Исследование процесса получения водорода в солнечных печах железо-паровым методом с использованием отходов металлургического производства
Рассмотрены физические и химические процессы, протекающие при термообработке отходов металлургических производств с многокомпонентным фазовым составом, содержащим преимущественно соединения железа, с целью изучения возможности применения их в редокс циклах получения водорода железо-паровым методом п...
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут газу НАН України
2010
|
| Назва видання: | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103968 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование процесса получения водорода в солнечных печах железо-паровым методом с использованием отходов металлургического производства / В.В. Пасичный, В.С. Зенков, В.П. Клименко, М.С. Пасичная, О.Н. Гаврилова // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2010. — № 1. — С. 35-44. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-103968 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1039682016-06-28T03:02:39Z Исследование процесса получения водорода в солнечных печах железо-паровым методом с использованием отходов металлургического производства Пасичный, В.В. Зенков, В.С. Клименко, В.П. Пасичная, М.С. Гаврилова, О.Н. Очистка и переработка отходов Рассмотрены физические и химические процессы, протекающие при термообработке отходов металлургических производств с многокомпонентным фазовым составом, содержащим преимущественно соединения железа, с целью изучения возможности применения их в редокс циклах получения водорода железо-паровым методом при нагреве в солнечных печах. Применялся термогравиметрический метод исследования кинетики высокотемпературных превращений рабочей смеси. В первичных циклах окислительных и восстановительных процессов оксиды железа и восстановленный металл имели высокую реакционную активность. После проведения периодических процессов окисления-восстановления химическая активность частиц железа постепенно уменьшается, так как протекает их агрегация. Рекомендовано проводить окислительные и восстановительные процессы в газообразной восстановительной среде при 900 - 1000 °C для исключения активного спекания частиц железа и потери активности реакционной массы. Розглянуто фізичні та хімічні процеси, що вібуваються при термообробці відходів металургійних виробництв з багатокомпонентним складом, які вміщують переважно сполуки заліза, з метою вивчення можливості використання їх в редокс циклах отримання водню при нагріві в сонячних печах. Було застосовано термогравіметричний метод дослідження кінетики високотемпературних перетворень робочої суміші. У первинних циклах окислювальних та відновлювальних процесів оксиди заліза та відновлений метал мали високу реакційну активність. Після проведення періодичних процесів окислення-відновлення хімічна активність часток заліза поступово зменшувалась, оскільки проходила їх агрегація. Рекомендовано проводити окислювальні і відновлювальні процеси у газоподібному відновлювальному середовищі при 900–1000 °С для попередження активного спікання часток заліза та втрат активності реакційної маси. Physical and chemical processes proceeding under thermal treatment of metallurgical waste of multicomponent phase composition containing iron compounds are considered to study the opportunity of their use in redox cycles of hydrogen obtaining by iron and vapor method under heating in solar furnaces. The thermogravimetrical method is applied for the investigation of the kinetics of high-temperature transformation of working mixture. In the primary cycles of oxidation and reduction processes both iron oxides and reduced metal demonstrate high reactivity. After carrying out periodical oxidation and reduction processes the reactivity of iron particles decreases gradually because the aggregation of ferruginuous iron particles takes place. It is recommended to carry out oxidation and reduction processes under 900–1000 °C to avoid the active sintering of iron particles and reactive mass activity loss. 2010 Article Исследование процесса получения водорода в солнечных печах железо-паровым методом с использованием отходов металлургического производства / В.В. Пасичный, В.С. Зенков, В.П. Клименко, М.С. Пасичная, О.Н. Гаврилова // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2010. — № 1. — С. 35-44. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0235-3482 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103968 621.762:541.128:13 ru Энерготехнологии и ресурсосбережение Інститут газу НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Очистка и переработка отходов Очистка и переработка отходов |
| spellingShingle |
Очистка и переработка отходов Очистка и переработка отходов Пасичный, В.В. Зенков, В.С. Клименко, В.П. Пасичная, М.С. Гаврилова, О.Н. Исследование процесса получения водорода в солнечных печах железо-паровым методом с использованием отходов металлургического производства Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| description |
Рассмотрены физические и химические процессы, протекающие при термообработке отходов металлургических производств с многокомпонентным фазовым составом, содержащим преимущественно соединения железа, с целью изучения возможности применения их в редокс циклах получения водорода железо-паровым методом при нагреве в солнечных печах. Применялся термогравиметрический метод исследования кинетики высокотемпературных превращений рабочей смеси. В первичных циклах окислительных и восстановительных процессов оксиды железа и восстановленный металл имели высокую реакционную активность. После проведения периодических процессов окисления-восстановления химическая активность частиц железа постепенно уменьшается, так как протекает их агрегация. Рекомендовано проводить окислительные и восстановительные процессы в газообразной восстановительной среде при 900 - 1000 °C для исключения активного спекания частиц железа и потери активности реакционной массы. |
