В металлургии черных и цветных металлов, химической промышленности накоплено сотни миллионов тонн отходов в виде шламов, пылей, огарков и т.д. Эти отходы содержат большое количество металлов, извлечение которых на настоящий момент не осуществляется из-за отсутствия эффективных промышленных технологий раздельного извлечения полезных компонентов.
«Научная группа НИТУ «МИСиС» под руководством директора НОЦ «ИМТ» НИТУ «МИСиС», к.т.н. Геннадия Подгородецкого совместно с индустриальным партнером университета ООО «ПК „Вторалюминпродукт“ построила и запустила не имеющую аналогов в мире пилотную установку барботажного реактора (основанного на принципе продувки газом) для эффективного и экологичного производства чугуна и концентрата цветных металлов из бросовых шламов», — сообщила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.
Новая инновационная печь НИТУ «МИСиС» построена на барботажном принципе, технологические процессы при этом осуществляются в жидкой шлаковой ванне, продуваемой газом. Образующиеся при этом пузырьки сильно ускоряют химические процессы в ванне, и интенсивно перемешивают железистый расплав и шлак.
Рассказывает руководитель группы Геннадий Подгородецкий: «Мы усовершенствовали созданную в МИСиС в 80-х годах технологию Ромелт, и разделили реактор на две зоны: плавильную и восстановительную. Расчеты показывали, что при такой конфигурации печи можно снизить расход угля и кислорода на 1 т получаемого чугуна на 20 — 30 %. Шлаковая ванна и ванна железистого расплава продуваются струей газа с содержанием кислорода 50–99%. Поддерживается температура на уровне 1400–1500 градусов Цельсия. На поверхность ванны расплава подаются железосодержащие материалы, энергетический уголь, флюсующие добавки. Уголь, попадающий на поверхность расплава, вовлекается шлаковыми потоками в нижние зоны ванны, где за счет кислородного потока, происходит его горение до углекислого газа и паров воды. Далее расплав перетекает в восстановительную зону, где происходит его окончательное восстановление до чугуна. Ряд цветных металлов также восстанавливается до металла, и удаляются с отходящими газами из печи. Далее они улавливаются в пыли, и образуют еще один товарный продукт — концентрат цветных металлов».
Важнейшим преимуществом разрабатываемых технологий являются низкие удельные расходы энергоносителей: на 20 — 30% ниже, чем у лучших мировых аналогов. С этой точки зрения они могут претендовать на европейскую номинацию BAT (Best Available Techniques — наилучшие существующие технологии). В целом, технологии являются изначально экологически ориентированными. Количество выбросов в них существенно ниже, чем у лучших мировых аналогов, помимо этого в технологиях предусмотрено подавление образования особо опасных экотоксикантов.
«По требованию заказчика состав шлака может быть подобран для последующей переработки в шлакокаменные изделия, теплоизоляционную шлаковату, служить основой для производства цементного клинкера и т.д. За счет уникальной конструкции агрегата, расходы энергоносителей могут быть доведены до 500 кг угля и 500 нм3 кислорода на 1 т получаемого чугуна. В результате мы перерабатываем бросовые техногенные отходы, получаем чугун, товарный шлак и концентрат цветных металлов. Отходов в нашей технологии нет. Пилотный образец предназначен также для отработки технологии безотходной газификации многочисленных углеродсодержащих отходов, включая твердые бытовые отходы», — отметил Геннадий Подгородецкий.
Пилотный агрегат, построенный в г. Мценске Орловской области на территории ЗАО МК «СТАЛЬКРОН», предназначен для переработки техногенных отходов, шлаков и шламов с производством чугуна, а также для производства генераторных газов из углеродсодержащих отходов включая твердые бытовые отходы. Реактор уже вызвал интерес отечественных энергетиков и производителей черных металлов.
Комментарии (37)
fndrey357
23.03.2018 09:32Ряд цветных металлов также восстанавливается до металла, и удаляются с отходящими газами из печи. Далее они улавливаются в пыли, и образуют еще один товарный продукт — концентрат цветных металлов
Что же надо сделать, чтобы расплавленный цветной металл превратить в пыль, которую может унести поток газов?
SvSh123
23.03.2018 09:37Окислы в виде пыли восстанавливаются до металлов опять же в виде пыли.
fndrey357
23.03.2018 11:39Я про скорость потока — чтобы поднять с поверхности расплава металличскую пыль (которая кстати будет оседать на всем).
Просто интересно.DonArmaturo
23.03.2018 13:04Все полезное из газов собирают на Сухих электрофильтрах ( старая метода, ещё в Норильске в 40-е делали).
