia, dal Canada e dagli Stati Uniti.
Fonti
Valia, Hardarshan S. Produzione di coke per la produzione di ferro da altoforno. Acciaierie.
URL: www.steel.org
World Coal Institute. Carbone e acciaio (2007).
URL: www.worldcoal.org