| format |
Article |
| author |
Пасичный, В.В. Зенков, В.С. Клименко, В.П. Пасичная, М.С. Гаврилова, О.Н. |
| author_facet |
Пасичный, В.В. Зенков, В.С. Клименко, В.П. Пасичная, М.С. Гаврилова, О.Н. |
| author_sort |
Пасичный, В.В. |
| title |
Исследование процесса получения водорода в солнечных печах железо-паровым методом с использованием отходов металлургического производства |
| title_short |
Исследование процесса получения водорода в солнечных печах железо-паровым методом с использованием отходов металлургического производства |
| title_full |
Исследование процесса получения водорода в солнечных печах железо-паровым методом с использованием отходов металлургического производства |
| title_fullStr |
Исследование процесса получения водорода в солнечных печах железо-паровым методом с использованием отходов металлургического производства |
| title_full_unstemmed |
Исследование процесса получения водорода в солнечных печах железо-паровым методом с использованием отходов металлургического производства |
| title_sort |
исследование процесса получения водорода в солнечных печах железо-паровым методом с использованием отходов металлургического производства |
| publisher |
Інститут газу НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Очистка и переработка отходов |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103968 |
| citation_txt |
Исследование процесса получения водорода в солнечных печах железо-паровым методом с использованием отходов металлургического производства / В.В. Пасичный, В.С. Зенков, В.П. Клименко, М.С. Пасичная, О.Н. Гаврилова // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2010. — № 1. — С. 35-44. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| work_keys_str_mv |
AT pasičnyjvv issledovanieprocessapolučeniâvodorodavsolnečnyhpečahželezoparovymmetodomsispolʹzovaniemothodovmetallurgičeskogoproizvodstva AT zenkovvs issledovanieprocessapolučeniâvodorodavsolnečnyhpečahželezoparovymmetodomsispolʹzovaniemothodovmetallurgičeskogoproizvodstva AT klimenkovp issledovanieprocessapolučeniâvodorodavsolnečnyhpečahželezoparovymmetodomsispolʹzovaniemothodovmetallurgičeskogoproizvodstva AT pasičnaâms issledovanieprocessapolučeniâvodorodavsolnečnyhpečahželezoparovymmetodomsispolʹzovaniemothodovmetallurgičeskogoproizvodstva AT gavrilovaon issledovanieprocessapolučeniâvodorodavsolnečnyhpečahželezoparovymmetodomsispolʹzovaniemothodovmetallurgičeskogoproizvodstva |
| first_indexed |
2025-07-07T14:37:13Z |
| last_indexed |
2025-07-07T14:37:13Z |
| _version_ |
1836999281347657728 |
| fulltext |
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 1 35
Î÷èñòêà è ïåðåðàáîòêà îòõîäîâ
ÓÄÊ 621.762:541.128:13
Èññëåäîâàíèå ïðîöåññà ïîëó÷åíèÿ âîäîðîäà
â ñîëíå÷íûõ ïå÷àõ æåëåçî-ïàðîâûì ìåòîäîì
ñ èñïîëüçîâàíèåì îòõîäîâ ìåòàëëóðãè÷åñêîãî ïðîèçâîäñòâà
Ïàñè÷íûé Â.Â.1, Çåíêîâ Â.Ñ.1, Êëèìåíêî Â.Ï.1,
Ïàñè÷íàÿ Ì.Ñ.1, Ãàâðèëîâà Î.Í.2
1 Èíñòèòóò ïðîáëåì ìàòåðèàëîâåäåíèÿ ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ
2 ÎÀÎ «Ìåòàëëóðãè÷åñêèé êîìáèíàò «Àçîâñòàëü»», Ìàðèóïîëü
Ðàññìîòðåíû ôèçè÷åñêèå è õèìè÷åñêèå ïðîöåññû, ïðîòåêàþùèå ïðè òåðìîîáðàáîòêå îò-
õîäîâ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ ïðîèçâîäñòâ ñ ìíîãîêîìïîíåíòíûì ôàçîâûì ñîñòàâîì, ñîäåð-
æàùèì ïðåèìóùåñòâåííî ñîåäèíåíèÿ æåëåçà, ñ öåëüþ èçó÷åíèÿ âîçìîæíîñòè ïðèìåíå-
íèÿ èõ â ðåäîêñ öèêëàõ ïîëó÷åíèÿ âîäîðîäà æåëåçî-ïàðîâûì ìåòîäîì ïðè íàãðåâå â
ñîëíå÷íûõ ïå÷àõ. Ïðèìåíÿëñÿ òåðìîãðàâèìåòðè÷åñêèé ìåòîä èññëåäîâàíèÿ êèíåòèêè
âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ïðåâðàùåíèé ðàáî÷åé ñìåñè.  ïåðâè÷íûõ öèêëàõ îêèñëèòåëü-
íûõ è âîññòàíîâèòåëüíûõ ïðîöåññîâ îêñèäû æåëåçà è âîññòàíîâëåííûé ìåòàëë èìåëè
âûñîêóþ ðåàêöèîííóþ àêòèâíîñòü. Ïîñëå ïðîâåäåíèÿ ïåðèîäè÷åñêèõ ïðîöåññîâ îêèñëå-
íèÿ-âîññòàíîâëåíèÿ õèìè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü ÷àñòèö æåëåçà ïîñòåïåííî óìåíüøàåòñÿ, òàê
êàê ïðîòåêàåò èõ àãðåãàöèÿ. Ðåêîìåíäîâàíî ïðîâîäèòü îêèñëèòåëüíûå è âîññòàíîâè-
òåëüíûå ïðîöåññû â ãàçîîáðàçíîé âîññòàíîâèòåëüíîé ñðåäå ïðè 900–1000 �Ñ äëÿ èñêëþ-
÷åíèÿ àêòèâíîãî ñïåêàíèÿ ÷àñòèö æåëåçà è ïîòåðè àêòèâíîñòè ðåàêöèîííîé ìàññû.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: âîäîðîä, æåëåçî-ïàðîâîé ìåòîä, ñîëíå÷íàÿ ïå÷ü, îòõîäû ìåòàëëóð-
ãè÷åñêîãî ïðîèçâîäñòâà, îêàëèíà æåëåçà, ðåäîêñ öèêëû.
Ðîçãëÿíóòî ô³çè÷í³ òà õ³ì³÷í³ ïðîöåñè, ùî â³áóâàþòüñÿ ïðè òåðìîîáðîáö³ â³äõîä³â
ìåòàëóðã³éíèõ âèðîáíèöòâ ç áàãàòîêîìïîíåíòíèì ñêëàäîì, ÿê³ âì³ùóþòü ïåðåâàæíî
ñïîëóêè çàë³çà, ç ìåòîþ âèâ÷åííÿ ìîæëèâîñò³ âèêîðèñòàííÿ ¿õ â ðåäîêñ öèêëàõ îòðèìàííÿ
âîäíþ ïðè íàãð³â³ â ñîíÿ÷íèõ ïå÷àõ. Áóëî çàñòîñîâàíî òåðìîãðàâ³ìåòðè÷íèé ìåòîä
äîñë³äæåííÿ ê³íåòèêè âèñîêîòåìïåðàòóðíèõ ïåðåòâîðåíü ðîáî÷î¿ ñóì³ø³. Ó ïåðâèííèõ
öèêëàõ îêèñëþâàëüíèõ òà â³äíîâëþâàëüíèõ ïðîöåñ³â îêñèäè çàë³çà òà â³äíîâëåíèé ìåòàë
ìàëè âèñîêó ðåàêö³éíó àêòèâí³ñòü. ϳñëÿ ïðîâåäåííÿ ïåð³îäè÷íèõ ïðîöåñ³â îêèñ-
ëåííÿ-â³äíîâëåííÿ õ³ì³÷íà àêòèâí³ñòü ÷àñòîê çàë³çà ïîñòóïîâî çìåíøóâàëàñü, îñê³ëüêè
ïðîõîäèëà ¿õ àãðåãàö³ÿ. Ðåêîìåíäîâàíî ïðîâîäèòè îêèñëþâàëüí³ ³ â³äíîâëþâàëüí³ ïðîöåñè
ó ãàçîïîä³áíîìó â³äíîâëþâàëüíîìó ñåðåäîâèù³ ïðè 900–1000 �Ñ äëÿ ïîïåðåäæåííÿ
àêòèâíîãî ñï³êàííÿ ÷àñòîê çàë³çà òà âòðàò àêòèâíîñò³ ðåàêö³éíî¿ ìàñè.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: âîäåíü, çàë³çî-ïàðîâèé ìåòîä, ñîíÿ÷íà ï³÷, â³äõîäè ìåòàëóðã³éíîãî
âèðîáíèöòâà, îêàëèíà çàë³çà, ðåäîêñ öèêëè.
