Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия:

А. Б. Лебедев, научный сотрудник НЦ «Проблем переработки минеральных и техногенных ресурсов», канд. техн. наук, эл. почта: 2799957@mail.ru
А. С. Ивкин, заведующий лабораторией НЦ «Проблем переработки минеральных и техногенных ресурсов», канд. техн. наук, эл. почта: ivkin.alexey@yandex.ru

Повышение качественно-количественных показателей спекаемой руды в последние годы становится все более актуальным в связи с переходом от производства чугуна в доменных печах к технологии прямого восстановления железа. Для улучшения окомкования шихты в состав окатышей добавляют бентонит. При производстве агломерата технический интерес представляет полная замена бентонита на красный шлам (КШ), миллионы тонн которого накоплены в отвалах глиноземного производства. В ходе исследования рассматривали КШ, железорудный концентрат, CaO (ч.д.а.) и SiO₂ (ч.д.а.). Изучены ранее выполненные работы по исследованию полиморфизма двухкальциевого силиката, связанного с измерением самопроизвольного рассыпания образца при β→γ-переходе. Рассмотрен метод исследования, чувствительный к структурным изменениям при полиморфных превращениях, что представлено графически диэлектрическими характеристиками в высокочастотном поле. Исследован механизм стабилизации двухкальциевого силиката при введении КШ в состав агломерационной шихты. Отмечено, что добавка 2 % КШ увеличивает интервал размягчения в 2 раза и ускоряет процесс спекания при нагреве в интервале температур от 1150 до 1250 °C. Для равномерного распределения добавки КШ в объеме всей агломерационной шихты проводили совместное дробление и перемешивание с известняком. Используемый КШ из шламового хранилища Уральского алюминиевого завода имеет крупность менее 270 мкм. Установлено, что оптимальная влажность КШ, поставляемого на агломерационные фабрики, должна составлять 2–4 %. При добавке до 2 % КШ снижается температура полиморфного превращения β→γ-перехода двухкальциевого силиката, содержащегося в спеке. Ускорение процесса спекания шихты для производства окатыша при содержании до 2 % КШ позволяет увеличить скорость его спекания до 20 мм/мин, что на 3–5 % выше по сравнению с шихтой без КШ. При этом прочность окатыша не снижается.

1. Polyakov A., Gorlanov E., Mushihin E. Analytical modeling of current and potential distribution over carbon and low-consumable anodes during aluminum reduction process // Journal of The Electrochemical Society. 2022. Vol. 169. № 5. DOI: 10.1149/1945-7111/ac6a16
2. Litvinenko V., Bowbriсk I., Naumov I., Zaitseva Z. Global guidelines and requirements for professional competencies of natural resource extraction engineers: Implications for ESG principles and sustainable development goals // Journal of Cleaner Production. 2022. Vol. 338. P. 130530. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.130530
3. Сизяков В. М., Литвинова Т. Е., Бричкин В. Н., Федоров А. Т. Современное физико-химическое описание равновесий в системе Na₂O–Al₂O₃–H₂O и ее аналогах // Записки Горного института. 2019. Т. 237. С. 298–306. DOI: 10.31897/PMI.2019.3.298

4. Рис А. Д., Сундуров А. В., Дубовиков О. А. Поведение бокситовых концентратов на стадии выщелачивания по способу Байера // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2019. Т. 23. № 2 (145). С. 395–403.

