ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия:

В. А. Бигеев, профессор кафедры металлургии и химических технологий, докт. техн. наук, эл. почта: v.bigeev11@yandex.ru
С. К. Сибагатуллин, профессор кафедры металлургии и химических технологий, докт. техн. наук, эл. почта: 10tks@mail.ru
А. С. Харченко, заведующий кафедрой металлургии и химических технологий, докт. техн. наук, эл. почта: as.mgtu@mail.ru
М. В. Потапова, доцент кафедры металлургии и химических технологий, канд. техн. наук, эл. почта: marina_potapova8@mail.ru

Актуальность проблемы освоения водорода в качестве восстановителя и вовлечения забалансового комплексного и техногенного сырья в металлургическом производстве обусловлена большими запасами коксующихся углей и богатых железных руд, наличием больших запасов никеля в комплексных рудах и накопленных шлаках, а также ростом количества отходов металлургического производства, загрязняющих окружающую среду, потребностью машиностроения в сталях с низким содержанием углерода и в недорогих ферросплавах, наличием неограниченного количества водорода в природе, возможностью практически полного его использования с исключением загрязнения окружающей среды в металлургическом производстве, возможностью селективного извлечения составляющих комплексных руд и целесообразностью импортозамещения с улучшением качества продукции. В работе были определены расход водорода, количество и состав продуктов восстановления при различных степенях извлечения железа из руды Сахаринского месторождения. Расход водорода на твердофазное восстановление сырья до рациональной степени извлечения железа 5–10 % составит 3,3–6,4 м³, а объем отходящих газов, состоящих из экологически безопасных водорода и водного пара, не превысит 25 м³. Применительно к лабораторным условиям кафедры металлургии и химических технологий расход водорода на продувку порции сухой руды массой 1 кг при 800 °C составит 0,033–0,064 м³ на трубчатой термической установке компании LECO. При стабильной производительности генератора водорода 0,015 м³/ч, время продувки материала находится в пределах 2,2–4,25 ч.

1. Костин В. Ф., Савельева Р. Н. Процессы и агрегаты прямого получения железа : учебное пособие. — Свердловск, 1983. — 64 с.
2. Smirnov L. I., Goltsov V. A. Diffusion and diffusive phenomena in inerstitial subsystems of M-H systems // Progress in Hydrogen Treatment of Materials. 2001. P. 65–93.