� Ïàñè÷íûé Â.Â., Çåíêîâ Â.Ñ., Êëèìåíêî Â.Ï., Ïàñè÷íàÿ Ì.Ñ., Ãàâðèëîâà Î.Í., 2010
Ó÷åíûå ìíîãèõ ñòðàí çàíèìàþòñÿ èññëåäî-
âàíèåì ïðîöåññîâ àêêóìóëèðîâàíèÿ êîíöåíòðè-
ðîâàííîé ñîëíå÷íîé ýíåðãèè ïîñðåäñòâîì åå òåð-
ìîõèìè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ â ãîðþ÷èå ãàçû
(âîäîðîä, ãåíåðàòîðíûé ãàç, óãëåâîäîðîäû).
Íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå èìåþò äâà âèäà
ðàáîò: ïîëó÷åíèå ñèíòåç-ãàçà âîäîïàðîâîé êîí-
âåðñèåé ïðèðîäíûõ ãàçîâ; ïîëó÷åíèå âîäîðîäà
îêèñëåíèåì ìåòàëëîâ ïàðàìè âîäû, ÷òî òðåáóåò
ïðåâðàùåíèÿ äîñòàòî÷íî öåííîãî âåùåñòâà, êîòî-
ðûì ÿâëÿåòñÿ ìåòàëë, â îêñèä ñ ïîñëåäóþùèì
ïîâòîðåíèåì öèêëîâ îêèñëåíèå-âîññòàíîâëåíèå
(ðåäîêñ öèêëîâ). Èññëåäîâàíèÿ ñ èñïîëüçîâàíè-
åì ïîðîøêà æåëåçà ïîêàçàëè, ÷òî ñóùåñòâóåò
îïðåäåëåííûé ëèìèò öèêëîâ (îêîëî 10), ïîñëå
êîòîðûõ ýôôåêòèâíîñòü ïðîöåññà ïîñòåïåííî
óõóäøàåòñÿ, ïàäàÿ ïî÷òè äî íóëÿ [1, 2].
Âî âñåì ìèðå ñóùåñòâóåò ïðîáëåìà ïðî-
ìûøëåííûõ îòõîäîâ: èõ íàêîïëåíèå íàíîñèò
âðåä îêðóæàþùåé ñðåäå; íå èñïîëüçóþòñÿ öåí-
íûå èíãðåäèåíòû, êîòîðûå ÷àñòî â íèõ ñîäåð-
æàòñÿ; ïðîïàäàþò çåìåëüíûå ïëîùàäè. Òàê,
òîëüêî â îòâàëàõ ÎÀÎ «ÌÊ «Àçîâñòàëü»» ñî-
äåðæèòñÿ áîëüøå 100 òûñ. ò îêàëèíû (îêñèäîâ
æåëåçà). Óêðàèíà ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç ñòðàí ñ
íàèáîëåå ðàçâèòîé ìåòàëëóðãè÷åñêîé îòðàñëüþ.
Ïîýòîìó èñïîëüçîâàíèå â ïðîöåññàõ ïîëó÷åíèÿ
âîäîðîäà îòõîäîâ ïðîèçâîäñòâà ñ âûñîêèì ñî-
äåðæàíèåì æåëåçà âìåñòî ÷èñòîãî ìåòàëëà â ñî-
âîêóïíîñòè ñ íàãðåâîì êîíöåíòðèðîâàííîé ñîë-
íå÷íîé ýíåðãèåé ìîæåò èìåòü, ïî ìíåíèþ àâòî-
ðîâ, ñóùåñòâåííûé ïîëîæèòåëüíûé ýôôåêò —
ýêîíîìè÷åñêèé è ñîöèàëüíûé. Ïîñêîëüêó íàêî-
ïëåíèå îòõîäîâ â îòâàëàõ ïðîèñõîäèò íà ïðîòÿ-
æåíèè ìíîãèõ ëåò èç ðàçíûõ ïåðâîèñòî÷íèêîâ,
îíè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ìíîãîêîìïîíåíòíûé
ïðîäóêò, ïðåäñêàçàòü çàðàíåå ïîâåäåíèå êîòîðî-
ãî â ðåäîêñ öèêëàõ î÷åíü ñëîæíî.
Öåëü ðàáîòû ñîñòîÿëà â ïðåäâàðèòåëüíîé
òåðìîõèìè÷åñêîé è ýêñïåðèìåíòàëüíîé îöåíêå
âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ æåëåçîñîäåðæàùèõ
îòõîäîâ äëÿ ïîëó÷åíèÿ âîäîðîäà. Ïîñêîëüêó
íàèáîëåå òðóäíî ïðåäñêàçóåìûì â ðåäîêñ öèê-
ëàõ ÿâëÿåòñÿ ïðîöåññ âîññòàíîâëåíèÿ æåëåçà â
ìíîãîêîìïîíåíòíîé ñìåñè, îñíîâíîé çàäà÷åé ðà-
áîòû áûëî èññëåäîâàíèå òåðìîãðàâèìåòðè÷åñêèì
ìåòîäîì êèíåòèêè ýòîãî ïðîöåññà â çàâèñèìîñòè
îò õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà è ôèçè÷åñêèõ ïàðàìåò-
ðîâ ðàáî÷åé ñðåäû. Ïîñòàíîâêå òàêîé ðàáîòû â
Èíñòèòóòå ïðîáëåì ìàòåðèàëîâåäåíèÿ ñïîñîáñò-
âîâàëî íàëè÷èå ñîëèäíîé ýêñïåðèìåíòàëüíîé áà-
çû ñîëíå÷íûõ ïå÷åé [3] è îïûò ïîäîáíûõ èññëå-
äîâàíèé â ïðåäûäóùèå ãîäû [1, 2].
Õèìè÷åñêèé ñîñòàâ è ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà
îêàëèíû æåëåçà, ïîëó÷åííîé íà ðàçíûõ ïðåä-
ïðèÿòèÿõ, ìîãóò ñóùåñòâåííî ðàçëè÷àòüñÿ. Î÷å-
âèäíî, îíè çàâèñÿò îò õàðàêòåðà òåõíîëîãè÷å-
ñêîãî ïðîöåññà, â õîäå êîòîðîãî îáðàçóþòñÿ îò-
õîäû, õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ìåòàëëîâ-äîíîðîâ
èëè èõ ñìåñè, ÷èñòîòû ïðîèçâîäñòâà è ò.ï.
