Il documento analizza il processo di produzione dell'acciaio, evidenziando i metodi utilizzati e le materie prime impiegate, nonché le problematiche ambientali associate. Si discute l'importanza del ciclo integrale e della fusione elettrica, le emissioni di polveri e di ossido di carbonio, e l'impatto sulla salute dei cittadini. Viene inoltre sottolineato il miglioramento tecnologico dei processi produttivi e le sfide legate alla gestione delle risorse e dei rifiuti industriali.

1. UNIVERSITÀ VERDE
I cicli produttivi: ricadute ed impatti sull’ambiente
e sulla salute dei cittadini
Il ciclo dell'acciaio: dallo
scarico dei minerali agli
altiforni.
Roberto Giua
ARPA Puglia
LEGAMBIENTE
Taranto

2. La lavorazione dell’acciaio utilizza materie prime
e prodotti di riciclo provenienti da tutto il
mondo, e conduce a migliaia di prodotti e sotto
prodotti.
Negli ultimi 150 anni, i processi di produzione
dell’acciaio hanno conosciuto un impressionante
miglioramento tecnologico. Alcuni processi, come
quello Bessemer, impiegati inizialmente, sono
ora completamente abbandonati.
In generale, due sono i metodi utilizzati per la
produzione dell’acciaio:
•quello che utilizza i minerali, o ciclo integrale;
•quello che utilizza i rottami, o acciaieria
elettrica.

3. EAF: electric arc furnace (acciaieria elettrica)
BOF: basic oxigen furnace (acciaieria a ossigeno)
Open hearth: processo Martin-Siemens

4. Ci sono quindi due differenti processi per
produrre prodotti semilavorati di acciaio: il
processo integrato, che usa gli altiforni, e la
fusione diretta in forni elettrici.
Talvolta, viene utilizzato un processo di
raffinazione in siviera, per migliorare la qualità
dell’acciaio liquido.
L’acciaio viene, quindi, colato in varie
forme, quali bramme o billette, per la
successiva formatura a caldo o a freddo.

5. I minerali utilizzati per produrre l’acciaio
attraverso il ciclo integrato sono
essenzialmente ossidi di ferro: l’ematite, la
limonite, e pochi altri.
Sono tutti caratterizzati da un colore bruno-
rossastro.
I principali siti di estrazione di tali minerali
sono distribuiti in tutto il mondo, in gran parte
fuori dall’Europa e, soprattutto, lontano
dall’Italia.

6. Distribuzione nel mondo dei principali siti di estrazione dei minerali di ferro

7. World iron ore production
2004 world iron ore production was 1.43 billion
tons, representing an increase of 15 percent over
Produzione mondiale di minerale di ferro
2003. From the distribution of 435 million tons in 2004 è
La produzione mondiale di minerale di ferro nel
Asia, South America 315 million tons, 232 million tons del 15
stata di 1,43 miliardi di tonnellate, con un aumento
in Oceania, Europe 246 millionLa distribuzione è tons di 435
percento rispetto al 2003. tons, 098 million stata
in North America, Africa, in Asia, di 315 milioni di tonnellate in
milioni di tonnellate 056 million tons. Iron ore
production in fourdi 232 milioni di tonnellate in Oceania, di
Sud America, countries, followed by 310 million
tons246 milioni di tonnellate in Europa, di 98 milioni di
in China, Brazil, 280 million tons, 230 million tons
in Australia, India, 120 million tons,56 milioni di tonnellate in
tonnellate in Nord America, di the sum
accounted for produzione di minerale di ore in quattro paesi,
Africa. La 67 of the total world iron ferro
production 310 milioni di tonnellate in Cina, 280 milioni di
ovvero %.
tonnellate in Brasile, 230 milioni di tonnellate in Australia
e 120 milioni di tonnellate in India comprende il 67%
dell’intera produzione mondiale.

8. Distribuzione globale delle riserve di
minerale di ferro nel 2010

9. Di conseguenza, le materie prime devono
essere trasportate per lunghe distanze dai
siti di estrazione fino allo stabilimento di
produzione dell’acciaio.
Per questo, oltre che per la necessità di
acque per il raffreddamento, gli
stabilimenti siderurgici a ciclo integrale
sono collocati tutti nelle vicinanze del mare
o di una via fluviale.

