Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка научных и технических решений по реализации инновационной технологии Ромелт для ликвидации железосодержащих техногенных отходов горных, обогатительных и металлургических предприятий, переработки неиспользуемых бедных железных руд

Докладчик: Валавин Валерий Сергеевич

Должность: Руководитель проекта, директор центра

Цель проекта:
1.1. Разработка и экспериментальная реализация способов утилизации отходов, образующихся при добыче и переработке твёрдого минерального сырья всех видов – рудного, нерудного, угольного – из отвалов, хвосто- и шламохранилищ с получением востребованных товарных продуктов в виде строительных материалов, или дополнительного количества металлов, или специальных видов топлива, что обеспечит также снижение экологической нагрузки на окружающую среду на территориях, прилегающих к горным и обогатительным предприятиям различных отраслей. 2.1. Исследование и разработка комплекса научно-технических и технологических решений, направленных на реализацию технологии Ромелт для утилизации железосодержащих отходов и переработке неиспользуемых бедных железных руд, с получением чугуна и шлаков для строительной промышленности

Основные планируемые результаты проекта:
2.1 Краткое описание основных результатов.
Способ утилизации железосодержащих отходов и неиспользуемых бедных железных руд на основе технологии Ромелт с получением жидкого чугуна и шлака для строительной индустрии. Термодинамические закономерности взаимодействия компонентов в системе металл-шлак-газ применительно к переработке железосодержащих материалов в печи Ромелт. Гидродинамика жидкой шлаковой ванны при боковой продувке. Математическая модель для прогнозирования технико-экономических показателей утилизации железосодержащих отходов. Проект технического задания на проведение ОТР: «Создание технологии утилизации железосодержащих отходов и неиспользуемых бедных железных руд в печи Ромелт».
2.2 Основные характеристики планируемых результатов.
Способ утилизации железосодержащих отходов на основе технологии Ромелт должен обеспечивать
- переработку железосодержащих отходов и неиспользуемых бедных железных руд с содержанием железа от 10% до 60%;
- получение жидкого чугуна и шлака для строительной промышленности;
- возможность переработки железосодержащих отходов крупностью 3-20 мм без применения предварительной подготовки железосодержащего сырья;
- переработку железосодержащих отходов, содержащих также цветные металлы с получением концентратов металлов или их соединений для дальнейшего передела;
ей переработки;
- использование в качестве восстановителя углей различных марок (отощенно-спекающихся, тощих, газовых, бурых);
- непрерывность технологического процесса;
- остаточное содержание железа в шлаке должно быть не более 5%;
- крупность гранулированных шлаков для строительной промышленности должна быть в пределах от 5 до 20 мм.
Математическая модель для прогнозирования технико-экономических показателей должна обеспечивать:
- моделирование в соответствии с принятыми показателями промышленных предприятий по удельным расходам шихтовых материалов и энергоносителей и составам продуктов переработки;
- применение в условиях переработки железосодержащих отходов и неиспользуемых бедных железных руд, содержащих 10 60% железа, и разным маркам углей.
- расчет оптимальных технических решений и параметров процесса, при которых достигается положительная рентабельность;
- обеспечивать оценку экономической эффективности производства и оценивать экономические риски проекта в зависимости от изменения цен на шихтовые материалы и энергоносители, изменения цен на выпускаемую продукцию, изменения режимов функционирования технологического оборудования.
На пилотной печи Ромелт должны быть опробованы разработанные технические решения при переработке руды низкой степени обогащения и получены 100 т чугуна и шлака, удовлетворяющие ГОСТам на соответствующую продукцию.
Проект технического задания на проведение ОТР должен содержать конкретные расчеты технологических и экономических показателей технологии и обеспечивать разработку на этой основе технологического задания.
2.3 Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявшихся методик и решений.
Разработка нового способа утилизации материалов на основе технологии Ромелт, содержащих железо в широком диапазоне концентраций от 10 до 60% с применением углей различных марок (отощенно-спекающихся, тощих, газовых, бурых). Выявление новых термодинамических закономерностей поведения в жидком шлаке оксидов железа различной валентности и примесей цветных металлов применительно к переработке железосодержащих отходов. Оптимизация математической модели для расчета технико-экономических показателей процесса в условиях переработки различных железосодержащих материалов и углей. Впервые будут получены на пилотной печи Ромелт жидкий чугун и шлак для строительной промышленности из неиспользуемого ранее железосодержащего сырья.
2.4 Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.
Несмотря на то, что вопросам утилизации техногенных отходов уделяется большое внимание, надежные промышленные технологии их переработки отсутствуют. В России заявлен один процесс («Магма», компания «Технология металлов», г. Челябинск) для переработки всех видов сырья, аналогичный Ромелт, однако экспериментальная установка пока не построена. В некоторых странах мира разрабатываются процессы, которые позволяют частично перерабатывать определенные виды отходов с получением твердого железа (Primus – компания Paul Wurt, OXYCUP – завод Thyssen Krupp Stahl). Несмотря на мировой тренд в развитии барботажных технологий для получения жидкого чугуна (процессы HIsmelt компания Voest-Alpine, AusIron компания Outotek, Finex компании Siemens VAI и POSCO), что объясняется более широкими возможностями жидкофазного восстановления по сравнению с твердофазным, использование их для утилизации отходов пока не предусмотрено. Аналоги процесса Ромелт для утилизации железосодержащих отходов отсутствуют.
2.5 Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски.
Для разработки способа утилизации отходов, его экспериментальной реализации и разработки проекта технического задания на проведение ОТР проводятся:
- научные исследования, включающие выявление термодинамических закономерностей поведения элементов в жидкой шлаковой ванне и гидродинамических особенностей боковой продувки шлаковой ванны для оптимизации технологического процесса;
- определение термодинамических ограничений на получение отдельных элементов при жидкофазном восстановлении;
- математическое моделирование технико-экономических показателей переработки железосодержащего сырья технологией Ромелт и выбор наилучших условий для ее реализации;
- экспериментальная проверка восстановления железосодержащих отходов в лабораторных экспериментах;
- получение чугуна и шлака на пилотной установке Ромелт из неиспользуемых бедных железных руд;
- расчеты экономических рисков при определении экономической эффективности процесса в условиях волатильности цен на исходные материалы и энергоносители и конечную продукцию.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
3.1. Описание областей применения планируемых результатов.
Результаты работы могут быть использованы на горнорудных предприятиях и металлургических комбинатах для утилизации текущих и накопленных экологически опасных железосодержащих отходов. При этом будет решаться двойная ресурсо-экологическая задача получения дополнительной товарной продукции путем рециклинга отходов и улучшения экологической обстановки в регионах. Кроме того, технология Ромелт может применяться на мини-заводах для получения чистого по примесям чугуна из неиспользуемых бедных железных руд в дополнение к дефицитному металлолому. Полученные научные результаты позволят развить теорию жидкофазного восстановления оксидов железа.
3.2 Описание практического внедрения планируемых результатов или перспектив их использования.
Индустриальным партнером в данной работе выступает компания ОАО «ВО «Тяжпромэкспорт», которая занимается строительством и технологическим обеспечением металлургических объектов в различных регионах, в том числе совместно с НИТУ «МИСиС» коммерциализацией и продвижением металлургической технологии Ромелт. Индустриальный партнер крайне заинтересован в выполнении данного проекта ПНИ, поскольку полученные результаты могут существенно способствовать заключению новых контрактов на строительство и технологическое обеспечение металлургических объектов по технологии Ромелт.
В качестве конкретных и перспективных потребителей результатов выполнения научно-исследовательской работы можно указать:
- горно-обогатительные предприятия для переработки собственных отходов (например, Абагурская обогатительно-агломерационная фабрика, Михайловской ГОК, Аллареченское месторождение, красные шламы заводов глиноземного производства, шламы Камыш-Бурунского железорудного комбината,;
- крупные металлургические предприятия с накапливаемыми железосодержащими отходами (например, ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат», ОАО «Северсталь», ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», ОАО «Челябинский металлургический комбинат, шлакоотвал Среднеуральского медеплавильного завода);
- посреднические компании, занимающиеся управлением отходами предприятий и рекультивацией шламонакопителей;
- компании различных стран Европы и Азии для внедрения технологии в местах скопления неутилизируемых отходов или для переработки бедных железных руд (например, шламы Байладдилла компании National Mineral Development Corp., Индия, красные шламы заводов NALCO, Индия и Ajka Timfoldgyar Zrt, Венгрия, отходы Bhilai Steel Plant, Индия, бедные железные руды Bolan Mining Enterprises, Пакистан).
3.3. Оценка или прогноз влияния планируемых результатов.
Использование жидкофазного восстановления в барботажном слое имеет ряд конкурентных преимуществ по сравнению с твердофазным в части использования нетрадиционных для металлургии материалов. Процессы в барботажной ванне, которая является аналогом агрегата идеального смешения, позволяют значительно увеличить производительность по сравнению с другими металлургическими технологиями. Барботажные технологии являются безотходными процессами, что позволяет говорить об их использовании в рамках экологической металлургии.
Предлагаемая инновационная технология может быть применима для самого широкого спектра железосодержащих материалов и восстановителей. В отличие от традиционных процессов, потребляющих только высококачественно сырье, технология Ромелт в принципе может быть применена для шихты с минимальным содержанием железа, не требующей предварительного обогащения. В будущем она коренным образом может изменить структуру металлургического производства, что позволит отказаться от неэффективных и неэкологичных процессов, наносящих значительный ущерб окружающей среде.
Правильное управление таким процессом позволит значительно улучшить экономические показатели и разработать технологию не только экологически совершенную и решающую задачи улучшения окружающей среды, но и экономически привлекательную для потенциальных заказчиков и инвесторов. Крупные металлургические комбинаты, особенно при увеличении штрафов за нанесение экологического ущерба регионам, весьма заинтересованы в технологии, позволяющей избавляться от отходов, и при этом получать ощутимую прибыль от получаемой товарной продукции с высокой добавленной стоимостью (чугун, сталь, заготовка, шлаковые изделия, электроэнергия). При этом процесс Ромелт является чрезвычайно гибким в отличие от других металлургических технологий и позволяет «на ходу» менять шихтовые материалы и энергоносители без ущерба для производства.

Текущие результаты проекта:
1. Проведен обзор литературы по основным методам утилизации железосодержащих отходов горно-обогатительных и металлургических предприятий.
2. Проведены патентные исследования по 70 источникам.
3. Сформирована база данных железосодержащих отходов крупных металлургических предприятий РФ.
4. Определены возможные железосодержащие отходы для дальнейших исследований.
5. Исследованы вопросы тепловыделения при дожигании горючих газов в надслоевом пространстве печи Ромелт.
6. Определены термодинамические закономерности при дожигании горючих газов в печи Ромлет.
7. Проведено исследование гидродинамики жидкой ванны при боковой продувке.
8. Определены технологическая и экономическая возможность использования пылеугольного топлива в печи Ромелт.
9. Отобраны пробы бедных руд и углей, исследуются их характеристики.
10. Проведены подготовительные работы к проведению экспериментов на пилотной печи Ромелт.