Àâòîðû ïðîâåëè ýêñïåðèìåíòû íà îáðàçöàõ
îäíîãî èç âèäîâ îêàëèíû ïðåäïðèÿòèÿ ÎÀÎ
«ÌÊ «Àçîâñòàëü»», èìåþùåé ñëåäóþùèé õè-
ìè÷åñêèé ñîñòàâ, % (ìàñ.): K2O — 0,08; Al2O3
— 1,0; SiO2 — 6,3; Fe2O3 — 50,0; FeO — 27,8;
Mn — 0,49; CaO — 7,3; MgO — 1,2; P2O5 —
0,96; S — 0,114; Na2O — 0,3; îñòàëüíîå — íå-
èäåíòèôèöèðóåìûå ïðèìåñè è çàãðÿçíåíèÿ. Îá-
ùåå ñîäåðæàíèå æåëåçà ñîñòàâëÿåò 56,6 % (ìàñ.).
Ïðîäóêò äèñïåðãèðîâàëè â óñëîâèÿõ êîìáèíàòà
äî ïîðîøêîâîãî êîììåð÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ. Ðàç-
ìåð ÷àñòèö êîëåáëåòñÿ îò 10 äî 100 ìêì. Íå-
ñìîòðÿ íà íàëè÷èå ïðèìåñåé ïîðîøîê ïîëíî-
ñòüþ ïðèòÿãèâàåòñÿ ìàãíèòîì, ÷òî ñâèäåòåëüñò-
âóåò îá èõ ðàâíîìåðíîì ðàñòâîðåíèè èëè ñïëàâ-
ëåíèè ñ îêñèäàìè æåëåçà.
Èñõîäÿ èç ïðèâåäåííîãî õèìè÷åñêîãî ñî-
ñòàâà, ïðîâåëè ðàñ÷åòû òåîðåòè÷åñêè âîçìîæíî-
ãî âûõîäà âîäîðîäà ïðè èñïîëüçîâàíèè äàííîé
îêàëèíû â ðåäîêñ ïðîöåññàõ. Ðàññìàòðèâàëèñü
ñëåäóþùèå ðåàêöèè (öèôðû â ñêîáêàõ ñîîòâåò-
ñòâóþò âûõîäó âîäîðîäà, ë/êã):
Fe + H2O � FeO + H2 (401);
2 Fe + 3 H2O � Fe2O3 + 3 H2 (602);
2 FeÎ+ 3 H2O � Fe2O3 + 3 H2 (466);
3 FeÎ + H2O � Fe3O4 + H2 (104);
3 Fe + 4 H2O � Fe3O4 + 4 H2 (535). (1)
Óñëîâíî äîïóùåíî, ÷òî ïðîöåññ îêèñëåíèÿ
æåëåçà ïàðàìè âîäû ïðîòåêàåò îò ìåòàëëè÷åñêîãî
ñîñòîÿíèÿ äî îáðàçîâàíèÿ ìàãíåòèòà Fe3O4 (ðåàê-
öèÿ (1)). Ó÷èòûâàÿ, ÷òî ìîëåêóëÿðíàÿ ìàññà æå-
ëåçà 55,847 ã, à îáúåì 1 ã-ìîëü âîäîðîäà 22,4 ë,
íàøëè îáúåì âîäîðîäà 534,79 ë, êîòîðûé òåîðå-
òè÷åñêè ìîæíî ïîëó÷èòü èç 1 êã æåëåçà. Ïî-
ñêîëüêó îêàëèíà, ïðèíÿòàÿ â êà÷åñòâå îáðàçöà
äëÿ ýêñïåðèìåíòîâ, ñîäåðæèò 56,6 % æåëåçà, èç
1 êã ýòîé îêàëèíû â òå÷åíèå îäíîãî öèêëà òåîðå-
òè÷åñêè ìîæíî ïîëó÷èòü 302,7 ë âîäîðîäà.
Íàëè÷èå çíà÷èòåëüíîãî êîëè÷åñòâà ïðèìå-
ñåé ìîæåò ñóùåñòâåííî óñëîæíèòü ïðîòåêàíèå
îñíîâíûõ ïðîöåññîâ âñëåäñòâèå âîçìîæíîãî
âçàèìîäåéñòâèÿ âåùåñòâ, âõîäÿùèõ â ñîñòàâ
êîíòàêòíîé ìàññû. Òåðìîõèìè÷åñêèé àíàëèç íå
äàåò îòâåòîâ íà âñå âîïðîñû áåç ýêñïåðèìåí-
òàëüíîé ïðîâåðêè, êîòîðàÿ, â ñâîþ î÷åðåäü,
ñòàâèò ìíîãî âîïðîñîâ. Î÷åâèäíî, íà ðàçíûõ
ýòàïàõ ëàáîðàòîðíûõ èññëåäîâàíèé ïîíàäîáÿòñÿ
íå òîëüêî ðàçëè÷íûå êîíñòðóêöèè ðåàêòîðîâ,
íî è ðàçëè÷àþùèåñÿ ïî êîíñòðóêöèè è ìîùíî-
ñòè ñîëíå÷íûå ïå÷è.  ñîñòàâ ýêñïåðèìåíòàëü-
íîé áàçû ñîëíå÷íûõ ïå÷åé Èíñòèòóòà ïðîáëåì
36 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 1
ìàòåðèàëîâåäåíèÿ âõîäÿò íåñêîëüêî óñòàíîâîê
ñ êîíöåíòðàòîðàìè íåïîñðåäñòâåííîãî ñëåæåíèÿ
çà Ñîëíöåì ìîùíîñòüþ 0,5–10 êÂò è îäíà óñòà-
íîâêà ñ ãåëèîñòàòîì, òî åñòü ñ íåïîäâèæíûì
êîíöåíòðàòîðîì. Êðîìå òîãî, èìåþòñÿ òðè îïòè-
÷åñêèå ïå÷è íà îñíîâå äóãîâûõ êñåíîíîâûõ
ëàìï, èìèòèðóþùèõ êîíöåíòðèðîâàííîå ñîë-
íå÷íîå èçëó÷åíèå. Öèêë ïåðâûõ òåðìîõèìè÷å-
ñêèõ ýêñïåðèìåíòîâ öåëåñîîáðàçíî ïðîâîäèòü â
ìèíèìàëüíûõ ïî îáúåìó è îòíîñèòåëüíî ïðî-
ñòûõ ïî êîíñòðóêöèè ðåàêòîðàõ íà óñòàíîâêàõ
ìàëîé ìîùíîñòè, íî ñ äîñòàòî÷íûì óðîâíåì
òåìïåðàòóð. Íà ïîñëåäóþùèõ ñòàäèÿõ áóäóò èñ-
ïîëüçîâàíû óñòàíîâêè ìîùíîñòüþ 3,2 (ÑÃÓ-6)
è 10 êÂò (ÑÃÓ-7) ñ êîíöåíòðàòîðàìè äèàìåò-
ðîì 2,8 è 5,0 ì ñîîòâåòñòâåííî [3].