10. Vista aerea del del sito di produzione Thyssen-Krupp
di Schwelgern, Germania

11. Vista aerea del sito di produzione ArcelorMittal di
Gent, Belgio

12. I minerali, in pezzatura varia (che può
andare fino al polverino) vengono
depositati in parchi, da cui vengono ripresi
e movimentati con nastri per portarli agli
impianti di destinazione.
La movimentazione avviene attraverso
delle macchine dette «bivalenti», in quanto
operano sia la messa a parco che la ripresa
dei minerali dai cumuli.

13. Vista aerea del parco minerali del sito di produzione
Thyssen-Krupp di Schwelgern, Germania

14. Parco minerali dello stabilimento ILVA di Taranto

15. Parco minerali dello stabilimento ILVA di Taranto

16. Macchine bivalenti, viste dall’alto nel sito di Taranto

17. Macchina bivalente

18. Macchina bivalente (particolare ruota a tazze)

19. CRITICITÀ: POLVERI DIFFUSE
Il deposito all’aperto di materiali polverulenti, in
un’area molto estesa, comporta la possibile
diffusione in aria di polveri per l’azione erosiva del
vento sui cumuli, ed il conseguente trasporto delle
polveri nelle aree abitate, ove queste si trovino
nelle adiacenze dell’area industriale.
Le migliori tecniche disponibili indicano vari
accorgimenti possibili per la riduzione delle
emissioni diffuse di polveri dal deposito di
materiali pulverulenti, fra le quali le più efficaci
sono:
-la copertura dei parchi di stoccaggio;
-l’utilizzo di materie prime in pezzatura non fine
(pellets).

20. Impianto di pellettizzazione

21. Pellettizzazione
Il concentrato di
minerale di ferro
viene trasformato,
presso la miniera,
in una forma
adatta per il
trasporto e per la
carica diretta in
altoforno (pellet).
Pellets di minerale di ferro

22. CRITICITÀ: ACQUE METEORICHE
La presenza di ampie aree scoperte di
materiali stoccati, contenenti metalli ed
elementi inquinanti, oltre alla necessità di una
costante umidificazione dei cumuli (non solo
per limitare la formazione di polveri
diffuse, ma anche per motivi antincendio)
comporta la formazione di elevate quantità di
acque di dilavamento (meteoriche e non).
In assenza di un sistema di
impermeabilizzazione delle aree e di un
sistema di intercettazione e trattamento, tali
acque possono infiltrarsi nel terreno e
interessare la falda sottostante.

23. Nel ciclo produttivo, il ferro deve essere
innanzitutto portato da forma ossidata in
forma elementare.
Questa riduzione avviene per reazione
chimica con il carbonio (contenuto nel
carbone), che si trasforma a sua volta in
ossido di carbonio.
Fe2O3 + C  Fe + CO

24. Nel ciclo produttivo, il ferro deve essere
innanzitutto portato da forma ossidata in
forma elementare.
Questa riduzione avviene per reazione
chimica con il carbonio (contenuto nel
carbone), che si trasforma a sua volta in
ossido di carbonio.
Fe2O3 + 3 C  2 Fe + 3 CO

25. Tale reazione avviene negli altiforni, dove
una parte del carbonio rimane disciolto nel
ferro, che viene chiamato perciò «ghisa».
Ma perché il processo possa avvenire:
-il minerale di ferro, se in polvere, deve
essere «agglomerato», portato cioè in una
pezzatura tale da potersi autosostenere
all’interno dell’altoforno;
-il carbon fossile deve essere privato della
sua parte volatile, e trasformato cioè in
carbon «coke».

26. La produzione dell’acciaio a
ciclo integrale:
dalle materie prime ai
prodotti finiti

27. Il processo di agglomerazione, o
sinterizzazione, avviene in un impianto in cui il
minerale viene sottoposto ad una temperatura di
900-1000 C, in modo che i granuli si aggregano in
una massa che, frantumata e vagliata, può entrare
nell’altoforno.
L’impianto è costituito da una o più linee in cui lo
strato di miscela di minerale e coke viene accesa
ed il treno di agglomerazione si sposta lentamente
in avanti mentre un’aspirazione fa spostare il
«fronte» della combustione verso il basso, fino
allo spegnimento prima del termine della linea.

