Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия

А. Б. Лебедев, научный сотрудник НЦ «Переработка ресурсов», канд. техн. наук, эл. почта: 2799957@mail.ru
Х. Я. Мартинес , аспирант кафедры отраслевой экономики, эл. почта: s233201@stud.spmi.ru
Д. А. Баландинский, аспирант кафедры химических технологий и переработки энергоносителей, эл. почта: s235031@stud.spmi.ru

Университет Максимо Гомес Баэс, Сьего-де-Авила, Куба

Э. Л. Ноа, аспирант кафедры гидрогеологии и инженерной геологии, ассистент гидравлической инженерной кафедры, эл. почта: s233146@stud.spmi.ru

Для черной металлургии научно-практический интерес представляет разработка технологии переработки металлургических шламов и шламов горной промышленности в качестве добавки для получения высокопрочных окатышей с высоким содержанием железосодержащей фазы для последующего использования в качестве шихты. Повышение количества восстановленного железа для гематитовых кварцитов достигается увеличением объема обожженного кокса в качестве восстановителя, что открывает возможность работы с труднообогатимыми рудами, потенциал запаса которых не ограничен. Большинство подобных работ связано с воздействием углеродных компонентов на железосодержащие фазы в основном для некомкующихся рудных материалов, а также порошков. В качестве связующего материала использована 2%-ная смесь красного шлама (КШ) с нефелином, извлеченным из шлама сапонитовых руд методом флотации. В качестве восстановителя железа из гематитовой фазы добавляли обожженный кокс при температуре 1600 °C в количестве от 0,5 до 3,5 %. Для исследования фазовых превращений были получены окатыши размером от 12 до 16 мм в тарельчатом лабораторном окомкователе из гематитовых кварцитов и прошедшие термическую обработку при температуре от 1100 до 1200 °C. Установлена прочность на сжатие при добавлении обожженного кокса более 3,5 %, которая составляет 240–250 кг/образец. Выполнен расчет экономических показателей. Ежегодное снижение финансового риска и коэффициента капитализации на 10 % обеспечит стабильное развитие производства окомкования по предложенной технологии. Значение показателя Burn rate от 8 до 9 % гарантирует стабильность развитие новой технологии окомкования в условиях жесткой конкуренции. Установлено, что вовлечение в переработку труднообогатимого сырья (гематитовых руд, нефелина и КШ) устанавливает спрос на бедные окатыши при шихтовке с богатыми окатышами в доменном производстве чугуна.

1. Sizyakov V. M., Brichkin V. N. On the role of calcium hydrocarboaluminates in improvement of the technology of complex processing of nephelines // Journal of Mining Institute. 2018. Vol. 231. P. 292–298. DOI: 10.25515/PMI.2018.3.292
2. Trushko V. L., Utkov V. A. Development of import subtituting technologies for increasing productivity of sintering machines and strength of agglomerates // Journal of Mining Institute. 2016. No. 221. P. 675–680. DOI: 10.18454/pmi.2016.5.675
3. Kudinova A. A., Poltoratckaya M. E., Gabdulkhakov R. R., Litvinova T. E. et al. Parameters influence establishment of the petroleum coke genesis on the structure and properties of a highly porous carbon material obtained by activation of KOH // Journal of Porous Materials. 2022. Vol. 29. P. 1599–1616.
4. Працкова С. Е., Бурмистров В. А., Старикова А. А. Термодинамическое моделирование оксидных расплавов системы CaO – Al₂O₃ – SiO₂ // Известия вузов. Серия «Химия и химическая технология». 2020. Т. 63. № 1. С. 45–50. DOI: 10.6060/ivkkt.20206301.6054
5. Ли Ц. Разработка инструментария для оценки величины технологического потенциала предприятий черной металлургии // Азимут научных исследований: экономика и управление. 2019. Т. 8. № 4 (29). С. 255–259.
6. Su Z., Li L., Liu Z., Huang C. et al. Fabrication, microstructure, and hydration of nano β-Ca2SiO4 powder by co-precipitation method // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 296. 123737. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.123737
7. Дякин П. В., Пивинский Ю. Е., Прохоренков Д. С., Дороганов В. А. Фазовый состав, структура и некоторые свойства материалов на основе ВКВС боксита композиционного состава в системе Al₂O₃ – SiO₂ – SiC // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. 2020. № 2. С. 115–125. DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-2-115-125
8. Zubkova O. S., Kuchin V. N., Toropchina M. A., Ivkin A. S. Potential application of saponite clay for production of drilling fluids // International Journal of Engineering. 2024. Vol. 37, Iss. 11. P. 2142-2149. DOI: 10.5829/ije.2024.37.11b.01
9. Cheng S., Shevchenko M., Hayes P. C., Jak E. Experimental phase equilibria studies in the FeO-Fe₂O₃-CaO-SiO₂ system in air: results for the iron-rich region // Metallurgical and Materials Transactions B. 2020. Vol. 51, Iss. 4. P. 1587–1602. DOI: 10.1007/s11663-020-01886-w
10. Бобков В. И., Дли М. И., Федулов А. С. Имитационное моделирование процесса сушки окатышей из отходов апатит-нефелиновых руд // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2020. № 55. С. 109–115.
11. Grudinskii P. I., Dyubanov V. G., Zinoveev D. V., Zheleznyi M. V. Solid-phase reduction and iron grain growth in red mud in the presence of alkali metal salts // Russian Metallurgy (Metally). 2018. No. 11. P. 1020–1026. DOI: 10.1134/S0036029518110071
12. Павловец В. М. Использование порообразующих добавок растительного происхождения при производстве железосодержащего окускованного сырья // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2019. № 3 (29). С. 14–20.
13. Boikov A. V., Savelev R. V., Payor V. A., Erokhina O. O. The control method concept of bulk material behaviour in the pelletizing drum for improving the results of DEM-modeling // CIS Iron and Steel Review. 2019. Vol. 17. P. 10–13.
14. Овчинникова Е. Л., Горбунов В. Б., Шаповалов А. Н. К вопросу о влиянии вида магнийсодержащих материалов на микроструктуру и свойства готового агломерата // Теория и технология металлургического производства. 2019. № 1. С. 18–23.
15. 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.
16. Халифа А. А., Бажин В. Ю., Шалаби М. Э. М. Х., Абдельмонейм А. и др. Повышение эффективности карботермического восстановления красного шлама при обработке микроволнами // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2021. Т. 25. № 2 (157). С. 264–279.
17. Pyagay I. N., Svakhina Y. A., Titova M. E. et al. Effect of hydrogel molar composition on the synthesis of LTA-type zeolites in the utilization of technogenic silica gel // Silicon. 2024. DOI: 10.1007/s12633-024-03053-1
18. Пелевин А. Е., Корнилков С. В., Дмитриев А. Н., Багазеев В. К. Повышение качества магнетитовых концентратов при раздельном обогащении природных типов и разновидностей железных руд // ГИАБ. 2021. № 11-1. С. 306–317. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_111_0_306
19. Gorlanov E. S., Mushihin E. A., Schneider S. R., Kovalskaya K. V. Synthesis of carbon – TiC/TiB2 composites at the electrolytic reduction of fused salts // Journal of The Electrochemical Society. 2023. Vol. 170, Iss. 10. 102501. DOI: 10.1149/1945-7111/acfac4
20. Khalifa A., Bazhin V., Kuskova Y., Abdelrahim A. et al. Study the recycling of red mud in iron ore sintering process // Journal of Ecological Engineering. 2021. Vol. 22. No. 6. P. 191–201. DOI: 10.12911/22998993/137966