Âî âñåõ ñëó÷àÿõ ýêñïåðèìåíòû â ñîëíå÷íûõ
ïå÷àõ èìåþò ñïåöèôè÷åñêèé õàðàêòåð è òðåáó-
þò ðàçðàáîòêè ñïåöèàëüíûõ ðåàêòîðîâ è âñïî-
ìîãàòåëüíîé îñíàñòêè. Ïîýòîìó ïðåæäå, ÷åì
âûíîñèòü ýêñïåðèìåíòû â ïîëåâûå ñîëíå÷íûå
óñëîâèÿ, áûëî ïðèçíàíî öåëåñîîáðàçíûì ïðîâå-
äåíèå îöåíêè ðåàêöèîííîé ñïîñîáíîñòè ðàáî÷åé
ñìåñè îòõîäîâ â ñòàíäàðòíûõ ëàáîðàòîðíûõ
óñëîâèÿõ íà òåðìîãðàâèìåòðè÷åñêîé óñòàíîâêå
ïî îòðàáîòàííûì ìåòîäèêàì [4]. Äëÿ ïðèâåäå-
íèÿ ðàáî÷èõ ñìåñåé â îäèíàêîâîå èñõîäíîå ñî-
ñòîÿíèå áûëî ïðåäóñìîòðåíî ïðåäâàðèòåëüíîå
äîîêèñëåíèå ïðîäóêòà.  êà÷åñòâå ýòàëîííîãî
âîññòàíîâèòåëÿ áûë ïðèíÿò âîäîðîä.
Ñ öåëüþ ïîèñêà ñîñòàâà îïòèìàëüíîé âîñ-
ñòàíîâèòåëüíîé ñðåäû èññëåäîâàíà ýôôåêòèâ-
íîñòü òâåðäîãî óãëåðîäà (ïîðîøîê ãðàôèòà),
ìîíîîêñèä óãëåðîäà è åãî ñìåñü ñ àçîòîì. Îêèñ-
ëåíèå îñóùåñòâëÿëîñü â ñðåäå ñóõîãî è óâëàæ-
íåííîãî âîçäóõà. Äëÿ èññëåäîâàíèÿ èçìåíåíèé
ñòðóêòóðû è ôàçîâîãî ñîñòàâà ñìåñè äî è ïîñëå
âîçäåéñòâèÿ ðàáî÷åé ñðåäû ïðèìåíÿëèñü ìåòî-
äû îïòè÷åñêîé ìèêðîñêîïèè è ðåíòãåíîôàçîâî-
ãî àíàëèçà (óñòàíîâêà ÄÐÎÍ 1,5). Èíòåíñèâ-
íîñòü ëèíèé îöåíèâàëè âèçóàëüíî ïî äåñÿòè-
áàëëüíîé øêàëå èëè ïî îòíîñèòåëüíîé âûñîòå
ïèêîâ íà äèôðàêòîãðàììàõ.
Ïðåäâàðèòåëüíûå ìèêðîñòðóêòóðíûå èññëå-
äîâàíèÿ èñõîäíîé ìíîãîêîìïîíåíòíîé ñìåñè ïî-
êàçàëè, ÷òî ÷àñòèöû ïîðîøêà ïîëó÷åííûõ îòõî-
äîâ — ýòî àãëîìåðàòû, ñîñòîÿùèå èç îêñèäîâ
æåëåçà è ïðèìåñåé ïðèâåäåííîãî âûøå ñîñòàâà.
Íà ïîâåðõíîñòè àãëîìåðàòà, ïîõîæåãî íà ñòåêëî-
ïîäîáíóþ ìàññó, íàõîäÿòñÿ êîðè÷íåâûå îêñèäû
æåëåçà Fe2O3. Íà íåêîòîðûõ ÷àñòèöàõ îêñèäû
æåëåçà íàáëþäàþòñÿ â âèäå òîíêèõ ïëåíîê. Ýòîò
ôàêò ãîâîðèò î íàëè÷èè î÷åíü ìåëêîäèñïåðñíûõ
ñîñòàâëÿþùèõ ÷àñòèö îêñèäîâ æåëåçà, êîòîðûå,
âïîëíå âåðîÿòíî, ìîãóò îáëàäàòü âûñîêîé ðåàê-
öèîííîé àêòèâíîñòüþ. Ñòåêëîïîäîáíàÿ ìàññà ìî-
æåò îáðàçîâûâàòüñÿ èç ñîïóòñòâóþùèõ ïðèìåñ-
íûõ ñîñòàâëÿþùèõ (CaO, K2O, Al2O3, SiÎ2,
MgÎ, P2O5) è äðóãèõ âîçìîæíûõ îêñèäíûõ
ïðèìåñåé.
×àñòèöû îêñèäîâ æåëåçà ïðåáûâàþò ïðå-
èìóùåñòâåííî â ëîêàëèçîâàííîì ñîñòîÿíèè. Ïî-
êàçàòåëü äèñïåðñíîñòè ÷àñòèö ìíîãîêîìïîíåíò-
íîãî ñîñòàâà íàõîäèòñÿ â äîâîëüíî øèðîêèõ
ïðåäåëàõ. Ðàçìåðû ÷àñòèö ìîãóò îòëè÷àòüñÿ íà
ïîðÿäîê. Íà ïîâåðõíîñòè àãëîìåðàòîâ ïðèñóò-
ñòâóþò òàêæå ÷àñòèöû îêñèäà æåëåçà, âåëè÷èíû
êîòîðûõ ïðèáëèæàþòñÿ ê íàíîðàçìåðíûì. Òà-
êèå ÷àñòèöû äîëæíû èìåòü âûñîêîðàçâèòóþ ïî-
âåðõíîñòü è âûñîêóþ ðåàêöèîííóþ ñïîñîá-
íîñòü. Ïîýòîìó â êîíòàêòíûõ ñëîÿõ àãëîìåðà-
òîâ âïîëíå âîçìîæíî îáðàçîâàíèå òàêèõ ïî-
âåðõíîñòíûõ õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, êàê ñèëè-
êàò æåëåçà (ïî ðåàêöèè FeO + SiO2 = FeSiO3),
è äðóãèõ ñîåäèíåíèé øïèíåëüíîãî òèïà. Ýòî
ìîæåò ïðèâîäèòü ê áëîêèðîâàíèþ ðåàêöèîí-
íî-àêòèâíûõ æåëåçîñîäåðæàùèõ ÷àñòèö è, êàê
ñëåäñòâèå, ïîòåðå èìè ðåàêöèîííîé ñïîñîáíîñòè
â ìíîãîðàçîâûõ ðåäîêñ öèêëàõ.
