Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», Москва, Россия

Н. А. Масленников, ассистент кафедры обогащения и переработки полезных ископаемых и техногенного сырья (ОиППИиТС), эл. почта: masl.nik2000@gmail.com

Ю. В. Конюхов, заведующий кафедрой ОиППИиТС, докт. техн. наук, эл. почта: ykonukhov@misis.ru
И. Н. Бурмистров, ведущий эксперт кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов, докт. техн. наук, эл. почта: burmistrov.in@misis.ru

Пекинский университет науки и технологии, Пекин, КНР

Рита Ханна, профессор Института металлургической и экологической инженерии, PhD, эл. почта: rita.khanna66@gmail.com

Ташкентский филиал Национального исследовательского университета «МЭИ», Ташкент, Узбекистан
М. В. Кравченко, директор, канд. техн. наук, эл. почта: Kravchenkomv@mpei.ru

Технология восстановления водородом с нулевыми выбросами парниковых газов является перспективной альтернативой карботермического процесса, реализуемого по классической схеме «доменная печь – конвертер». Представлены результаты исследования кинетики восстановления гематитовых руд водородом в условиях стационарного и вихревого слоя. Аппарат вихревого слоя представляет собой магнитный индуктор, в который установлена печь сопротивления с проточным реактором из коррозионностойкой стали, в который загружают восстанавливаемый материал и магнитные иглы. Под действием магнитного поля иглы приходят в движение и взаимодействуют с материалом, друг с другом и стенками камеры. Исследованы три образца руды российских и китайских месторождений со значительными различиями в морфологии и составе. Руда А (российского происхождения) содержит сферические частицы с низким содержанием железа, но высоким содержанием кремнезема, руды В и С (китайского происхождения) — игольчатые частицы с высоким содержанием железа и низким содержанием кремнезема. В качестве образца сравнения использован порошок чистого гематита. Превращение гематита в магнетит и железо исследовано в токе водорода при температурах 375 и 400 °C в условиях стационарного и вихревого слоя. Для изучения свойств исходных материалов, промежуточных и конечных продуктов применены методы сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной спектроскопии и рентгеновской дифрактометрии. Расчет констант скоростей проведен по модели МакКевана. Показано, что процесс восстановления железных руд водородом протекает более интенсивно в условиях стационарного слоя, а скорость восстановления чистого Fe₂O₃ выше в условиях вихревого слоя. Полученные результаты указывают на критическое влияние примесей (диоксид кремния) и полидисперсности исходного порошка на кинетику восстановления водородом.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 24-29-00672).

1. Кичигин Н. В., Хлуденева Н. И. Правовые механизмы углеродного регулирования в Российской Федерации // Экологическое право. 2022. № 3. С. 10–16.
2. Wang R. R. et al. Hydrogen direct reduction (H-DR) in steel industry — An overview of challenges and opportunities // Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 329. 129797.
3. Ren Y. et al. Research progress of carbon deposition on Ni-based catalyst for CO2-CH4 reforming // Catalysts. 2023. Vol. 13, Iss. 4. 647.
4. Monsen B. E. et al. Characterization of DR pellets for DRI applications // Proceedings of the Association for Iron and Steel Technology Conference Proceedings. 2015.
5. Melamud S. G., Yur’ev B. P. Oxidation of iron ore at moderate and high temperatures // Steel in Translation. 2016. Vol. 46. P. 384–389.
6. Tang J. et al. Development and progress on hydrogen metallurgy // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2020. Vol. 27. P. 713–723.
7. Spreitzer D., Schenk J. Reduction of iron oxides with hydrogen — a review // Steel Research International. 2019. Vol. 90, Iss. 10. 1900108.
8. Miškovičová Z., Legemza J., Demeter P., Buľko B. et al. An overview analysis of current research status in iron oxides reduction by hydrogen // Metals. 2024. Vol. 14. 589. DOI: 10.3390/met14050589
9. Рудыка В. И. Перспективы технологии прямого восстановления железа в металлургическом производстве // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2017. № 11. С. 14-23.
10. Логвиненко Д. Д., Шеляков О. П. Интенсификация технологических процессов в аппаратах с вихревым слоем. — Киев : Техника, 1976. – 144 с.
11. Konyukhov Y. V., Nguyen V. M., Ryzhonkov D. I. Kinetics of reduction of α-Fe₂O₃ nanopowder with hydrogen under power mechanical treatment in an electromagnetic field // Inorganic Materials: Applied Research. 2019. Vol. 10. P. 706–712.

12. Нгуен В. М., Конюхов Ю. В., Рыжонков Д. И. Исследование влияния электромагнитного поля и энергомеханической обработки на процесс получения наноразмерных порошков металлического кобальта восстановлением водородом // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 2. С. 96–101.
13. Фатеев В. Н. и др. Проблемы аккумулирования и хранения водорода // Chemical Problems. 2018. № 4. С. 453–483.
14. Dhawan N., Manzoor U., Agrawal S. Hydrogen reduction of low-grade banded iron ore // Minerals Engineering. 2022. Vol. 187. 107794.
15. ГОСТ 4173-77. Железа окись. Технические условия.
16. Mekewan W. M. Trans. met. soc. // AIME. 1960. Vol. 218. P. 2–6.