AP19579175 – «Жоғары фосфорлы оолит кендерінен темірді сутегі газымен селективті тотықсыздандыру процесін зерттеу»

Болаттың ең көп үлесі темір тотықтарының көміртегімен тотықсыздануынан алынады, бұл СО2-нің үлкен антропогендік шығарындыларына әкеледі, бұл барлық өнеркәсіптік СО2 шығарындыларының ≈30% құрайды. Бұл сандар болат өндірісін жаһандық жылынудың ең үлкен себебі ретінде көрсетеді және декарбонизацияның өзекті мәселесін тудырады. Болат өндірісінің бүкіл тізбегі бойынша домна пештеріндегі темір кенін көміртегімен тотықсыздандыру СО2 шығарындыларының 80-90%-ын құрайды.

Болат өндірісінің ұлғаюына байланысты өндіріске барған сайын күрделі минералогиялық құрамға ие темір кенінің кен орындары, сондай-ақ құрамында фосфордың мөлшері жоғары (0,4-1,8%) кендер, атап айтқанда, оолит кендері өте ірі кен орындары түрінде кең таралған. ҚР-да оолит кендері темір кені шикізатының есепке алынған қорларының негізгі бөлігін құрайды, олардың 60%-дан астамы Лисаковск, аят, Көкбұлақ, Құтанбұлақ және Талдыеспе кен орындарына шоғырланған.

Дәстүрлі байыту әдістерімен кендегі фосфорды азайту қиын, өйткені темір тотығы мен бос жыныстың фазалары тығыз байланысты және диссоциациялануы қиын. Домна пешіндегі жоғары фосфорлы кенді тотықсыздандыру процесінде фосфордың барлығы дерлік шойынға өтеді, бұл әрі қарай қож көлемінің ұлғаюына және болат балқыту кезінде электр энергиясының жоғалуына әкеледі. Осылайша, жоғары фосфорлы темір кендерінің фосфорсыздандырылуы осы кендерді өңдеудегі маңызды кезең болып табылады.

Металдандырылған материал алу отырып, темір мен фосфорды бөлу мақсатында темірді газ фазалық селективті тотықсыздандыру процесін жүргізу ұсынылады. Темірдің фосфорсыз селективті тотықсыздануын жүзеге асыру үшін сутегі қолданылады. Металлургияда сутегіні пайдалану мәселелері қазіргі уақытта темір металлургиясынан экологияға жүктемені азайту қажеттілігіне байланысты өзектілігін арттыруда.

1) Ержанов Алмас Сатыбалдыевич –  философия докторы (PhD), қауымдастырылған профессор, жоба жетекшісі.

Scopus ID: 56524559600

Researcher ID: AFL-9951-2022

https://orcid.org/0000-0002-8990-5919

2) Қуатбай Ербол Қуатбайұлы – философия докторы (PhD), жобаның орындаушысы.

Scopus ID: 57218196966  

Researcher ID: ABE-5679-2021 

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

3) Жүнісқалиев Талғат Тоқашұлы – философия докторы (PhD), Ғылым, инновациялар және халықаралық ынтымақтастық департаментінің аға ғылыми қызметкері, жобаның орындаушысы.

Scopus ID: 57218196497  

Researcher ID: AAG-6131-2021  

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

4) Гамов Павел Александрович – Техника ғылымдарының кандидаты, доцент.

Scopus ID: 55618981700

https://orcid.org/0000-0002-1474-644X

5) Сүлеймен Бақыт Темірғалиұлы – Ғылым, инновациялар және халықаралық ынтымақтастық департаментінің ғылыми қызметкері, жобаның орындаушысы.

Scopus ID: 57215054180

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

6) Қосдаулетов Нұрлыбай Ырғызбайұлы – Ғылым, инновациялар және халықаралық ынтымақтастық департаментінің ғылыми қызметкері, жобаның орындаушысы.

Scopus ID: 57215058827

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

7) Адилов Галымжан Алибекович – Ғылым, инновациялар және халықаралық ынтымақтастық департаментінің ғылыми қызметкері, жобаның орындаушысы.

Scopus ID: 57213596057

Researcher ID: ABL-6521-2022

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

8) Әбдірашит Асылбек Мирамханұлы – техника ғылымдарының магистрі, жобаның орындаушысы.

Scopus ID: 57218196252

Researcher ID: ABE-5588-2021

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

Жобаны іске асыру кезінде пирометаллургиялық процестерде селективті қатты фазалық тотықсыздандыруды қолдану Қазақстанның қара металлургиясының шикізат базасын кеңейтуге мүмкіндік беретіні көрсетіледі. Бұл жобаның орындалуы оолит темір кенінің компоненттерінің химиялық және фазалық түрленуін кешенді зерттеуге мүмкіндік береді. Нәтижесінде тотықсыздандырып күйдіру процесінде темір мен фосфордың бөлінуі туралы жаңа теориялық және эксперименттік мәліметтер алынады, сонымен қатар фосфорсызданудың тиімділігі және оны қолданыстағы процестерде пайдалану мүмкіндігі бағаланады.

