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

Номер контракта: 14.578.21.0049

Руководитель: Валавин Валерий Сергеевич

Должность: Руководитель проекта

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
утилизация, железосодержащие отходы, технология ромелт, жидкофазное восстановление, бедные железные руды, обогащение, термодинамическое моделирование, пылеугольное топливо, технологические показатели, инвестиции, экономическая эффективность

Цель проекта:
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. Исследование и разработка комплекса научно-технических и технологических решений, направленных на реализацию технологии Ромелт для утилизации железосодержащих отходов и переработки неиспользуемых бедных железных руд, с получением чугуна и шлаков для строительной промышленности.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Термодинамическая модель поведения компонентов при жидкофазном восстановлении в многокомпонентных системах.
Гидродинамическая модель жидкой ванны при различных параметрах дутьевого режима при боковой продувке.
Математическая модель для прогнозирования технико-экономических показателей при утилизации железосодержащих отходов и неиспользуемых бедных железных руд с получением чугуна и шлака для строительной промышленности на базе технологии Ромелт и обоснования оптимального сочетания технических решений для печи Ромелт.
Способ утилизации железосодержащих отходов и неиспользуемых бедных железных руд в печи Ромелт, включающий вновь разработанные технологические принципы, методические подходы, алгоритмы в исследуемой области, а также прототипы различных технических, технологических решений прикладных научно-технических проблем и задач.
Экспериментальные исследования по переработке руды низкой степени обогащения на пилотной печи Ромелт.
Технологический регламент утилизации железосодержащих отходов и неиспользуемых бедных железных руд в печи Ромелт с получением чугуна и шлака для строительной промышленности.
Проект технического задания на проведение ОТР по теме: «Создание технологии утилизации железосодержащих отходов и неиспользуемых бедных железных руд в печи Ромелт».
2. Термодинамическая модель, разработанная с применением программы и базы данных ИВТАНТЕРМО, позволяет предсказать и определить условия концентрирования компонента в одном из продуктов жидкофазного восстановления.
Гидродинамическая модель определяет критерии наиболее рациональной продувки жидкой шлаковой ванны с получением активного барботажного режима.
Математическая модель, применимая к широкому спектру перерабатываемых материалов и углей, позволяет определить оптимальные параметры процесса, при которых достигается положительная рентабельность, и оценить экономическую эффективность производства и экономические риски проекта.
Разработанный способ утилизации железосодержащих отходов и неиспользуемых бедных железных руд с получением чугуна и шлаков обеспечивает: непрерывность технологического процесса при переработке материалов с содержанием железа от 10 до 60% и крупностью 3-20 мм без предварительной подготовки, в том числе окускования; возможность использования в процессе в качестве восстановителя углей различных марок, в том числе отощенно-спекающихся, тощих, газовых, бурых; остаточное содержание железа в шлаке не более 5%.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Способ реализации технологии Ромелт применительно к переработке многокомпонентных железосодержащих отходов и неиспользуемых железных руд. Разработанная технология позволит эффективно вовлечь в производство складируемые отходы и забалансовые руды, улучшить экологическую обстановку в регионах, уменьшить площадь, занятую отходами.
2. Впервые сделано и подтверждено термодинамическими расчетами и модельными экспериментами предположение о сохранении принципа последовательности превращений оксидов железа от высших к низшим при жидкофазном восстановлении. На основе этого и с учетом рассчитанного ряда «восстановимости» металлов по отношении к железу, разработаны теоретические основы использования двухзонного варианта технологии Ромелт для переработки высших оксидов, многокомпонентных железосодержащих отходов и комплексных руд.
3. Среди наиболее известных зарубежных альтернативных технологий жидкофазного восстановления можно выделить процессы HIsmelt (компания Voest-Alpine), AusIron (компания Outotek), Finex (компании Siemens VAI и POSCO). Авторы этих технологий пока не в полной мере оценивают перспективы подобных процессов для утилизации отходов, но разворачивают широкие рекламные кампании по продвижению своих процессов, которые используют нетрадиционные пути получения чугуна и позволяют перерабатывать мелкодисперсные материалы.
Несмотря на то, что за рубежом вопросам утилизации техногенных отходов уделяется большое внимание, надежные промышленные технологии их переработки отсутствуют. В некоторых странах мира разрабатываются процессы, которые позволяют частично перерабатывать определенные виды отходов, в основном с предварительным брикетированием (например, OXYCUP, Германия), но общее решение вопроса пока не найдено.
4. Главный путь достижения заявленных результатов - конструирование на основе полученных закономерностей двухзонной установки по технологии Ромелт применительно к переработке железосодержащих материалов высокой степени окисленности. Следует отметить, что использование двухзонного варианта не рационально при переработке материалов, содержащих низшие оксиды железа.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Областями применения результатов являются предприятия черной и цветной металлургии, горно-обогатительные комбинаты, посреднические компании, занимающиеся управлением отходами предприятий и рекультивацией шламонакопителей, отраслевые металлургические научные и проектные институты.
2. Перспективные потребители результатов работы: Абагурская обогатительно-агломерационная фабрика, ОАО "Белсталь", Михайловской ГОК, шлакоотвал Среднеуральского медеплавильного завода, Аллареченское месторождение, красные шламы глиноземного производства, шламы Верхне- и НижнеЧурбашского шламохранилища Камыш-Бурунского комбината, шламы Байладдилаа National Mineral Development Corp.(Индия), крупные металлургические предприятия с накапливаемыми железосодержащими отходами (ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат», ОАО «Северсталь», ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» и др.), мини-заводы с объемом производства до 1 млн тонн чугуна в год.
3. Внедрение полученных результатов в части переработки накапливаемых железосодержащих отходов, например красных шламов, позволит уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду в регионах и снизить возможность техногенных катастроф от прорывов дамб шламохранилищ и как следствие затопление ядовитыми шламами огромных территорий.
4. Полученные результаты могут существенно изменить имеющиеся на сегодняшний день представления о механизмах процессов при жидкофазном восстановлении, позволят совершенствовать и развивать альтернативные технологии жидкофазного восстановления оксидов железа.При заинтересованности в результатах исследований возможна организация сотрудничества с ведущим университетом в этой области Carnegie Mellon University.

