Metallurgische kolen, ook wel cokeskolen genoemd, worden gebruikt om cokes te produceren, de belangrijkste bron van koolstof gebruikt bij de staalproductie. Steenkool is een natuurlijk voorkomend sedimentair gesteente dat gedurende miljoenen jaren is gevormd doordat planten en andere organische materialen worden begraven en onderworpen aan geologische krachten. Hitte en druk veroorzaken fysische en chemische veranderingen die resulteren in koolstofrijke steenkool.
Metallurgische kolen
Metallurgische steenkool verschilt van thermische steenkool, gebruikt voor energie en verwarming, door zijn koolstofgehalte en zijn bakvermogen. Aankoeken verwijst naar het vermogen van de steenkool om te worden omgezet in cokes, een zuivere vorm van koolstof die kan worden gebruikt in zuurstofovens. Bitumineuze steenkool - doorgaans geclassificeerd als metallurgische kwaliteit - is harder en zwarter. Het bevat meer koolstof en minder vocht en as dan laagwaardige kolen.
De kwaliteit van steenkool en het vermogen om samen te bakken wordt bepaald door de rang van de steenkool - een maat voor vluchtige materie en mate van metamorfose - evenals minerale onzuiverheden en het vermogen van de steenkool om te smelten, op te zwellen en opnieuw te stollen wanneer verwarmde. De drie belangrijkste categorieën metallurgische steenkool zijn:
- Harde cokeskolen (HCC)
- Halfzachte cokeskolen (SSCC)
- Poederkoolinjectie (PCI) steenkool
Harde cokeskolen zoals antraciet hebben betere cokeseigenschappen dan halfzachte cokeskolen, waardoor ze een hogere prijs kunnen opleveren. Australische HCC wordt beschouwd als de benchmark in de branche.
Hoewel PCI-steenkool niet vaak als cokeskolen wordt geclassificeerd, wordt het nog steeds gebruikt als energiebron in het staalproductieproces en kan het cokes in sommige hoogovens gedeeltelijk vervangen.
Cola maken
Het maken van cokes is in feite het carboniseren van steenkool bij hoge temperaturen. De productie vindt normaal gesproken plaats in een cokesbatterij in de buurt van een geïntegreerde staalfabriek. In de batterij worden cokesovens in rijen gestapeld. Steenkool wordt in de ovens geladen en in afwezigheid van zuurstof verwarmd tot temperaturen rond 1.100 graden Celsius (2.000 graden Fahrenheit).
Zonder zuurstof brandt de steenkool niet. In plaats daarvan begint het te smelten. De hoge temperaturen verdampen ongewenste onzuiverheden, zoals waterstof, zuurstof, stikstof en zwavel. Deze afgassen kunnen worden opgevangen en teruggewonnen als bijproducten of worden verbrand als warmtebron.
Na afkoeling stolt de cokes als brokken poreuze, kristallijne koolstof die groot genoeg zijn om in hoogovens te worden gebruikt. Het hele proces kan tussen de 12 en 36 uur duren.
Eigenschappen die inherent zijn aan de aanvankelijke invoer van steenkool, hebben een grote invloed op de uiteindelijke kwaliteit van de geproduceerde cokes. Een gebrek aan een betrouwbare aanvoer van individuele kolenkwaliteiten betekent dat cokesfabrikanten tegenwoordig vaak mengsels van maximaal 20 verschillende kolen gebruiken om staalfabrikanten een consistent product te bieden.
Er is ongeveer 1,5 ton metallurgische steenkool nodig om één ton (1000 kg) cokes te produceren.
Coke in staalproductie
Basis zuurstofovens (BOF), die goed zijn voor 70% van de staalproductie wereldwijd, vereisen ijzererts, cokes en fluxen als voedermiddel bij de staalproductie.
Nadat de hoogoven met deze materialen is gevoed, wordt hete lucht in het mengsel geblazen. De lucht zorgt ervoor dat de cokes verbrandt, waardoor de temperatuur stijgt tot 1700 graden Celsius, waardoor onzuiverheden worden geoxideerd. Het proces vermindert het koolstofgehalte met 90% en resulteert in een gesmolten ijzer dat bekend staat als heet metaal.
Het hete metaal wordt vervolgens uit de hoogoven afgevoerd en naar de BOF gestuurd, waar staalschroot en kalksteen worden toegevoegd om nieuw staal te maken. Andere elementen, zoals molybdeen, chroom of vanadium, kunnen worden toegevoegd om verschillende staalsoorten te produceren.
Gemiddeld is ongeveer 630 kilo cokes nodig om één ton staal te produceren.
De productie-efficiëntie in het hoogovenproces is sterk afhankelijk van de kwaliteit van de gebruikte grondstoffen. Een hoogoven gevoed met hoogwaardige cokes heeft minder cokes en flux nodig. Het gebruik van hoogwaardig product verlaagt de productiekosten juist en resulteert in een beter ruwijzer.
In 2013 werd naar schatting 1,2 miljard ton steenkool gebruikt door de staalindustrie. China is 's werelds grootste producent en consument van cokeskolen, goed voor ongeveer 527 miljoen ton in 2013. Australië en de Verenigde Staten volgen, met respectievelijk 158 miljoen en 78 miljoen ton.
De internationale markt voor cokeskolen is, niet verrassend, sterk afhankelijk van de staalindustrie.
Grote producenten zijn onder meer BHP Billiton, Teck, Xstrata, Anglo American en Rio Tinto.
Meer dan 90% van de totale handel in metallurgische steenkool over zee komt voor rekening van zendingen vanuit Australië, Canada en de VS.
Bronnen
Valia, Hardarshan S. Cokesproductie voor ijzerproductie in hoogovens. Staalfabriek.
URL: www.steel.org
Wereld Coal Institute. Kolen en staal (2007).
URL: www.worldcoal.org