Îäíàêî íå èñêëþ÷àåòñÿ âîçìîæíîñòü ñòàáè-
ëèçàöèè ëîêàëüíîãî ñîñòîÿíèÿ ÷àñòèö â ïðèìåñ-
íûõ àãðåãàöèÿõ ñ ñîõðàíåíèåì ðåàêöèîííîé àê-
òèâíîñòè â ïðîòåêàþùèõ ãåòåðîãåííûõ ïðîöåñ-
ñàõ. Íåîáõîäèì àíàëèç âåðîÿòíîñòè õèìè÷åñêîãî
âçàèìîäåéñòâèÿ èíãðåäèåíòîâ, ðåçóëüòàòû êîòî-
ðîãî ìîãóò èçìåíÿòü ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ñâîéñò-
âà ìíîãîêîìïîíåíòíûõ æåëåçîñîäåðæàùèõ ñèñ-
òåì, èñïîëüçóåìûõ â ïðîöåññàõ ïîëó÷åíèÿ âîäî-
ðîäà. Íà ðåíòãåíîãðàììå ôàçîâîãî ñîñòàâà èç-
ó÷àåìîé ñìåñè îòõîäîâ íàèáîëåå ÷åòêî âûäåëÿ-
þòñÿ ïèêè Fe2O3 è ñëåäû Fe3O4. Íàáëþäàþòñÿ
òàêæå ôàçû ÑàÎ è SiO2, èíòåíñèâíîñòü ïèêîâ
êîòîðûõ ïðîÿâëÿåòñÿ â ìåíüøåé ìåðå ïî ñðàâíå-
íèþ ñ ïèêàìè îêñèäîâ æåëåçà. Ïèêè áîëüøåé
÷àñòè ïðèìåñíûõ ñîñòàâëÿþùèõ ëèáî îòñóòñòâó-
þò èç-çà èõ ìàëîé êîíöåíòðàöèè, ëèáî ïðîÿâëÿ-
þòñÿ â ñëàáîé ôîðìå íà óðîâíå øóìîâ.
Äîîêèñëåíèå (ïðîêàëèâàíèå) áûëî ïåðâîé
ñòàäèåé âûñîêîòåìïåðàòóðíîãî âîçäåéñòâèÿ íà
èñõîäíóþ ñìåñü, ïðåäâàðÿþùåé îñíîâíûå öèê-
ëû âîññòàíîâëåíèÿ è îêèñëåíèÿ. Â ïðîöåññå åå
ïðîêàëèâàíèÿ ïðè òåìïåðàòóðå 900 �Ñ â âîç-
äóøíîé àòìîñôåðå íàáëþäàëàñü ïîòåðÿ ìàññû
îêîëî 7 % (ìàñ.). Î÷åâèäíî, ïðîèçîøëî óäàëå-
íèå ëåãêîëåòó÷èõ ñîñòàâëÿþùèõ (ñåðà è äð.),
âûãîðàíèå îðãàíè÷åñêèõ è ïðî÷èõ çàãðÿçíåíèé,
êîòîðûå ñîïóòñòâîâàëè ïðîèçâîäñòâåííûì ïðî-
öåññàì è õðàíåíèþ îòõîäîâ.
Êàê ïîêàçàë àíàëèç, ïðîêàëèâàíèå ñïîñîá-
ñòâîâàëî ñòàáèëèçàöèè áàçèñíîé ëèíèè ðåíòãå-
íîãðàììû ñìåñè â ñâÿçè ñ óìåíüøåíèåì èíòåí-
ñèâíîñòè øóìîâûõ ëèíèé, êîòîðûå ïîÿâëÿþòñÿ
ïðè íàëè÷èè ïðèìåñåé íåáîëüøîãî ñîäåðæàíèÿ
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 1 37
(CaO, Al2O3, SiÎ2, MgÎ è äð.). Íà ðåíòãåíî-
ãðàììå ïðîêàëåííîé ñìåñè íå îáíàðóæåíû ëè-
íèè Fe3O4, òàê êàê â âîçäóøíîé ñðåäå ïðî-
èçîøëî äîîêèñëåíèå Fe3O4 äî Fe2O3.
Íàáëþäàåòñÿ óìåíüøåíèå èíòåíñèâíîñòè
ëèíèé, à ñëåäîâàòåëüíî, è ñîäåðæàíèÿ ôàçû
ÑàÎ. Âåðîÿòíî, ýòî ñâÿçàíî ñ îáðàçîâàíèåì â
ïðîöåññå ïðîêàëèâàíèÿ ñìåñè òàêèõ ñîåäèíåíèé
èëè ðàñòâîðîâ ÑàÎ ñ îêñèäàìè æåëåçà, ìàãíèÿ,
àëþìèíèÿ, êðåìíèÿ: Fe2CaO4, Ca2Fe7O11,
CaFe3O5, Fe2MgO4, Fe2SiO4, (Fe,Mg)2Si2O6.
Ïðèìåñè îáðàçóþò ñîåäèíåíèÿ ìàëîé êîíöåíòðà-
öèè, êîòîðûå íå âûÿâëÿþòñÿ ðåíòãåíîôàçîâûì
àíàëèçîì. Åñòü âåðîÿòíîñòü èõ ñóùåñòâîâàíèÿ â
àìîðôíîé ôîðìå.
Ïèê SiO2 íà ðåíòãåíîãðàììå îñòàâàëñÿ. Ýòî
ãîâîðèò î òîì, ÷òî â ïðîöåññå ïðîêàëèâàíèÿ çà
âðåìÿ ýêñïåðèìåíòà ïðè 900 �Ñ íå íàáëþäàëîñü
â ÿâíîì âèäå âçàèìîäåéñòâèÿ îêñèäà êðåìíèÿ ñ
ïðèñóòñòâóþùèìè îêñèäàìè, âêëþ÷àÿ îêñèäû
æåëåçà.
Àíàëèç ìèêðîñòðóêòóðû èñõîäíîé è ïðîêà-
ëåííîé ñìåñåé ïîêàçàë íàëè÷èå ïëîòíîãî êîí-
òàêòà âûñîêîäèñïåðñíûõ ÷àñòèö îêñèäà æåëåçà
ñ ïðèìåñíûìè ñîñòàâëÿþùèìè. Îòñóòñòâèå íà
ðåíòãåíîãðàììàõ ÷åòêèõ èäåíòèôèêàöèîííûõ
ëèíèé ïðèìåñåé òàêæå ïîäòâåðæäàåò òåñíûé
êîíòàêò ÷àñòèö ñ âûñîêîé õèìè÷åñêîé àêòèâíî-
ñòüþ êîìïîíåíòîâ, ñïîñîáíûõ ê âçàèìîäåéñò-
âèþ ìåæäó ñîáîé, ÷òî îáåñïå÷èâàåò âîçìîæ-
íîñòü îáðàçîâàíèÿ øèðîêîãî ñïåêòðà ìåëêîäèñ-
ïåðñíûõ è, âåðîÿòíî, àìîðôíûõ ñîåäèíåíèé â
ñîñòàâå àãëîìåðàòîâ, êîòîðûå îòëè÷àþòñÿ ïî
ãåîìåòðè÷åñêèì ðàçìåðàì íà ïîðÿäîê.