Dabbuger
23.03.2018 16:35Возьмите серебрянку и дуньте на неё. Вы просто не совсем нужного масштаба представляете себе металлическую пыль. Если она достаточно мелкая, то хватит обычного конвективного потока тепла, который исходит от нашего тела.
fndrey357
24.03.2018 16:31На расплавленную серебрянку?
Не большой знаток, но насколько знаю ту-же серебрянку производят в интерном газе.
fantom732315
23.03.2018 09:59Фактически это двухзонный конвертер?
DonArmaturo
23.03.2018 13:11В отличие от конвертера, здесь добавляют топливо. Общее — усиленное дутьё. В 80-е было выражение "Печь автогенной плавки". Необходимое топливо (угольная пыль) подмешивалось к концентрату руды на этапе подготовки "шихты". Сама идея возникла в связи с нарастанием объемов сернистых руд. Сера тоже горит, и тепло даёт для плавки и выгорает для чистоты.
Helium4
23.03.2018 09:59Немного непонятно из статьи, пылевидные материалы можно подавать напрямую или таки требуется агломерация/брикетирование?
Оптять металлурги будут кричать, нафиг нам ваши шламы, общее железо подавай.</sarcasm off>
Arcanum7
23.03.2018 10:06Шлаковая ванна и ванна железистого расплава продуваются струей газа с содержанием кислорода 50–99%
Сильно смахивает на кислородный конвертер. Один такой есть в Магнитогорске. Нельзя сказать что он экологичен.DonArmaturo
23.03.2018 10:18Газа там выходит много. В цветной металлургии это обычно сернистый ангидрид — из него кислоту делают.
В данном варианте утилизатора должны будут отходить продукты окисления, топлива из них не получится.
Вспоминается Дизель, везде подчеркивают, что делал двигатель "по-науке". Однако при реализации вдруг оказалось, что нет материалов для работы на пылегульной смеси.
DonArmaturo
23.03.2018 12:55Из книжек по производству меди можно узнать про "дожигание" штейна в конвертерах. Сгорают (!) железо и сера, медь остаётся. Без подогрева, просто подача обогащённого кислородом воздуха.
SchmeL
23.03.2018 10:25+4построила и запустила не имеющую аналогов в мире пилотную установку барботажного реактора
Количество выбросов в них существенно ниже, чем у лучших мировых аналогов
Так есть аналоги или нет? Или это стандартный маркетинговый ход, просто нанотехнологии забыли добавить…
littorio
23.03.2018 10:42Вопрос надо ставить не так, а сколько месяцев пройдёт, пока аналоги не появятся? И как вообще защищена интеллектуальная собственность? А то сейчас любую полезную идею очень быстро клонируют.
Gorthauer87
23.03.2018 10:47Если это улучшает экологию, то для нас обычных людей это вообще не проблема
Desavian
23.03.2018 12:40-8Обалдеть, два часа с момента публикации, а в пост, не засирающий российскую науку, еще не набежала толпа масковцев. Гиктаймс, ты ли это?
По теме, в качестве мусоросжигателей, подобная технология окупится значительно быстрее, так как я слабо представляю себе возможности ее масштабирования для крупного металлургического завода.DonArmaturo
23.03.2018 13:26+1Водоохлаждаемые кессоны (из меди). Кислородное производство.
Это совсем не "печка" на заднем дворе. Строительство каждой печи постоянно курировали МИСИСовцы.
Скорее надо считать оптимальный размер
Tropolinarius
23.03.2018 12:40+1Отрадно видеть, что за последнее время отечественные металлургия, химия и образование шагнули далеко вперёд — деньги инвестора в надёжных руках наших учёных. В материале особенно впечатляет описание горения углерода в кислороде с образованием воды: «Уголь, попадающий на поверхность расплава, вовлекается шлаковыми потоками в нижние зоны ванны, где за счет кислородного потока, происходит его горение до углекислого газа и паров воды».
DonArmaturo
23.03.2018 12:47Да. Шлак, вообще-то, должен всплывать. В работающей печи есть шлаковая перегородка, масса через неё переливается.
ivashkos Автор
23.03.2018 12:48В материале, если вы присмотритесь к цитате, речь идёт о горении угля. А в составе даже каменного угля до 5 % водорода по массе в виде различных углеводородов.
SovietTwins
23.03.2018 12:41Была подобная печь в учебнике 80-х описана. Воскресили старое изобретение. Ну и правильно. Если начнут серийный выпуск — хорошо. Оно найдёт своего покупателя.
