Betolarin uusi innovatiivinen menetelmä mullistaa kuonan käsittelyn

Betolarin uusi innovatiivinen menetelmä mullistaa kuonan käsittelyn yhdistämällä metallien talteenoton ja vihreän sementin valmistuksen

Betolar Oyj on suomalainen materiaaliteknologian asiantuntijayritys, jonka tavoitteena on vähentää hiilidioksidipäästöjä ja neitseellisten luonnonvarojen käyttöä erityisesti kaivos- ja metalliteollisuudessa sekä rakentamisessa. Yritys perustettiin vuonna 2016, ja sen kotipaikka on Kannonkoskella Keski-Suomessa. Betolar on ollut listattuna pörssiin Nasdaq First North Growth Market -listalla vuodesta 2021.

Perustamisestaan lähtien Betolar on kehittänyt vähähiilistä Geoprime-ratkaisuaan kaivos- ja metalliteollisuuden sekä rakentamisen tarpeisiin. Lisäksi Betolarin tekoälypohjainen data-alusta luo arvoa teollisuuden sivuvirroille ja nopeuttaa ratkaisukehitystä.

Ratkaisuissa metallurgisilla kuonilla on ollut tärkeä rooli. Yhden tärkeimmistä tutkimuksen ja kehittämisen painopisteistä ovat muodostaneet ratkaisut, joilla voidaan muuntaa jätteet ja hyödyntämättömät materiaalit käyttökelpoisiksi tuotteiksi, joilla on merkittävä arvo.

Betolarin kiertotalouskonsepti

Kaivos- ja metalliteollisuudessa syntyy lukuisia mineraalipohjaisia jätevirtoja, kuten rikastusjätettä, sakkoja ja kuonia, jotka päätyvät joko jätteeksi tai erittäin matalan jalostusarvon tuotteiksi. Betolar on kehittänyt menetelmää, jolla kahta tai useampaa käyttämätöntä sivuvirtaa (käytännössä jätteitä) voidaan prosessoida pyrometallurgisesti yhdessä. Prosessoinnin seurauksena syntyy kahta tai useampaa arvokasta tuotetta pienin lisäenergiakustannuksin ja siten, että jätettä ei enää synny.

Innovatiivisen menetelmän periaate ja vaikuttavuus

Yhdistämällä sulaan kuonaan optimaalinen määrä sopivaa rikastushiekkaa tai toista kuonaa pelkistävissä olosuhteissa kuonasta voidaan sekä ottaa talteen arvokkaita metalleja että tuottaa samalla käytännössä metallivapaata kuonaa. Menetelmä perustuu kuonakemian optimointiin sekä likvidus-lämpötilan ja viskositeetin laskuun, jotka mahdollistavat tehokkaan metallien pelkistämisen ja sulapisaroiden laskeutumisen. Sula kuona granuloidaan ja jauhetaan, minkä jälkeen sillä voidaan korvata portland-sementtiä osittain tai kokonaan. Menetelmä mahdollistaa erityyppisten sementtiä korvaavien materiaalien valmistuksen kuonakemiaa optimoimalla. Menetelmä on osoittautunut useiden kuonien kohdalla teknisesti mahdolliseksi ja taloudellisesti kannattavaksi.

Betolarin ratkaisu on merkittävässä roolissa myös kriittisten ja strategisten metallien sekä mineraalien talteenotossa. Ratkaisussa voidaan hyödyntämättömistä kuonista ottaa talteen niihin jääneitä arvometalleja ja prosessiin voidaan yhdistää myös kriittisiä tai strategisia metalleja sisältäviä teollisia sivuvirtoja, kuten rikastushiekkoja. Menetelmää kehitettäessä prosessoidun kuonan jäännösmetallipitoisuudet ovat olleet erittäin alhaiset johtuen huomattavan korkeista metallien saannoista.

Kuonan puhdistuminen mahdollistaa edelleen kuonan tuotteistamisen turvallisesti markkinoille. Materiaalin tuotteistaminen ja hyödyntäminen markkinoille vähentää tuotantolaitoksen jätekustannuksia ja investointeja kaatopaikka-alueisiin. Prosessin aikana kuonan ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa siten, että sen sideaineominaisuuksia voidaan optimoida ja ohjata haluttuun suuntaan.