Ïðîöåññû âîññòàíîâëåíèÿ îêñèäîâ æåëåçà ðàç-
äåëÿþòñÿ íà íèçêîòåìïåðàòóðíûé (300–500 �Ñ),
ïðîòåêàþùèé ïî ñõåìå Fe2O3 � Fe3O4 � Fe, è
âûñîêîòåìïåðàòóðíûé (600–900 �Ñ) — Fe2O3
� Fe3O4 � FeO � Fe. Âîññòàíîâëåíèå Fe2O3
ìîëåêóëÿðíûì âîäîðîäîì ïðè àòìîñôåðíîì
äàâëåíèè íà÷èíàåòñÿ ïðè 300 �Ñ [4].  çàâèñè-
ìîñòè îò ñâîéñòâ èñõîäíîãî ñûðüÿ äëÿ ïîëíîãî
âîññòàíîâëåíèÿ îêñèäîâ æåëåçà òåìïåðàòóðà ïî-
âûøàåòñÿ äî 700–900 �Ñ. Òåìïåðàòóðíûå ïàðà-
ìåòðû íà÷àëà âîññòàíîâëåíèÿ âûñøåãî îêñèäà
æåëåçà ñèëüíî çàâèñÿò îò äèñïåðñíîñòè èñõîä-
íîãî ñûðüÿ. Òàê, ïîòåðÿ êèñëîðîäà èç %-Fe2O3
ñî ñðåäíåé äèñïåðñíîñòüþ ÷àñòèö 1 ìêì íà÷èíà-
ëàñü â âàêóóìèðóåìîé ñèñòåìå (13,3 Ïà, îñòà-
òî÷íàÿ âîçäóøíàÿ ñðåäà) â èíòåðâàëå òåìïåðà-
òóð 300–400 �Ñ äî îáðàçîâàíèÿ Fe3O4 (ñòåïåíü
âîññòàíîâëåíèÿ � = 11 %), ïîñëå ÷åãî ïðîöåññ
ïðåêðàùàëñÿ äî ïóñêà âîäîðîäà [4].
 ñâÿçè ñî ñëîæíûì ñòðîåíèåì èññëåäóå-
ìîé ñèñòåìû è, ñëåäîâàòåëüíî, ñëîæíîñòüþ
îïðåäåëåíèÿ ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ ñâîéñòâ èññëå-
äóåìîé ìíîãîêîìïîíåíòíîé ñèñòåìû, âêëþ÷àÿ
îïðåäåëåíèå ðåàêöèîííî-àêòèâíîé ïîâåðõíîñòè
âîññòàíàâëèâàåìûõ ñîñòàâëÿþùèõ, áûëî ïðîâå-
äåíî ñðàâíèòåëüíîå èññëåäîâàíèå ïðîöåññîâ
âîññòàíîâëåíèÿ îêñèäà æåëåçà, ñîäåðæàâøåãîñÿ
â îòõîäàõ, è ýòàëîííîãî îêñèäà %-Fe2O3. Èçó÷å-
íèå ïðîöåññà âîññòàíîâëåíèÿ %-Fe2O3 (Sóä =
13,82 ì2/ã) ïðîâîäèëè â ïîòîêå âîäîðîäà ñî
ñêîðîñòüþ 50 ìë/ìèí ïðè äàâëåíèè âîäîðîäà
ÐÍ2 = 0,1 ÌÏà.
Íà ðèñ.1 ïðèâåäåíà âðåìåííàÿ çàâèñèìîñòü
ñòåïåíè âîññòàíîâëåíèÿ ýòàëîííîãî îêñèäà æå-
ëåçà %-Fe2O3 è îêñèäà æåëåçà, ñîäåðæàùåãîñÿ â
îòõîäàõ ïðîèçâîäñòâà, ïðè ðàçíûõ òåìïåðàòó-
ðàõ. Ñêîðîñòü ïðîöåññà âîññòàíîâëåíèÿ %-Fe2O3
ïðè òåìïåðàòóðå 300 �Ñ è � > 11 % (êðèâàÿ 1)
ñîñòàâëÿåò W = 0,052 ÷–1. Íåâûñîêîå çíà÷åíèå
ñêîðîñòè ñâèäåòåëüñòâóåò î çàòðóäíåíèÿõ çàðî-
äûøåîáðàçîâàíèÿ íîâîé ôàçû íà ïîâåðõíîñòè
ìàãíåòèòà. Ïðîöåññ íîñèò àâòîêàòàëèòè÷åñêèé
õàðàêòåð. Ñ äîñòèæåíèåì � > 20 % ïî ìåðå óâå-
ëè÷åíèÿ êîíöåíòðàöèè çàðîäûøåé íîâîé ôàçû
â òå÷åíèå âðåìåíè âîññòàíîâëåíèÿ & 2 ÷ ñêî-
ðîñòü ïðîöåññà âîçðàñòàåò äî 0,128 ÷–1.
Êèíåòè÷åñêèå ïàðàìåòðû âîññòàíîâëåíèÿ
îêñèäà â èíòåðâàëå 300–450 �Ñ ñèëüíî çàâèñÿò
îò òåìïåðàòóðíîãî ôàêòîðà. Îñîáåííî ýòî îùó-
ùàåòñÿ ïðè ïåðåõîäå ïðåîáðàçîâàíèé îêñèäíîé
ôàçû â äèôôóçèîííóþ îáëàñòü. Ñêîðîñòü ïðî-
öåññà âîññòàíîâëåíèÿ %-Fe2O3 ïðè 350 �Ñ è � =
25 % óâåëè÷èâàåòñÿ äî 0,95 ÷–1 (êðèâàÿ 3).
Âîññòàíîâëåíèå îêñèäîâ æåëåçà, ñîäåðæàùèõñÿ
â ìíîãîêîìïîíåíòíîé ñìåñè, ïðè òîé æå òåìïå-
38 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 1
Ðèñ.1. Çàâèñèìîñòü ñòåïåíè âîññòàíîâëåíèÿ � ýòàëîííîãî ïî-
ðîøêà %-Fe2O3 (1, 3, 5) è Fe2O3 (2, 4), ñîäåðæàùåãîñÿ â ìíî-
ãîêîìïîíåíòíîé ñìåñè îòõîäîâ, îò òåìïåðàòóðû ïðîöåññà â
ïîòîêå âîäîðîäà, �Ñ: 1 — 300; 2, 3 — 350; 4, 5 — 450.
