АР23490490 – «Исследование возможности получения высокомарганцевых шлаков из некондиционных железомарганцевых руд Казахстана с селективным восстановлением железа газообразным водородом»

Тенденции производства стали на современном этапе требуют внимания металлургов не только к вопросу увеличения объемов получения продукции металлургических заводов, но и к необходимости освоения более широкого состава сырья для производства стали и ферросплавов. Марганец для производства стали является важным вспомогательным металлом, так как он используется в качестве раскислителя, легирующего элемента и десульфуратора. В связи с этим при производстве стали марганец используется в количестве, более чем любой другой металл кроме самого железа. В то же время марганец в России и Казахстане является дефицитным металлом. На территории Казахстана имеется марганцевые руды месторождения Каражал и Ушкатын-3, Западный Камыс, Тур, Керегетас на территории России имеется марганцевые руды Усинкого месторождения (98,5 млн. т), железомарганцевые руды Дурновского месторождения (около 300 тыс. т), Селезеньское месторождение с запасом около 5 млн. т, а также Кайгадатское месторождение с запасами 32,7 млн. т. Но в настоящее время месторождения марганцевых руд Казахстана и России не эксплуатируются, так как они представлены железомарганцевыми рудами, а всем выше перечисленным типам руд характерно высокое содержание железа, а для Российских руд и высокая содержания фосфора. Эти руды являются, по сути, комплексными, содержащими железные и марганцевые минералы. Кроме разделения марганца и железа при получении марганцевых сплавов из таких руд, например марганцевых месторождениях России проблемой является также удаление фосфора. Из таких руд по сложившейся технологии при металлургическом переделе невозможно получить стандартные марки марганцевых ферросплавов. В связи с этим такие железомарганцевые руды не получили промышленного использования, а добываемые попутно с богатыми марганцевыми рудами железомарганцевые руды складируются в отвалах. Для переработки этих руд требуются новые теоретические и технологические разработки.

По этим причинам для производства стандартных марганцевых сплавов в России и в Казахстане марганцевые руды хорошего качества приходится импортировать из ближнего и дальнего зарубежья (ЮАР, Украина, Австралия и др.). Следует учитывать, значительные затраты также уходят на транспортировку зарубежного сырья железнодорожным и морским транспортом. В решении этого вопроса особую актуальность приобретает вовлечение в производство некондиционную железомарганцевую руду.

Переработка таких руд традиционными методами в доменных или электрических рудовосстановительных печах невозможна или неэффективна. При производстве ферромарганца в доменных печах весь содержащийся в руде фосфор переходит в ферромарганец. Главным недостатком электротермического процесса является высокая энергоемкость и большие потери марганца. Не позволяют отделить оксиды марганца от железа и технологии получения высокомарганцевого концентрата методами обжига с последующим дроблением и магнитным разделением продуктов обжига. В получаемом магнитном концентрате содержание марганца остается на высоком уровне, что приводит к большим его потерям. Не нашли массового промышленного использования также гидрометаллургические и химические способы выделения марганца, которые предусматривают обработку марганцевых концентратов дефицитными и дорогими щелочными, кислотными или солевыми растворами. Поэтому с целью вовлечения в производство отечественных некондиционных марганцевых руд и получения из них стандартных марганцевых сплавов в настоящее время ведутся интенсивные исследования.

1) Нурумгалиев Асылбек Хабадашевич, доктор технических наук, профессор. Руководитель проекта.

Scopus ID: 10042501900

Researcher ID: AAF-9195-2021

https://orcid.org/0000-0002-8782-9975

2) Қуатбай Ербол Қуатбайұлы – доктор философии (PhD). Исполнитель проекта.

Scopus ID: 57218196966

Researcher ID: ABE-5679-2021

https://orcid.org/0000-0002-8400-3537

3) Жүнісқалиев Талғат Тоқашұлы – доктор философии (PhD). Исполнитель проекта.

Scopus ID: 57218196497

Researcher ID: AAG-6131-2021

https://orcid.org/0000-0001-9757-0605

4) Benzeşik Kağan, Доктор философии (PhD), исследователь. Исполнитель проекта.

Scopus ID: 57192264535

Researcher ID: ABD-2540-2020

https://orcid.org/0000-0003-0996-5151

 5) Қосдаулетов Нұрлыбай Ырғызбайұлы, магистр технических наук. Исполнитель проекта.

Scopus ID: 57215058827

https://orcid.org/0000-0002-1570-4188

6) Сүлеймен Бақыт Темірғалиұлы, магистр технических наук. Исполнитель проекта.

