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支撑瑞典矿业企业LKAB转型发展的关键技术
[发布时间:2021-02-18 浏览次数:685]

 2020年11月,LKAB公司宣布计划在2045年前用氢基工艺代替铁矿石球团的生产,这是实现其净零碳排放战略的一部分。该公司计划在未来15~20年内为该战略每年投资100亿~200亿瑞典克朗(合1.16亿~23亿美元),总计近470亿美元。LKAB的总裁兼首席执行官Jan Moström将生产无碳海绵铁(也称为直接还原铁)的转变描述为“公司130年历史上最大的转变”。

 钢铁行业目前占工业排放的25%以上,占大气中二氧化碳总量的7%,但预计到2050年,钢铁市场将增长50%。通过采取上述战略,LKAB将减少的排放量相当于瑞典整个国家排放量的三分之二,或者相当于该国所有汽车排放量的三倍。

模式转变

 LKAB拥有6座制粒厂,全部位于瑞典,其中3座位于Kiruna,2座位于Malmberget,1座位于Svappavaara,每年的总铁矿石加工能力约为2800万吨。为了使球粒达到其最终性能,目前将它们在约1250摄氏度下烧结。

 LKAB认为,在满足预期需求激增以及欧盟委员会承诺到2050年实现经济脱碳的前提下,继续扩大能源消耗量是不可行的。LKAB市场与技术高级副总裁Markus Petäjäniemi表示,“如果生产仍大部分基于高炉,则一定会遇到发展瓶颈。欧洲的钢铁制造商将开始关闭这些设备,这使得我们将无法向电炉供应球粒,因为客户需要更高的含铁量。”

 高炉生产每吨钢平均排放1.9吨二氧化碳,而使用天然气和电弧炉生产海绵铁则要排放1.4吨二氧化碳。但是,如果电弧炉使用可再生能源和绿色氢能,则几乎不会产生任何排放。

推进HYBRIT计划

 利用上述方法及氢能和生物燃料,LKAB将制定生产“绿色”钢铁的计划,并利用瑞典无化石燃料钢铁计划(HYBRIT)开发的创新技术。

 HYBRIT计划是钢铁企业SSAB、采矿企业LKAB和公用事业企业Vattenfall的一项联合倡议,已建立了一个示范工厂,该工厂已对使用氢气直接还原铁矿石的几个阶段进行了测试。HYBRIT计划使用的氢气是通过使用无化石燃料的电能电解水而产生的。从现在起到2024年将进行测试,首先使用天然气,然后使用氢气,以比较生产结果。

 HYBRIT计划于2023年开始建造示范工厂,并于2025年在该工厂开始运营,目前正在筹备建造一个临时的氢气存储设施,以在洞穴内存储无化石燃料的氢气。最初的目的是证明年产能超过100万吨的全面生产,这大约是LKAB在Malmberget的总处理能力的五分之一,接近SSAB在Luleå的高炉生产能力的一半。HYBRIT计划在2020年10月的一份声明中指出,其目标是到2026年使瑞典成为世界上第一个拥有无化石燃料钢铁价值链的国家。

 作为HYBRIT计划的一部分,还在LKAB位于Malmberget的一个铁矿石球粒厂进行了用生物油替代石油的测试,测试期间的运营排放量减少了40%,该测试将持续到2021年下半年。

 欧洲其他国家的几家企业计划在未来10年内采用新的直接还原铁工厂。这些工厂最初也将主要使用天然气,直到可获得商业规模的氢气并实施必要的电力和气体传输与供应。日本三菱重工即将在奥地利建成最大的钢铁厂,能够实现二氧化碳净零排放。该工厂将在铁矿石的还原过程中使用氢气代替煤炭,并计划每年生产25万吨钢铁产品。世界领先的炼钢设备供应商德国SMS公司正在与意大利Danieli公司一起致力于开发氢燃料炼钢工艺。总部位于卢森堡的ArcelorMittal公司计划在2021年建设示范性氢燃料炼钢厂,而德国的thyssenkrupp公司和Salzgitter公司也正在投资建设直接还原铁工厂。

 但是,LKAB作为钢铁生产企业和矿产资源开采企业,它在处理其全部业务方面处于特殊位置。因此,LKAB设想了从电气化、自主开采矿产资源开始的巨大变化,并沿价值链向下延伸。

采矿标准

 除了钢铁生产,LKAB还计划对其采矿和矿物加工系统进行重大革新,以实现其净零碳排放的承诺。例如,LKAB一项名为ReeMAP的项目正在开发回收矿山废石的技术,以生产磷矿物肥料、稀土元素、氟和石膏。

 第一步是使用富含磷的矿山废石生产磷灰石精矿,LKAB目前正在示范工厂中进行相关测试。将使用LKAB开发的化学处理方法进行进一步加工,以将磷灰石加工成磷矿物肥料、稀土元素、氟和石膏。

 考虑到LKAB矿山的开采深度,将需要增加对自动化和电气化的投资。Jan Moström表示,“未来几年,LKAB必须采用适当的解决方案,利用安全、自主、电气化、数字化和无二氧化碳技术以具有成本效益的方式在接近或超过2000 m的深度开采铁矿石。”

发挥综合作用

 Petäjäniemi指出,LKAB、瑞典-瑞士跨国企业ABB、Combitech与采矿设备制造商安百拓(Epiroc)和山特维克(Sandvik)之间发起的可持续地下采矿(SUM)项目将发挥重要作用。该项目的目的是通过新方法和更智能的解决方案以及更有效的自主生产系统的建立,为更深部的采矿作业制定“新的全球标准”。

 Petäjäniemi表示,“SUM项目设想了一个几乎完全自动化的生产系统。未来矿山中的人员将主要从事服务和维护。由于移动设备、升降机和传送带将实现完全电气化,因此无需化石燃料。追求自动化和效率的动力将等同于减少基础设施、减少通风以及缩小巷道尺寸。岩土工程是地下矿山建设和运营中成本最高的因素。如果我们能够减小巷道规模,那么我们就可以增加整体开发规模。”

待发展的领域还有很多

 然而,LKAB的发展愿景并不仅限于完全电气化的自动化矿山,或者更好的造粒技术。Petäjäniemi表示,“对我们来说,一个长期的主要问题仍然是,该技术是否是从球团到海绵铁的最有效方法或者有更好的方法?这将对资本支出和运营支出产生重大影响。当然,第一阶段仍然是使用生物油的制粒厂,然后升级为使用氢气和HYBRIT技术的直接还原铁工厂,但并不是说这将是未来10~15年的唯一方法。”

 Petäjäniemi指出,“朝着基于氢能的未来的发展可以与20年前风能产业的新生相提并论。目前将水分解为氢气和氧气的技术还没有得到很好的发展。为了使直接还原铁达到与高炉相同的成本竞争力,氢气的成本将是关键。”



(中国地质调查局地学文献中心,国际矿业研究中心矿业科技组编译,文章来源:

https://www.miningmagazine.com/innovation/news/1403309/the-technology-behind-lkabs-transformation/


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