Текущие результаты проекта:
Проведены исследования механизма жидкофазного восстановления оксидов железа и поведения примесей тяжелых цветных металлов. С применением термодинамического моделирования выявлены возможные механизмы восстановления железа, в том числе различия в стадиях для двух- и трехвалентной модификации. Проведены расчеты по восстановлению из оксидов цветных металлов, и построен ряд «восстановимости» металлов по отношению к железу по степени увеличения сродства металла к кислороду, т.е. порядок восстановления примесей.
Рассмотрены способы обогащения железосодержащих отходов черной металлургии, углеобогащения и золошлаковых отвалов с содержанием железа менее 35%. Предложена схема комплексной утилизации многокомпонентных отходов с получением высокожелезистого продукта для использования в процессе Ромелт, а также шлаков для строительной промышленности. Проведены экспериментальные исследования по обогащению железосодержащих отходов с низким содержанием железа (13,2 %).
Проведен анализ углей различных месторождений, в том числе бурых, с точки зрения возможности использования в технологии Ромелт. Установлены технический и элементный составы углей, составы золы и серосодержащих компонентов. На основе полученных данных выделены угли, использование которых оптимально в технологии Ромелт: содержание летучих 15-20%, минимальное количество золы и пиритной серы, максимальное содержание фиксированного углерода.
Разработаны модели расчета балансов классической технологии Ромелт и ее модификации применительно к железосодержащим материалам комплексного состава. Разработан алгоритм и математическая модель расчета технико-экономических показателей технологии Ромелт применительно к утилизации железосодержащих отходов и переработке бедных железных руд. Схема алгоритма включает расчет технологических показателей с учетом специфики выбранных технических решений и экономический расчет эффективности с учетом анализов рисков. Выведены уравнения для расчетов материального баланса технологии, удельных расходов шихтовых материалов, угля и энергоносителей, а также выхода и состава получаемой продукции. Создана модель модификации технологии – двухзонного варианта процесса Ромелт.
Проведены расчеты и моделирование технико-экономических показателей способа утилизации железосодержащих отходов и бедных железных руд на основе технологии Ромелт для переработки бедной железной руды (бурый железняк) и утилизации железосодержащих отходов металлургического комбината с использованием четырех марок углей различного качества. Наименьшие удельные расходы наблюдаются при утилизации железосодержащих отходов с использованием угля Кузнецкого бассейна марки СС.
Показано, что применение более низкокачественного угля, требующее дополнительных капитальных затрат, компенсируется возрастанием выхода электроэнергии. Таким образом, соотношение цена/качество угля не является лимитирующим фактором для выбора оптимальной марки угля.
Установлено, что переработка бедной железной руды без предварительного обогащения, независимо от марки угля, характеризуется невысокими экономическими показателями и плохой устойчивостью к рискам. В то же время, технико-экономических показатели утилизации железосодержащих отходов обладают значительной степенью устойчивости к влиянию как технических, так и экономических факторов риска.
Разработан технологический регламент утилизации железосодержащих отходов и бедных железных руд в печи Ромелт. Разработаны «Программа и методики экспериментальных исследований». Проводятся модельные экспериментальные исследования гидродинамики жидкой ванны при различных параметрах дутья на стендовой установке, моделирующей процессы гидродинамики в печи Ромелт. Обоснован состав экспериментального образца установки для проведения лабораторных исследований по утилизации железосодержащих отходов и неиспользуемых бедных железных руд с получением чугуна и шлаков. Разработана эскизная конструкторская документация. Начато изготовление экспериментального образца установки.
На основании промежуточных результатов подготовлена патентная заявка, выполнены дополнительные патентные исследования, подготовлены и опубликованы научные статьи, проведены выступления на профильных конференциях.