Optimaalisessa tilanteessa menetelmä hyödyntää pääosin metallurgisen prosessin hukkaenergiaa, joten sen energian tarve on erittäin matala verrattuna sementin tuotantoon. Sideaineen sisältämä kalkki on myös pääosin lähtöisin jätemateriaaleista, eikä sen prosessointi tuota samankaltaista kalsiumkarbonaatista peräisin olevaa hiilidioksidipäästöä kuten sementin tuotannossa.

Innovaation mahdollistanut kehitystyö

Innovaation taustalla ovat vuosien kehitystyö, Betolarin poikkeuksellisen innovatiivinen yrityskulttuuri sekä tehokas yhteistyöverkostojen ja tiedeyhteisöjen hyödyntäminen.

Ajatusta kuonan puhdistamisesta kokeiltiin aluksi Betolarin omassa laboratoriossa ja saatiin nopeasti tuloksia, joissa päästiin yli 95 % metallin saantoon. Tämän jälkeen reaktioiden ja menetelmien ymmärtämistä haettiin yhtiön ulkopuolisen yhteistyön avulla termodynaamisen mallinnuksen kautta (Aalto Yliopisto, emer.prof. Pekka Taskinen). Mallinnuksen tulokset vahvistivat kokeissa saatuja tuloksia, laajensivat ratkaisun koskemaan laajempaa materiaalijoukkoa ja vahvistivat käsitystä optimaalisista prosessiolosuhteista.

Kokeellista tutkimusta jatkettiin Oulun yliopiston metallurgian laboratoriossa. Kokeissa puhdistettujen kuonien mikrorakenneanalyyseissa (Minscime Oy, Pekka Tanskanen) kuona oli puhdistunut täysin eikä kuonasta löytynyt oksidisia metallifaaseja lainkaan. Menetelmää on myös pilotoitu Suomen ulkopuolella. Betolar on samanaikaisesti kehittänyt tekoälyavusteista kuonamallinnusta, joka nopeuttaa huomattavasti eri sivuvirtojen ja kuonien yhdistämistä ja prosessointia optimaalisella tavalla. Innovaatio mahdollistaa useiden strategisten ja kriittisten metallien talteenoton niin olemassa olevista kuin myös vanhemmistakin materiaalien sivuvirroista.

Kaikki tähän mennessä suoritetut testit osoittavat metallien poikkeuksellisen korkean pelkistysasteen kuonista. Tyypillisesti se on yli 99 %: Tämä puolestaan johtaa metallivapaisiin kuoniin, jotka soveltuvat sideaineiksi. Se tarkoittaa merkittäviä lisätuloja metalleista ja metallivapaasta kuonasta, joka nopean jäähdytyksen (granuloinnin) ja jauhamisen jälkeen käytetään vihreänä sementtinä betonissa. Prosessi mahdollistaa myös merkittävän CO₂-päästöjen vähentämisen, sillä täten vältetään vastaava määrä tavanomaista kalkin kalsinointiin perustuvalla prosessilla tuotettua sementtiä.

Tietämys kuonakemiasta, termodynamiikasta, soveltuvista pelkistysmenetelmistä, olemassa olevista sivuvirroista ja niiden mineralogiasta sekä mm. kuonakoostumusten optimoinnista voi tehdä käyttämättömien (tai erittäin vähäarvoisten) sivuvirtojen käsittelystä kaupallisesti houkuttelevaa.

Innovaatio on herättänyt laajaa kiinnostusta kansainvälisissä tutkimus- ja tiedeyhteisöissä sekä metalliteollisuuden alan toimijoiden parissa. ▲

https://www.betolar.com/fi/tiedotteet/betolar-vahvistaa-suomen-ja-eu-n-omavaraisuutta-kriittisissa-ja-strategisissa-raaka-aineissa

KIRJOITTAJAT: MIKKO RÄISÄNEN, JYRI TALJA, PASI KAREKIVI