28. Schema di impianto di sinterizzazione del
minerale di ferro

29. CRITICITÀ: EMISSIONI CONVOGLIATE
Un impianto di sinterizzazione produce grandi
quantità di emissioni convogliate, derivanti dal
flusso di aria in aspirazione dalle linee di
agglomerazione, che trascina con sé elevate
concentrazioni di particelle, contenenti
microinquinanti organici e inorganici, oltre che di
inquinanti gassosi.
L’abbattimento di tali inquinanti si basa su varie
tecniche, delle quali la più efficiente è quella dei
filtri a maniche, che devono essere dimensionati in
funzione della portata del flusso gassoso. Per
controllare l’emissione di microinquinanti organici
(diossine) è opportuna l’iniezione di additivi che
catturino tali sostanze, prima dei filtri (carbone
attivo).

30. Camino dell’impianto di
sinterizzazione dello stabilimento
siderurgico ILVA di Taranto

33. L’altro fondamentale componente del processo
siderurgico a ciclo integrale è il carbone.
Il carbon fossile deriva dalla trasformazione dei
vegetali, avvenuta nel sottosuolo nel corso di
milioni di anni, che ha portato alla produzione di
una serie di composti di peso molecolare
variabile, dal metano fino alla grafite.
Il carbon fossile contiene così, in proporzioni
variabili, delle sostanze volatili che devono essere
estratte per trasformarlo in coke «metallurgico».
Il processo di trasformazione del carbon fossile in
carbon coke avviane in batterie di forni, dette
complessivamente «cokeria».

34. Schema di una batteria di forni a coke

35. Schema di una batteria di forni a coke

36. Operazione di caricamento del carbon fossile

37. Porte laterali della batteria con perdite visibili

38. Operazione di sfornamento del coke

39. Operazione di spegnimento
ad umido del coke

40. CRITICITÀ: IDROCARBURI POLICICLICI
AROMATICI
Tra i componenti volatili del carbon fossile vi sono
gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA), famiglia di
composti organici tra i quali alcuni sono
caratterizzati da un accertato potere cancerogeno.
Nella distillazione, gli IPA si volatilizzano e possono
diffondersi in aria:
•durante il caricamento del fossile e lo sfornamento
del coke;
•a causa di possibile perdite dalle porte e dai
coperchi;
•per il trafilamento, attraverso lesioni nelle murature
refrattarie, dei prodotti di distillazione del carbone
nei comparti di riscaldamento (piedritti), i cui fumi
di combustione sono convogliati direttamente
all’esterno.

41. WHO's International Agency for Research
on Cancer (IARC) has classified 107
agents, mixtures, and exposure situations
as carcinogenic to humans. These include
L’Agenzia Internazionale per la Ricerca sul
all forms of asbestos and a number ofha classificato 107 agenti, miscele
Cancro
agents found in the environment such as di esposizione come
e situazioni
benzene, arsenic in cancerogeni per l’uomo. Questi
water, cadmium, ethylene comprendono tutte le forme di asbesto ed
oxide, benzo[a]pyrene, silica, ionizing
un numero di agenti che si trovano
radiation including radon, ultraviolet
nell’ambiente, come il benzene, l’arsenico
radiation including tanning nell’acqua, il cadmio, l’ossido di etilene, il
devices, aluminium and coke benzo(a)pirene, la silice, le radiazioni
production, iron and steel founding, or the
ionizzanti compreso il radon, le radiazioni
rubber manufacturing industry. ultraviolette inclusi I dispositivi per
l’abbrinzatura, la produzione di alluminio
e di coke, le fonderie di ferro e acciaio, e
l’industria di produzione della gomma.