Жобаның күтілетін нәтижелерін экономикада, оның ішінде жаңа қолданылатын технологияларды құру үшін практикалық пайдалану мүмкіндігі алынған нәтижелер негізінде тотықсыздандырып күйдірудің оңтайлы параметрлері (уақыт, температура, газ фазасының құрамы) және бөліп балқытудың оңтайлы параметрлері (уақыт, температура, қож фазасының құрамы) ұсынылатындығымен бағаланады, оларды фосфорсыз болат ала отырып, заманауи кокссыз технологиялармен оолит кендерінен болат алу технологиясын әзірлеу кезінде пайдалануға болады.

Жобаның экологиялық әсері кеннен темірді тікелей тотықсыздандыру үшін сутегі газын пайдалану болады, бұл болат өнеркәсібіндегі СО2-нің жаппай антропогендік шығарындыларын айтарлықтай төмендетеді.

Жобаның ғылыми-техникалық тиімділігі Қазақстан Республикасының «Цифрландыру, ғылым және инновациялар есебінен технологиялық серпіліс» ұлттық жобасын шешуге және сапалы металл өнімдерін өндіруді жетілдіруге бағытталған.

Ғылыми зерттеулердің нәтижелері халықаралық конференцияларда, сондай-ақ осы салада ҒЖБССҚК ұсынған рецензияланатын шетелдік немесе отандық басылымдарда жарияланады, сондықтан ғалымдар үшін қолжетімді болады.

Сынақ нәтижелері актіленетін және сутегі негізіндегі газдармен темірді қатты фазалық селективті тотықсыздандыруды, одан әрі металдық темір мен фосфорлы қожды алу үшін пирометаллургиялық бөлуді қолдана отырып, жоғары фосфорлы оолит темір кендерін кешенді өңдеу технологиясын енгізу бойынша өндірістік ұйымдарға ұсынылатын болады.

1) Қазіргі уақытта жоғары фосфорлы оолит кендерін өңдеудің ең өзекті бағыты темірді селективті тотықсыздандыру үшін тотықсыздандырғыш ретінде сутегіні қолдану болып табылады. Өнеркәсіптік ауқымда қара металлургияда тотықсыздандырғыш ретінде сутегіні қолданудың серпінді технологиясын әзірлеу және іске асыру өндіріске кешенді, кедей және күрделі кендерді тартуға мүмкіндік береді. Бастапқы кеннің минералогиялық құрамын зерттеу үшін Rigaku Ultima IV дифрактометрінде рентгендік фазалық талдау (РФА) жүргізілді. РФА нәтижелері бойынша Лисаков кен орнының бастапқы оолит кенінің негізгі фазалары гётит (FeO(OH)), магнетит (Fe3O4) және кварц (SiO2) болып табылды, сонымен қатар темір, кальций және магний карбонаттары анықталды. Фосфор бастапқы кенде темір гидрофосфаты (FePO4·2H2O) және кальций гидрофосфаты (CaHPO4·2H2О), сондай-ақ алюминий фосфаты (AlPO4) түрінде болады. Ауа атмосферасында күйдіру кезінде (1200°) гётит (FeО(OH)) суды жоғалтады және гематитке (Fe2O3) айналады. Фосфор күйдіру өнімінде FePO5 және AlPO4 қосылыстары түрінде болады. Бастапқы және күйдірілген кендердің элементтік құрамы Jeol JSM-7001F сканерлеуші электронды микроскопта микрорентгендік спектральдық талдау әдісімен анықталды. Бастапқы және күйдірілген кен Mg, Al, Si, P, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr элементтерінен тұратыны анықталды. Тотықтырып күйдіргеннен кейін оолиттер бұзылмайды, сол дөңгелек пішінді болады, бірақ оларда аздаған жарықтар пайда болады.

2) Для изучения минералогического состава исходной руды выполнен рентгенофазовый анализ (РФА) на дифрактометре Rigaku Ultima IV. По результатам РФА основными фазами исходной оолитовой руды Лисаковского месторождения является гётит (FeO(OH)), магнетит (Fe3O4) и кварц (SiO2), кроме того, выявляются карбонаты железа, кальция и магния. Фосфор в исходной руде содержится в виде гидрофосфатов железа (FePO4·2H2O) и кальция (CaHPO4·2H2О), а также фосфата алюминия (AlPO4). При обжиге (1200℃) в атмосфере воздуха гётит (FeО(OH)) теряет воду и превращается в гематит (Fe2O3). Фосфор в продукте обжига присутствует в виде соединений FePO5 и AlPO4. Элементный состав исходной и обожженной руды определялся методом микрорентгеноспектрального анализа на сканирующем электронном микроскопе Jeol JSM-7001F. Выявлено, что исходная и обожженная руда содержит элементы Mg, Al, Si, P, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr. После окислительного обжига оолиты не разрушаются, имеют также круглую форму, однако в них появляются небольшие трещины.