Процесс Matmor: инновационное производство железа с использованием бурого угля

Процесс Matmor для производства железа

Процесс Matmor — процесс производства железа, который в настоящее время разрабатывается Environmental Clean Technologies Ltd (ECT). Технология процесса Matmor запатентована. Технология основана на буром угле и способна заменять дорогую высококачественную кусковую железную руду более дешевыми альтернативными сырьевыми материалами благодаря своей уникальной химии и дизайну печи. Обычно бурый уголь (также известный как лигнит) не используется для металлургических применений из-за его высокого содержания летучих веществ и влаги.

Environmental Clean Technologies Ltd является владельцем технологии процесса Matmor, включая завод, оборудование и интеллектуальную собственность (IP). Процесс Matmor позиционирует себя как революцию в первичном производстве железа с дизайном, состоящим из простой, низкозатратной, низкоэмиссионной и запатентованной реторты Matmor, использующей более дешевые альтернативные сырьевые материалы. Эта технология включает две эксклюзивные особенности: (i) она использует бурый уголь как восстановитель и источник тепла, что на данный момент не заявляется никакой другой технологией, и (ii) она включает в свой заводской дизайн вертикальную шахтную печь, которая работает с естественной химией бурого угля.

Разработка процесса Matmor основана на удалении влаги технологией Coldry — другой запатентованной технологии Environmental Clean Technologies Ltd — и использовании естественной химии бурого угля через процесс и вертикальную ретортную печь, дизайн и процессная химия которых отличаются от доменной печи. Процессная химия процесса Matmor использует водород как восстановительный газ, позволяя более низкие рабочие температуры и более короткие процессные времена, чем в производстве железа доменной печью.

Хотя технология процесса Matmor индивидуально привлекательна, её сочетание с технологией Coldry имеет более высокую привлекательность, так как обе технологии вместе способны использовать ресурсы более низкой ценности (бурый уголь и железорудные хвосты с железорудных шахт) для производства более высокой ценности, диверсифицированных выходов, таких как железо и железные сплавы в дополнение к термическому угольному продукту процесса Coldry.

Технология процесса Matmor — метод производства высококачественного железа из бурого угля и железооксидных материалов, таких как занавес, никелевые хвосты, а также высококачественная или низкокачественная железная руда. Продукт процесса — чистый железный продукт, размер/форма и содержание углерода которого могут быть контролированы для соответствия требованиям конечного пользователя. Железный продукт, производимый процессом Matmor, — высококачественный заменитель или добавка к металлоломной загрузке, используемой в электродуговой печи или индукционной печи.

Процесс Matmor

Первый шаг процесса Matmor — подготовка сырьевых материалов. Этот процессный шаг использует технологию Coldry для подготовки сырьевых материалов. Как делается в процессе Coldry, сырьевые материалы, состоящие из угля, железных оксидов и флюса, измельчаются до менее 8 мм. Измельченный материал комбинируется с небольшим количеством воды, смешивается и экструдируется. Экструдированная смесь кондиционируется до сухого-на-ощупь состояния.

Полусухие пеллеты транспортируются в вертикальный набивной сушильный барабан, где теплый воздух, обеспечиваемый отходящим теплом, циркулирует через пеллеты для удаления испаряемой влаги. Композитные пеллеты разгружаются у основания сушильника и транспортируются в реторту Matmor. Композитные пеллеты саморедуцирующие и самофлюсирующие.

Вторым процессным шагом кислород железных оксидов удаляется в реторте Matmor, которая является вертикальной шахтной печью. Композитные пеллеты, произведённые на первом шаге, загружаются в верхушку реторты Matmor. Атмосфера в реторте восстановительная. Пеллеты нагреваются в реторте в этой восстановительной атмосфере. По мере повышения температуры пеллет остаточная влага испаряется, и летучие вещества угля выгоняются как горючий газ. Этот горючий газ рециркулируется в основание реторты, где он зажигается, обеспечивая эффект, аналогичный доменной печи.

