Несмотря на достижения в металлургии, доменные печи остаются основным способом производства чугуна (более 95% мирового выпуска). Эти печи обладают весьма высокой производительностью, способной достигать тысяч тонн чугуна в сутки. Однако они требуют использования высококачественного сырья, что ограничивает возможности переработки железосодержащих отходов. В России ежегодно образуется более 5 миллионов тонн таких отходов. Их использование в доменных печах либо невозможно, либо экономически неэффективно. Помимо отходов металлургической промышленности (черная и цветная металлургия), в химической промышленности также накапливается сотни миллионов тонн отходов, таких как шламы, пыли, огарки. Эти отходы содержат значительное количество ценных металлов. В настоящее время их извлечение затруднено из-за отсутствия эффективных промышленных технологий по раздельному извлечению 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.