5. Кантемиров В. Д., Титов Р. С., Яковлев А. М. Основные тенденции производства железорудного сырья в России // Горная промышленность. 2018. № 1 (137). С. 72–74.
6. Zubkova O., Alexeev A., Polyanskiy A., Karapetyan K., Kononchuk O., Reinmöller M. Complex processing of saponite waste from a diamondmining enterprise // Applied Sciences. 2021. Vol. 11. № 14. P. 6615. DOI: 10.3390/app11146615
7. Дмитриев А. М., Коробов Н. В., Бадалян А. Ж. Разработка и исследование технологии формования на специализированных прессах с последующим спеканием высокоплотных деталей из порошков на железной основе // Записки Горного института. 2019. Т. 236. С. 216–228. DOI: 10.31897/pmi.2019.2.216
8. Халифа А. А., Бажин В. Ю., Устинова Я. В., Шалаби М. Э. Х. Изучение особенностей кинетики процесса получения окатышей из красного шлама в потоке водорода // Записки Горного института. 2022. Т. 254. С. 261–270. DOI: 10.31897/PMI.2022.18
9. Омельченко И. Н., Кузнецов А. А. Новые тенденции на рынке железорудного сырья // Гуманитарный вестник. 2017. № 8 (58). С. 7.
10. Рябчиков М. Ю., Рябчикова Е. С., Мухина Е. Ю., Симусев Ю. А. Проблемы автоматической оптимизации управления расходом топлива на спекание агломерационной шихты с целью повышения производительности и стабилизации качества агломерата // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2017. № 4 (56). С. 58–68.
11. Бояринцев А. В., Аунг М. М., Аунг Х. Й., Степанов С. И. Извлечение алюминия при комплексной переработке красных шламов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2018. Т. 80. № 3 (77). С. 317–322. DOI: 10.20914/2310-1202-2018-3-317-322
12. Максимов Л. И., Миронов В. В. Совершенствование технологии получения высокодисперсных порошков металлического железа из осадка станции обезжелезивания // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2020. Т. 22. № 2. С. 162–173.
13. Карпова К. С., Карпов А. В. Твердофазное восстановление оксидов железа в лабораторных условиях // Современные материалы, техника и технологии. 2018. № 1 (16). С. 27–32.
14. Пономарева М. А., Черемисина О. В., Машукова Ю. А., Лукьянцева Е. С. Повышение эффективности извлечения РЗМ из технологических растворов в процессе переработки апатитового сырья // Записки Горного института. 2021. Т. 252. С. 1–10. DOI: 10.31897/PMI.2021.6.13
15. Крылова С. А., Сысоев В. И., Алексеев Д. И., Сергеев Д. С., Дудчук И. А. Физико-химические характеристики высокомагнезиальных сидеритов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2017. Т. 17. № 2. С. 13–21.
16. Singh S., Aswath M. U., Ranganath R. V. Effect of mechanical activation of red mud on the strength of geopolymer binder // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 177. P. 91–101. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.05.096
17. Liu S., Guan X., Zhang S., Xu C., Li H., Zhang J. Sintering red mud based imitative ceramic bricks with CO2 emissions below zero // Materials Letters. 2017. Vol. 191. P. 222–224. DOI: 10.1016/j.matlet.2016.12.028
18. Лебедев А. Б., Мусинова П. В. Формирование прочности окомкованного многофазного спека двухкальциевого силиката // Черные металлы. 2022. № 5. C. 40–46. DOI: 10.17580/chm.2022.05.07
19. Кузнецов В. С., Супрун И. К., Петров Д. С. Снижение пылевого загрязнения атмосферы при складировании отходов обогащения железных руд // Московский экономический журнал. 2019. № 1. С. 199–206.
20. Archambo M., Kawatra S. K. Red mud: Fundamentals and new avenues for utilization // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2021. Vol. 42. № 7. P. 427–450. DOI: 10.1080/08827508.2020.1781109
21. Aydin S., Aydin M. E., Beduk F., Ulvi A. Removal of antibiotics from aqueous solution by using magnetic Fe₃O₄/red mud-nanoparticles // Science of The Total Environment. 2019. Vol. 670. P. 539–546. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.03.205
22. Boikov A. V., Savelyev R. V., Payor V. A., Erokhina O. O. Evaluation of bulk material behavior control method in technological units using DEM. Part 1 // CIS Iron and Steel Review. 2020. Vol. 19. P. 4–7. DOI: 10.17580/cisisr.2020.01.01