3. Ванюков А. В. Теория пирометаллургических процессов. — М. : Металлургия, 1971. — 504 с.
4. Дудоров М. В., Дрозин А. Д., Рощин В. Е. Термодинамика роста металлической фазы при твердофазном восстановлении металлов в комплексных оксидах // Вестник Южно-Уральского государственного университета. 2021. Т. 13. № 3. С. 49–59.
5. Панишев Н. В., Харченко А. С., Бигеев В. А., Потапова М. В., Закуцкая Л. А. Изучение возможности вовлечения в металлургическое производство марганецсодержащего сырья Южного Урала // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2019. Т. 230. № 7. С. 31–37.
6. Потапова М. В., Бигеев В. А., Харченко А. С., Потапов М. Г., Соколова Е. В. Исследование технологии переработки титаномагнетитовых руд Суроямского месторождения // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 3-4. С. 225–230.
7. Заякин О. В. Разработка рационального состава и технологии производства никельсодержащих ферросплавов из бедных окисленных никелевых руд : aвтореф. дис. … канд. техн. наук. — Екатеринбург :
Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук, 2002. — 157 c.
8. Yucel O., Turan A., Yildirim H. Investigation of pyrometallurgical nickel pig iron (NPT) production process from lateritic nickel ores // 3rd International Symposium on High-Temperature Metallurgical Processing. 2012. P. 17–23.
9. Kim J., Dodbiba G., Tanno H., Okayaa K., Matsuo S., Fujita T. Calculation of low-grade laterite for the concentration of Ni by magnetic separation // Minerals Engineering. 2010. No. 23, Iss. 4. P. 282–288.
10. Sohn H. Y. Process modeling in non-ferrous metallurgy // Treatise on Process Metallurgy: Industrial Processes. — Oxford : Elsevier Ltd., 2014. P. 701–838.
11. Tsemekhman L. Sh., Ryabko A. G., Tsymbulov L. B. et al. Cleaning of slags from copper and copper-nickel sulfide smelting // Proceedings of the Copper 2003-Cobre 2003, Pyrometallurgy of Copper. 2003. Vol. 4. P. 353–366.
12. Ермаков И. Г. Исследование, разработка и внедрение технологии электроплавки техногенного никельсодержащего сырья : автореф. дис. … канд. техн. наук. — СПб., 2005. — 185 с.
13. Bouasria M., Khadraoui F., Benzaama M. N. et al. Partial subsistution of cement by the association of ferronickel slags and crepidula forniicata shells // Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 33. P. 13.
14. Морачевский А. Г., Цемехман Л. Ш., Цымбулов Л. Б. и др. Термодинамические свойства жидких сплавов железо-никель-кобальт // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76, Вып. 11. С. 1779–1783.
15. Liu J., Zhou X., Luo Z. et al. Preparation and formation mechanizm of ferronickel slag-based magnesium phosphate cement // Jianzhu Cailiao Xuebao. 2020. Vol. 23.
16. Фомичев В. Б., Князев М. В., Цымбулов Л. Б. и др. Исследование процесса обеднения шлаков продувкой их газовыми смесями с различным парциальным давлением кислорода // Цветные металлы. 2002.
№ 9. С. 32–36.
17. Zhu D., Xue Y., Pan J. et al. Strengthening sintering of limonitic nickel laterite by substituting ferronickel tailings for sintering fluxes // The Mineral, Metals and Materials Series. 2020. P. 879–892.
18. Потапова М. В. Разработка технологической схемы производства рафинированного ферроникеля из бедных железохромоникелевых руд : автореф. дис. … канд. техн. наук. — Магнитогорск, 2006. — 20 с.
19. Колокольцев В. М., Бигеев В. А., Сибагатуллин С. К. Предельная степень использования водорода в реакциях восстановления железа из оксидов // Теория и технология металлургического производства. 2010. № 10. С. 4–11.
20. Сибагатуллин С. К., Харченко А. С., Чернов В. П, Бегинюк В. А. Совершенствование доменного процесса за счет создания условий для увеличения потребления природного газа применением сырья
повышенной прочности // Черные металлы. 2017. № 8. С. 27–33.
21. Сибагатуллин С. К., Харченко А. С., Бегинюк В. А. и др. Совершенствование хода доменного процесса повышением расхода природного газа по газодинамике в верхней ступени теплообмена // Вестник
Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2017. Т. 15. № 1. С. 37–44.
22. Wang F., Marcuson S., Khajavi L. T. et al. Optimum treatment time for solidstate extraction of nickel from nickel sulfide concentrates at 1073 K // Metallurgical and Materials Transactions B: Process Metallurgy and
Materials Processing Science. 2020. Vol. 51, Iss. 6. P. 2642–2652.
23. Sagadin C., Luidold S., Wagner C. et al. Phase Reaction between Refractory and High-Acidic Synthetic CaO-Ferronickel Slag // Journal of the Minerals Metals & Materials Society (JOM). 2018. Vol. 70, Iss. 1. P. 34–40.
24. Moskalyk R. R., Alfantazi A. M. Nickel laterite processing and electro winning practice // Minerals Engineering. 2002. Vol. 15, Iss. 8. Р. 593–605.
25. Mikheenkov M. A., Sheshukov O. Yu., Lobanov D. A. Slag technogenic formations as a material for the production of silicate products and pig iron // Solid State Phenomena. 2018. Vol. 284. P. 1119–1126.
26. Никифоров Б. А., Бигеев В. А., Бигеев А. М. и др. Перспективы вовлечения в переработку новых видов железосодержащего сырья // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2004. № 2. С. 7–10.