Scopus ID: 57215054180

Researcher ID: GXV-4764-2022

https://orcid.org/0000-0001-9306-1045

7) Адилов Галымжан Алибекович, магистр технических наук. Исполнитель проекта.

Scopus ID: 57213596057

Researcher ID: ABL-6521-2022

https://orcid.org/0000-0002-1012-8097

8) Бильгенов Арман Сергеевич, магистр технических наук. Исполнитель проекта.

Scopus ID: 57204525296

Researcher ID: JPX-5717-2023

https://orcid.org/0009-0001-8592-7870

9) Әбдірашит Асылбек Мирамханұлы, магистр технических наук. Исполнитель проекта.

Scopus ID: 57218196252

Researcher ID: ABE-5588-2021

https://orcid.org/0000-0003-0718-3041

По итогам реализации научного и (или) научно-технического проекта будет опубликовано 3 (три) статьи в рецензируемых научных изданиях по научному направлению проекта, индексируемых в Science Citation Index Expanded базы Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 60 (шестидесяти) и 1 (одна) статья в отечественном издании в области металлургии, рекомендованном КОКСНВО или равных им изданиях с участием не менее 50 % членов исследовательской группы.

По результатам научных исследований опубликование монографий, книг и (или) глав в книгах зарубежных и (или) казахстанских издательств не рассматриваются.

Возможности получение патентов в зарубежных патентных бюро (европейском, американском, японском), в казахстанском или евразийском патентном бюро не рассматриваются.

По результатам научных исследований не рассматривается разработка научно-технической, конструкторской документации.

Результаты научных исследований будут опубликованы на международных конференциях, а также в рецензируемых зарубежных или отечественных изданиях, рекомендованных КОКСНВО в данной области, и поэтому будут доступны для ученых.

Целевыми потребителями полученных результатов могут быть ферросплавные заводы Казахстана (Актюбинский завод ферросплавов — филиал АО «ТНК Казхром», Аксуский завод ферросплавов — филиал АО «ТНК Казхром», ТОО «ТМЗ», ТОО «KSP-Steel», АО «Темиртауский электрометаллургический комбинат» и т.д.), ближнего и дальнего зарубежья, а также заинтересованные компании использующие железомарганцевые руды с высоким содержанием железа.

Исследования обладают совершенной новизной и перспективностью в плане реализации процесса газофазного селективного восстановления железа в процессе восстановления в атмосфере водорода с получением высокомарганцевых шлаков из железомарганцевых руд Казахстана, который может быть использован для получения всех марок ферромарганца. Для реализации селективного восстановления железа предлагается использовать газ на основе водорода. Использование водорода в металлургии в настоящее время продолжает набирать актуальность в связи с необходимостью снижения нагрузки на экологию от металлургии черных металлов.

Результаты испытаний будут заактированы и будут рекомендованы производственным организациям по внедрению технологии получения высокомарганцевых шлаков из некондиционных железомарганцевых руд Казахстана с использованием селективного восстановления железа газами на основе водорода и с последующим разделением продуктов восстановления.

При реализации проекта будет показано, что применение селективного восстановления в пирометаллургических процессах дает возможность расширить сырьевую базу черной металлургии Казахстана. Выполнение данного проекта даст возможность комплексно изучить химические и фазовые превращения компонентов железомарганцевой руды. В результате будут получены новые теоретические и экспериментальные данные о распределении железа в процессе восстановления в атмосфере водорода, также будет дана оценка эффективности использования водорода в качестве восстановителя для селективного восстановления железа из железомарганцевых руд и возможность его использования в существующих процессах.

Возможность практического использования ожидаемых результатов проекта в экономике, в том числе для создания новых применяемых технологий, оценивается тем что на основе полученных результатов будут предложены оптимальные (рекомендуемые) параметры восстановительного обжига (время, температура, состав газовой фазы) и оптимальные (рекомендуемые) параметры разделительной плавки (время, температура, состав шлаковой фазы), которые могут быть использованы при разработке технологии получения первородного железа и высокомарганцевого шлака из железомарганцевых руд Казахстана.

Экологическим эффектом проекта будет использование газового восстановителя, т.е. водородного газа для селективного восстановления железа из железомарганцевых руд Казахстана, что значительно снизит массовые антропогенные выбросы СО2 в ферросплавной промышленности. Этот процесс позволит эффективно использовать некондиционные железомарганцевые руды и получить высокомарганцевые шлаки, а также дает возможность расширить сырьевую базу черной металлургии Казахстана.

Научно-техническая эффективность проекта направлена на решение национального проекта Республики Казахстан «Технологический рывок за счет цифровизации, науки и инноваций» и на совершенствование производства качественных металлопродукции.