Теперь из минусов. В том-же учебнике было сказано, что требуется использование высокоэнергетического угля. Обогащённого. С высокой удельной энергией сгорания. Тоесть абы какой уголь не внесёшь. Придётся увеличивать расход кислорода и количество угля. А это важно. Далее. В Европе — сжигание угля на производстве запрещено. Они блин даже в домах угольное отопление стараются задушить, а уж о заводах я вообще молчу. Не расписано, как именно утилизируются газы. А их будет много и они будут крайне небезопасными. Подробнее хотелось бы услышать. Это одна из ведущих проблем металлургии. Шлаки и их переработка. Особенно экономическая часть.ivashkos Автор
23.03.2018 12:54В том-то и дело, что модификация позволила снизить требования к углю и экономически выгодно использовать железосодержащие шлаки. Насчёт газов уточню.
SovietTwins
23.03.2018 13:12Там из всей модификации главное введение — двузонность. Проблемы по утилизации газов — так и остались. Переделка в электроплавку возможна?
ivashkos Автор
23.03.2018 13:42Мне казалось, что помимо двузонности там «всё дело в волшебных пузырьках», из-за чего и повышается КПД процесса. Опять же, насчет вылетающих газов ребята точно заморачивались и систему их утилизации тоже сделали.
anprs
23.03.2018 14:01+5У меня одного фраза «не имеющую аналогов в мире» вызывает чувство отторжения?
ivashkos Автор
23.03.2018 15:02Как бы вы хотели переформулировать?
DonArmaturo
23.03.2018 15:14Заметил интересную закономерность, если в процессе работы требуется оборудование/технология, то в подавляющем большинстве оно уже есть. Одинаковая физика приводит к одинаковым решениям. А положение догоняющего редко даёт возможность придумать что-то первым. Кстати о данной печи ( Ее казахстанской инкарнации): в конце 80-х подобную строили в Северной Корее. Приезжали "курсанты", обучались эксплуатации.
darkd3ad
23.03.2018 16:02Замечательная статья!
Хотелось бы отметить, что в рамках ужасного чемпионата Metal-Cup 2017 на базе Санкт-Петербургского политехнического университета, был предложен кейс для модернизации производства ЧерМК (в частности доменной печи №5).
На этапе патентного поиска был найден Ваш патент на установку ГВГ. На защите кейса мы предложили мероприятие: вдувание пылеугольного топлива для поддержания температуры и отходящих газов для улучшения процесса.
Конечно же мы проиграли, жюри (в том числе работники ЧерМК) сочли предложенное решение недостаточно инновационным, потому что сами мы ничего не придумали. Победила же команда, которая предложила вместо кокса использовать пластиковые отходы, а второе место заняла команда, предложившая использовать шунгит вместо кокса.
Извиняюсь за свои жалобы и плаксивые истории, но мне было очень жаль, что мы с возможно поверхностным и не до конца проработанным технологическим решением не заняли никакого места. Однако ваша подняла настроение, ведь мы были правы.
alexhott
23.03.2018 18:47+1Не имеющая отходов — не верю
все газы в атмосферу или все-таки очистка? Тогда экномика очистки может все выгоды перекрыть. И производство кислорода (в статье нужно подавать в печь 50% или пости чистый кислород) будет из использовать воздух как ресурс и при массовом использовании такой технологии рядом с таким поизводством отроются еще не известные проблемы.
А так конечно деваться не куда когда всю руду пережгли теперь за более бедные ресурсы возьмутся.
Омобенно интересно статью читать после статьи про антропоцентризм.
Andrey_Dolg
23.03.2018 20:20-1Скепсис подсказывает, что на схеме отсутствует отсек, который будет сжигать деньги, что очень странно для «не имеющих аналогов» аппаратов. Хотя надеюсь это просто моя паранойя.
DonArmaturo
Хорошо, что металлургия, как наука жива.
Перед нами ещё один вариант печи Ванюкова. Две таких работают в Балхаше. Для нормальной работы необходима хорошая система контроля текущих параметров, ибо постоянно есть опасность закозления печи или прожига кессона.
В конце 80-х МИСИС предлагал их в качестве мусоросжигалок, с теми же обоснованиями, что сейчас. Интересно, внедрили ли где нибудь?
ivashkos Автор
уточню
ivashkos Автор
А, так вот же, последний абзац.
DonArmaturo
Посмотрел на фото. Там для масштаба годны лестничные марши. Сама установка похожа на испытательный стенд (в масштабах металлургии).
В последнем абзаце речь о металлургическом предприятии. А вот каково "с нуля" построить мусоросжигательную печь с инфраструктурой водоохлаждения (даже градирня нужна), и кислородной. И по деньгам...