23. Hoang M. D., Do Q. M., Le V. Q. Effect of curing regime on properties of red mud based alkali activated materials // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 259. P. 119779. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119779
24. Liu S., Guan X., Zhang S., Dou Z., Feng C., Zhang H., Luo S. Sintered bayer red mud based ceramic bricks: Microstructure evolution and alkalis immobilization mechanism // Ceramics International. 2017. Vol. 43. № 15. P. 13004–13008. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.07.036
25. Ortega J. M., Cabeza M., Tenza-Abril A. J., T. Real Herraiz, Climent M. Á., Sánchez I. Effects of red mud addition in the microstructure, durability and mechanical performance of cement mortars // Applied Sciences. 2019. Vol. 9. № 5. P. 984. DOI: 10.3390/app9050984
26. Ширяева Е. В., Подгородецкий Г. С., Малышева Т. Я., Деткова Т. В., Горбунов В. Б. Влияние низкощелочных красных шламов на состав и структуру агломерационной шихты из железорудных концентратов различного генезиса // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2015. Т. 57. № 9. С. 13–17. DOI: 10.17073/0368-0797-2014-9-13-17
27. Frolov Yu. A., Chukin D. M., Polinov A. A., Emel’yanov L. G., Kotyshev V. Ye. Investigation of process of sintering of sinter charge in dense and mechanically loosened layer on sintering machines of sinter plant № 5 of PJSC MMK // Metallurg. 2022. № 3. P. 8–12. DOI: 10.52351/00260827_2022_03_8
28. Shao F., Zhuang Y., Ni J., Sheng J., Zhao H., Tao S., Yang K. Comparison of the microstructural characteristics and electrical properties of plasma sprayed Al₂O₃ and Al₂O₃–Ca₂SiO₄ coatings immersed in deionized water // Surface and Coatings Technology. 2021. Vol. 422. P. 127530. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2021.127530
29. Agrawal S., Rayapudi V., Dhawan N. Extraction of Iron values from red mud // Materials Today: Proceedings. 2018. Vol. 5. № 9. P. 17064–17072. DOI: 10.1016/j.matpr.2018.04.113
30. Козырев Б. А., Сизяков В. М. Кучное выщелачивание красного шлама формиатным способом // Обогащение руд. 2021. № 4. С. 40–45. DOI: 10.17580/or.2021.04.07
31. Sharikov Yu. V., Sharikov F. Yu., Titov O. V. Optimal control of annealing during the preparation of aluminum hydroxide and cement clinker in tubular rotary kilns // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2017. Vol. 51. № 4. P. 503–507. DOI: 10.1134/S0040579517030125
32. Pyagay I. N., Shaidulina A. A., Konoplin R. R., Artyushevskiy D. I., Gorshneva E. A., Sutyaginsky M. Production of amorphous silicon dioxide derived from aluminum fluoride industrial waste and consideration of the possibility of its use as Al₂O₃–SiO₂ catalyst supports // Catalysts. 2022. № 2. Vol. 12. P. 1–13.
33. Mishra B., Gostu S. Materials sustainability for environment: Red-mud treatment // Frontiers of Chemical Science and Engineering. 2017. Vol. 11. № 3. P. 483–496. DOI: 10.1007/s11705-017-1653-z
34. Александров В. И., Васильева М. А. Гидротранспорт сгущенных хвостов обогащения железной руды на Качканарском ГОКе по результатам опытно-промышленных испытаний системы гидротранспорта // Записки Горного института. 2018. Т. 233. С. 471–479. DOI: 10.31897/PMI.2018.5.471
35. Kozyrev B. A., Sizyakov V. M., Arsentyev V. A. Principles of rational processing of red mud with the use of carboxylic acids // Non-ferrous Metals. 2022. № 53(2). P. 30–34. DOI: 10.17580/nfm.2022.02.05
36. Gabdulkhakov R. R., Rudko V. A., Pyagay I. N. Methods for modifying needle coke raw materials by introducing additives of various origin (review) // Fuel. 2022. Vol. 310. P. 122265. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.122265
37. Podgorodetskiy G., Gorbunov V., Panov A., Petrov S., Gorbachev S. Complex additives on the basis of red mud for intensification of iron-ore sintering and pelletizing // Light Metals. 2015. P. 107–111. DOI: 10.1002/9781119093435.ch20
38. Abe J., Kobayashi Y., Kawase K., Tenjimbayashi M., Shiratori S. Facile synthesis of a high electrical and ion conductivity junction-less 3D carbon sponge electrode for self-standing lithium ion battery anode // RSC Advances. 2018. Vol. 8. № 12. P. 6390–6396. DOI: 10.1039/C7RA12759F