21. Алексеев А. И., Зубкова О. С., Васильев В. В., Куртенков Р. В. Очистка карьерного водоотлива от взвеси сапонитовой породы методом сгущения // Обогащение руд. 2020. № 5. С. 35–40.
22. Bersenev I. S., Petryshev A. Yu., Kolyasnikov A. Yu., Milokhin E. A. et al. Improving the sinter at PAO NLMK // Steel in Translation. 2018. Vol. 48, Iss. 9. P. 585–592.
23. Алексеев А. И. Комплексная переработка апатит-нефелиновых руд на основе создания замкнутых технологических схем // Записки Горного института. 2015. Т. 215. С. 75–82.
24. Гзогян Т. Н., Гзогян С. Р. Сравнительный анализ разрушения неокисленных железистых кварцитов методом объемного сжатия // ГИАБ. 2022. № 4. С. 43–55. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_4_0_43
25. Hammond O. S., Atri R. S., Bowron D. T., de Campo L. et al. Structural evolution of iron forming iron oxide in a deep eutectic-solvothermal reaction // Nanoscale. 2021. Vol. 13, Iss. 3. P. 1723–1737. DOI: 10.1039/D0NR08372K
26. Пягай И. Н., Кремчеев Е. А., Пасечник Л. А., Яценко С. П. Карбонизационная переработка остатков бокситов как альтернативный процесс извлечения редких металлов // Цветные металлы. 2020. № 10. С. 56–63.
27. Пиирайнен В. Ю., Баринкова А. А. Разработка композиционных материалов на основе красного шлама // Обогащение руд. 2023. № 3. С. 37–43.
28. Khalifa A. A., Bazhin V. Y., Shalabi M. E. K. Study of the kinetics of the process of producing pellets from red mud in a hydrogen flow // Journal of Mining Institute. 2022. Vol. 254. P. 261–270. DOI: 10.31897/PMI.2022.18
29. Jin J., Liu X., Yuan S., Gao P. et al. Innovative utilization of red mud through co-roasting with coal gangue for separation of iron and aluminum mi nerals // Journal of Industrial & Engineering Chemistry. 2021. Vol. 98. P. 298–307. DOI: 10.1016/j.jiec.2021.03.038
30. Opalev A., Alekseeva S. Methodological substantiation of the choice for optimal modes of equipment operation during the stage-wise concentrate removal in iron ores beneficiation // Journal of Mining Institute. 2022. Vol. 256. P. 593–602. DOI: 10.31897/PMI.2022.80
31. 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. 119779. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119779
32. Reichelt L., Hippmann S., Brichkin V. N., Bertau M. Oxidation of sulphur dioxide using micro- and nanoparticles of various iron oxides // Journal of Inorganic and General Chemistry. 2021. Vol. 647. P. 1583–1593. DOI: 10.1002/zaac.202100091
33. Ширяева Е. В., Подгородецкий Г. С., Малышева Т. Я., Деткова Т. В., Горбунова В. Б. Влияние низкощелочных красных шламов на состав и структуру агломерационной шихты из железорудных концентратов различного генезиса // Известия вузов. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 9. С. 13-17.
34. Pelevin A. Iron ore beneficiation technologies in Russia and ways to improve their efficiency // Journal of Mining Institute. 2022. Vol. 256. P. 579–592. DOI: 10.31897/PMI.2022.61
35. Svakhina Y. A., Titova M. E., Pyagay I. N. Products of apatite-nepheline ore processing in the synthesis of low-modulus zeolites // Indonesian Journal of Science and Technology. 2023. Vol. 8, Iss. 1. P. 49–64. DOI: 10.17509/ijost.v8i1.51979
36. Alekhnovich V., Syasko V., Umanskii A. Multi-parameter complex control of metal coatings on ball plugs of pipeline shut-off valves // Inventions. MDPI. 2024. Vol. 9, Iss. 78. P. 1-13. DOI: 10.3390/inventions9040078