Пути снижения выбросов CO2 за счет применения водорода для полного или частичного восстановления оксидов железа в рудах

Введение

Актуальность и значимость поиска путей снижения выбросов СО2 за счет применения водорода для полного или частичного восстановления оксидов железа в рудах.

Актуальность и важность поиска путей снижения выбросов CO2 за счет использования водорода для полного или частичного восстановления оксидов железа в рудах имеют первостепенное значение, учитывая значительный вклад сталелитейной промышленности в глобальные выбросы парниковых газов. На долю сталелитейной промышленности приходится около 7-9% мировых выбросов CO2, что делает ее одним из крупнейших промышленных факторов, способствующих изменению климата^[1]. Традиционные методы восстановления железной руды в значительной степени опираются на ископаемое топливо, которое является углеродоемким. Поэтому разработка альтернативных технологий восстановления, например, с использованием водорода, имеет решающее значение для достижения глобальных целей по сокращению выбросов и смягчения негативных последствий изменения климата^[2].

Восстановление оксидов железа с помощью водорода представляет собой жизнеспособное решение этой проблемы. Исследования показали, что водород может эффективно восстанавливать оксиды железа, достигая высокой степени металлизации при минимальных выбросах CO2. Например, метод плазменного восстановления водородом показал, что он может полностью восстановить гематитовые железные руды с высокой эффективностью и без прямых выбросов CO2^[3]. Кроме того, использование водорода в производстве чугуна может привести к значительной экономии энергии и экономическим выгодам, поскольку упрощает процесс восстановления и устраняет необходимость в стадиях окомкования и спекания, которые требуются в традиционных методах^[4].

Кинетические и термодинамические преимущества использования водорода для восстановления железной руды также значительны. Высокая реакционная способность водорода и возможность получения воды в качестве побочного продукта вместо CO2 делают его экологически безопасной альтернативой^[5]. Более того, прогресс в технологиях производства водорода, таких как электролиз воды с использованием возобновляемых источников энергии, еще больше повышает устойчивость этого подхода^[6].

Соответственно, внедряя технологии сокращения выбросов на основе водорода, сталелитейная промышленность может значительно сократить свой углеродный след, что соответствует глобальным целям устойчивого развития и обеспечивает более чистое и экологичное будущее.

1. Типы и составы руд, которые используются для производства чугуна и стали в РФ

В Российской Федерации для производства чугуна и стали используются преимущественно различные типы железных руд, включая магнетитовые (железистые) кварциты, титаномагнетитовые и скарновые руды. Эти руды перерабатываются с использованием технологий сепарации, основанных на магнитных свойствах, размерах и смачиваемости поверхности, для получения концентратов рядового и высококачественного железа^[7]. Основным сырьем являются железистые кварциты, которые используются для производства окисленных окатышей, необходимых для выплавки чугуна^[8].

В состав этих руд часто входит значительное количество щелочноземельных металлов, таких как оксид магния (MgO), оксид кальция (CaO), оксид стронция (SrO) и оксид бария (BaO). Эти элементы способствуют раскислению расплава при охлаждении, в результате чего получается более чистая и высококачественная продукция из железа и стали. Например, руда Верхне-Амгинского и Кентикского месторождений содержит эти оксиды, которые повышают механические свойства и хладостойкость получаемых стальных сплавов^[9].

Кроме того, железные руды в России содержат различные примеси и элементы, такие как марганец, вольфрам и ванадий, которые естественным образом легированы в руде. Эти элементы сохраняются в процессе прямого восстановления и улучшают свойства конечного продукта, делая его пригодным для специальных применений, таких как низкотемпературные и высокопрочные стали^[10].