Международная команда ученых из России и Австрии провели серию уникальных экспериментов для исследования процесса окислительного обжига образцов магнетитового концентрата при различных температурах с использованием высокотемпературной рентгеновской камеры Rigaku Ultima IV. Новая технология снизит выбросы углекислого газа на 40-60 процентов за счет использования водорода в качестве восстановителя. Пилотные испытания проводит завод Voestalpine (Австрия).
Сделан шаг к новой экологичной технологии получения железа и стали / ©Getty images
Старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории ЮУрГУ «Водородные технологии в металлургии» Юрий Капелюшин совместно с профессором Йоханнесом Шенком из Университета Леобена опубликовали исследование в одном из крупнейших журналов для исследуемой области Metallurgical and Materials Transactions B (Q1).
За последние несколько десятилетий металлургическая промышленность переработала большое количество высококачественных гематитовых железных руд, которые использовались в качестве исходного сырья для получения железа с применением доменного процесса.
Сокращение запасов богатых гематитовых руд привело к увеличению объемов их добычи и переработки. В 2015 году мировое производство железной руды на основе магнетита составило приблизительно 583 миллионов тонн, что соответствует 28 процентам от общего объема производства железной руды. Последняя (на основе магнетита) измельчается до мелких частиц, чтобы высвободить магнетитовые минералы из горной породы, после чего проводится магнитная сепарация для увеличения содержания железа.
«Современная практика производства железа из магнетитовой железной руды включает в себя окомкование (или спекание) для получения кусков заданного размера перед загрузкой в металлургические агрегаты, такие как доменная печь, колосниковая вращающаяся печь, а также шахтная печь Midrex. В настоящее время снижение выбросов CO2 — одна из наиболее важных глобальных экологических задач.
Для достижения цели климатической нейтральности (нулевые выбросы парниковых газов) к 2050 году, необходимо создание новых технологий по получению железа и стали на основе водорода. Суть технологии заключается в уходе от использования традиционных углеродсодержащих восстановителей (таких как уголь или кокс) и их заменой на водород. Однако, на сегодняшний день переработка магнетитовой руды невозможна без операции предварительного окисления даже с использованием разрабатываемых водородных технологий, направленных на снижение выбросов CO2», — говорит Юрий Капелюшин.
Одно из дополнительных преимуществ водорода — возможность его использования для накопления и хранения энергии. Например, при производстве электрической энергии при помощи АЭС, ветряных или приливных электростанций водород можно получать при помощи электролиза, накапливать в водородных хранилищах и доставлять потребителям. Далее осуществлять получение железа прямого восстановления в шахтных агрегатах Midrex (которые уже довольно давно эксплуатируются на «Оскольском электрометаллургическом комбинате») с частичной или полной заменой природного газа водородом. Из полученного железа прямого восстановления уже сегодня осуществляется выплавка стали различных марок в дуговых электропечах.
В Австрии на заводе Voestalpine проводятся пилотные испытания по иной технологической схеме. Восстановление железа из его оксидов осуществляется водородом из мелкодисперсных частиц в «Кипящем слое», а выплавка стали производится с использованием плазменно-дугового переплава.
Научные коллективы лаборатории ЮУрГУ «Водородные технологии в металлургии» и Университета Леобена спланировали и провели уникальные эксперименты по исследованию процесса окислительного обжига образцов магнетитового концентрата при различных температурах с использованием высокотемпературной рентгеновской камеры Rigaku Ultima IV, которая имеется в университете.
Впервые идея этих экспериментов появилась во время дискуссий на конференции в Вене (Австрия) в 2018 году. Позже авторам удалось провести эту работу в ЮУрГУ. Исследование опубликовано в открытом доступе.
Южно-Уральский государственный университет — это центр цифровых трансформаций, где проводят инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития России, университет сфокусирован на продвижении крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В 2021 году ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет-2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).