По мере движения композитных пеллет вниз по центру реторты происходят реакции восстановления, удаляющие кислород из железных оксидов. Горячие восстановленные пеллеты разгружаются у основания реторты. Эти горячие пеллеты содержат углерод, железо и золу. Горячий воздух или кислород впрыскивается, что сжигает оставшийся углерод и повышает температуру пеллет выше точки плавления железа для производства жидкого металла и шлака. Жидкий металл либо отливается в чугун, либо может быть напрямую отправлен в сталеплавильную печь.

Продукт Matmor

Продукт Matmor — чистый железный продукт, и процессные параметры могут быть настроены для производства продукта, соответствующего спецификациям размера/формы и содержания углерода по требованиям конечного пользователя. Типичный состав железа, производимого процессом Matmor: Fe — 98,94 %, C — 1 %, Mn — 0,02 %, S — 0,03 %. Этот продукт Matmor получен из качества входных материалов, приведенных в табл. 1.

Процесс Matmor, реторта Matmor и продукт Matmor показаны на рис. 1.

Рис. 1 Процесс Matmor производства железа

Преимущества процесса Matmor

Ниже приведены преимущества процесса Matmor:

• Заменяет дорогой коксующийся уголь бурым углем, который дешевле и доступен в избытке. В настоящее время это единственный известный процесс, использующий бурый уголь как восстановитель.
<процесс способен использовать более дешевую низкокачественную железную руду, таким образом заменяя дорогую высококачественную железную руду с содержанием Fe минимум 60 %.
• Процесс добавляет ценность низкокачественному углю и железосодержащим отходным материалам. Он также улучшает энергетическую и ресурсную безопасность за счет отвязки от коксующегося угля и высококачественной железной руды.
• Процесс способен восстанавливать железосодержащие отходные материалы, такие как занавес, горнодобывающие отбросы, железосодержащая ил и другие Fe-содержащие отходы.
• Поскольку температуры низкие, процесс требует значительно меньше тепла и поэтому экономит энергию. Рабочие температуры ниже 1000 °C.
• Процесс имеет низкие капитальные затраты, так как нет необходимости устанавливать коксовую батарею и аггломерационный завод. Он также экономичен при небольшом масштабе операции.
• Процесс имеет более низкие газовые выбросы из-за рециркуляции отходящих газов.
• Химическая реактивность бурого угля, используемого как восстановитель в процессе, до 1000 раз выше, чем черного угля, используемого в других первичных процессах производства железа.
• Процесс производит высококачественный железный продукт, который может использоваться в сталеплавильном процессе как замена стального лома.

Текущий статус технологии процесса Matmor

Environmental Clean Technologies Limited теперь подписала соглашение с NLC India Limited (NLC) и NMDC Limited (NMDC) для дальнейшего развития процесса. Согласно Мастер-проектному соглашению (MPA), подписанному в мае 2018 года: (i) индийские партнеры внесут 100 % проектных средств (около 35 млн австралийских долларов), (ii) специальное целевое общество (SPV) будет создано после завершения фазы НИОКР проекта, с владением ECT — 49 %, NLC — 25,5 %, NMDC — 25,5 %, (iii) глобальные лицензионные права будут предоставлены SPV, исключая Австралию, и (iv) будущие роялти будут распределены партнерам согласно процентам владения SPV.

MPA уполномочило ECT установить первый в мире австралийского дизайна завод Coldry и Matmor в штате Тамил-Наду, Индия, для диверсификации использования бурого угля в производстве электроэнергии и включения производства стали по более низкой стоимости с значительно более низкими выбросами CO₂.

Начиная с 35-миллионного австралийского доллара этапа НИОКР, проект направлен на масштабирование технологий Matmor и Coldry ECT для доставки интегрированного демонстрационного завода Coldry и пилотного завода Matmor для подтверждения их технической и экономической целесообразности при мощности около 2 т/ч металла. Пиктографический вид компоновки завода показан на рис. 2. На данный момент базовый дизайн завода завершен.

Рис. 2 Пиктографический вид компоновки завода Matmor