43. «La progettazione del nuovo impianto per la
produzione del coke della ThyssenKrupp a Duisburg
(in Germania) iniziò nei primi anni ‘90.
Durante la storia quasi centenaria dell’impianto
Thyssen, l’espansione urbanistica del distretto
Bruckhausen di Duisburg si era sviluppata sempre più
vicino al perimetro del sito industriale. Nel tempo, le
proteste dei residenti per le emissioni dell’impianto e
le richieste di chiusura della cokeria si erano fatte
sempre più insistenti.
Dato che l’impianto di Bruckhausen non poteva più
essere ristrutturato per soddisfare i più moderni
requisiti ecologici, fu pianificato di rimpiazzarlo con
una nuova installazione. Idealmente, questa doveva
essere collocata al di fuori da aree densamente
popolate, ma abbastanza vicino allo stabilimento
siderurgico, così da consentire la consegna di 2,5
milioni di tonnellate di coke l’anno, richieste dai due
grandi altiforni di Duisburg, e per mantenere la rete di
gas tra i forni e le centrali.
Un sito adatto fu identificato nella penisola tra il
porto di Schwelgern e il fiume Reno».
Vedi:
http://www.uhde.eu/fileadmin/documents/brochures/
uhde_brochures_pdf_en_17.pdf

45. L'altoforno, utilizzato per la produzione di ghisa a
partire dal minerale di ferro, è un forno a tino, la
cui forma è costituita cioè da due tratti tronco-
conici, di cui il "tino" costituisce il cono
superiore, mentre il cono inferiore è detto
"sacca«; questi sono uniti da una sezione
cilindrica centrale (detta "ventre").
La carica dell’altoforno avviene dall'alto, ed è
formata da strati da coke e minerale ferroso che
vengono gettati a strati alterni.
Si tratta di un forno a funzionamento continuo: gli
strati della carica scendono lentamente mentre il
forno viene alimentato introducendo nuovi strati a
intervalli regolari.

46. L'altoforno è un forno a vento: perché la
temperatura raggiunga i valori sufficienti è
necessario insufflare aria, che deve essere
preriscaldata.
L'iniezione di aria, detta "vento caldo", anch'essa
continua, avviene attraverso una corona di tubi in
corrispondenza del ventre del forno.
La struttura del forno è costituita esternamente da
una corazza di acciaio speciale, rivestita
internamente da mattoni refrattari; le pareti del
forno sono raffreddate da tubazioni d'acqua nelle
zone più termicamente sollecitate.

48. Dai fori di colata dell’altoforno fuoriesce la ghisa
liquida, che viene colata in carri siluro, per essere
trasferita nelle acciaierie dove sarà convertita in
acciaio.
L’altoforno produce però anche grandi quantità di
scoria, detta «loppa», che viene raffreddata e
granulata con dei getti d’acqua e può essere
reimpiegata per la produzione di cemento o per usi
edili o portuali.

49. Vista di un altoforno

50. Carro siluro per il trasferimento della ghisa liquida

51. Operazione di colata della ghisa liquida nei carri siluro

52. Colata della ghisa liquida in altoforno (immagine d’epoca dello
stabilimento di Workington, chiuso nel 1974)

53. Expanding Blast Furnace Slag Without Air Pollution
Richard Jablin
Alan Wood Steel Company, Conshohocken, Pennsylvania
«Expansion of blast furnace slag causes emissions of hydrogen
sulfide, creating an air pollution problem common throughout the
steel industry.”
Ohio EPA Policy DSW-0400.027
Use of Blast Furnace and Steel Slag
Ohio EPA, Division of Surface Water
“The iron and steel making industry generates large volumes of blast
furnace slag and steel slag. It is environmentally preferred to
avoid disposal of these materials in landfills, and to beneficially
use them. Generally, blast furnace slag does not represent significant
environmental problems when used as a construction material above
the ground water table. Blast furnace slag used in bedding and
backfill for storm sewer and sanitary sewer projects or used as
a base material in poor drainage conditions must pass the Illinois
Testing and Acceptance Procedure of Crushed Slag Samples for
Leachate Determination”.

54. CRITICITÀ: OSSIDO DI CARBONIO
Uno dei principali prodotti secondari del ciclo
siderurgico è l’ossido di carbonio, gas
incolore, inodore e insapore caratterizzato da una
elevata tossicità per l’uomo.
L’ossido di carbonio è il componente principale dei
gas di altoforno e di acciaieria, ed è presente anche
nel gas di cokeria.
Tale composto non presenta una rilevante tossicità
di lungo termine, ma è all’origine di intossicazioni
gravi e mortali tra i lavoratori che, per varie
cause, possono essere esposti a concentrazioni
superiori a qualche centinaio di parti per
milione, inavvertibili se non attraverso specifici
monitor.