ðàòóðå ïðîòåêàåò ñ ìåíüøåé ñêîðîñòüþ (W =
0,66 ÷–1 ïðè � = 25 %), ÷åì ýòàëîííîãî %-Fe2O3
(êðèâûå 2, 3). Îäíàêî ýòîò ïîêàçàòåëü ãîâîðèò
î äîâîëüíî âûñîêîé õèìè÷åñêîé àêòèâíîñòè îê-
ñèäà æåëåçà, íàõîäÿùåãîñÿ â àãëîìåðàòàõ. Âå-
ëè÷èíà ñêîðîñòåé ðåàêöèé ðàññ÷èòûâàëàñü ïðè
� = 25 %.  ýòîì èíòåðâàëå çíà÷åíèé �, áëèç-
êèõ ê 25 %, âîññòàíîâèòåëüíûé ïðîöåññ ïðîòå-
êàåò â îñíîâíîì â êèíåòè÷åñêîé îáëàñòè ïðåîá-
ðàçîâàíèÿ Fe3O4, çàâèñÿùåé â áîëüøåé ñòåïåíè
îò ðàçâèòîñòè ïîâåðõíîñòè îêñèäíîé ôàçû.
 òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññàõ, îñîáåííî ïðè
èñïîëüçîâàíèè ïîâåðõíîñòíîãî íàãðåâà ðåàêöè-
îííîé ñèñòåìû, õèìè÷åñêèå ïðåîáðàçîâàíèÿ èñ-
õîäíûõ ñîñòàâëÿþùèõ ÷àñòî ïðîòåêàþò â íåèçî-
òåðìè÷åñêèõ óñëîâèÿõ.  ñâÿçè ñ ýòèì íåîáõîäè-
ìà êîíêðåòíàÿ èíôîðìàöèÿ î ïðîòåêàíèè èññëå-
äóåìûõ ïðîöåññîâ è ýêñïåðèìåíòàëüíîå îïðåäå-
ëåíèå îñíîâíûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ.
Íà ðèñ.2 ïðèâåäåíû äàííûå çàâèñèìîñòè
� � f(T, ) â íåèçîòåðìè÷åñêîì ïðîöåññå ïðè
ïîäíÿòèè òåìïåðàòóðû âîññòàíîâëåíèÿ â ðåàêöè-
îííîé çîíå îò 20 äî 900 �Ñ ñî ñêîðîñòüþ V1 =
18 �Ñ/ìèí (êðèâàÿ 1à) è V2 = 8 �Ñ/ìèí (êðè-
âàÿ 2à).  íà÷àëüíîé ñòàäèè ñêîðîñòü âîññòàíîâ-
ëåíèÿ âûñøåãî îêñèäà æåëåçà Fe2O3, ñîäåðæà-
ùåãîñÿ â îòõîäàõ ïðîèçâîäñòâà, çàâèñèò îò ñêî-
ðîñòè ïîäíÿòèÿ òåìïåðàòóðû (òî åñòü îò âðåìåí-
íîãî ôàêòîðà ïîäà÷è ýíåðãèè â ðåàêöèîííóþ çî-
íó ðåàêòîðà äëÿ àêòèâàöèè ïðîöåññà). Ñêîðîñòü
âîññòàíîâëåíèÿ â èíòåðâàëå 400–450 �Ñ â îáëàñ-
òè çíà÷åíèé � > 20 % èìååò êâàçèëèíåéíóþ çà-
âèñèìîñòü îò âðåìåíè è òåìïåðàòóðû (â ñòàäèè
îáðàçîâàíèÿ ïðîìåæóòî÷íûõ ôàç Fe3O4 è âîç-
ìîæíîãî îáðàçîâàíèÿ FeO).  îáëàñòè çíà÷å-
íèé ñòåïåíè ïðåâðàùåíèÿ � îò 30 äî 60 % ñêî-
ðîñòü âîññòàíîâëåíèÿ òàêæå çàâèñèò îò èíòåí-
ñèâíîñòè ïîäâîäà òåïëà (êðèâûå 1, 2), íî â
ìåíüøåé ñòåïåíè, ÷åì íà íà÷àëüíûõ è êîíå÷-
íûõ ñòàäèÿõ ïðîòåêàíèÿ ïðîöåññà, è ñîñòàâëÿåò
5,5 è 6,0 ÷–1, ñîîòâåòñòâåííî ñêîðîñòÿì èçìåíå-
íèÿ òåìïåðàòóðû. Ýòè çíà÷åíèÿ ïîëó÷åíû â èí-
òåðâàëå 470–500 �Ñ ïðè ðåæèìå ïîäíÿòèÿ òåì-
ïåðàòóðû V1 = 18 �Ñ/ìèí, à äëÿ ðåæèìà V2 =
8 �Ñ/ìèí — â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 420–
480 �Ñ. Êàê âèäíî èç ïðèâåäåííûõ ýêñïåðèìåí-
òàëüíûõ äàííûõ, áîëåå ìåäëåííîå ïîäíÿòèå
òåìïåðàòóðû ñïîñîáñòâóåò äîñòèæåíèþ ìàêñè-
ìàëüíîé ñêîðîñòè âîññòàíîâëåíèÿ ïðè áîëåå
íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ. Çàâèñèìîñòü ïðîöåññà
âîññòàíîâëåíèÿ îò ïëîòíîñòè ýíåðãèè, ïîäàâàå-
ìîé â ðåàêöèîííóþ çîíó, îñîáåííî ïðîÿâëÿåòñÿ
â ñòàäèè åãî çàâåðøåíèÿ, òî åñòü ïðè ïåðåõîäå
â äèôôóçèîííóþ îáëàñòü óäàëåíèÿ êèñëîðîäà
èç ôîðìèðóþùåéñÿ ðåøåòêè ìåòàëëè÷åñêîãî
æåëåçà (� îò 70 äî 100 %). Ýòà ñòàäèÿ ïðîöåñ-
ñà ÿâëÿåòñÿ ëèìèòèðóþùåé ïðè äîñòèæåíèè íàè-
áîëåå âûñîêîãî �. Â óñëîâèÿõ èçîòåðìèè ïðè
450 �Ñ (� = 45 %) ñêîðîñòü âîññòàíîâëåíèÿ ñî-
ñòàâëÿëà 3,78 ÷–1 äëÿ îêñèäîâ æåëåçà â îòõîäàõ
è 3,87 ÷–1 äëÿ ýòàëîííîãî îêñèäà ïðè 400 �Ñ.
Ñêîðîñòè ïðîöåññîâ âîññòàíîâëåíèÿ â èçîòåð-
ìè÷åñêèõ óñëîâèÿ íåñêîëüêî íèæå, ÷åì ïðè íå-
èçîòåðìè÷åñêèõ ðåæèìàõ. Íà ýòè ïîêàçàòåëè
ìîãóò âëèÿòü ôàêòîðû, âêëþ÷àþùèå è íàèáîëåå
áëàãîïðèÿòíûå óñëîâèÿ îáðàçîâàíèÿ çàðîäûøåé
íîâîé ôàçû [5] â ìÿãêèõ ðåæèìàõ ïîäíÿòèÿ
òåìïåðàòóðû, è ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû âî âðå-
ìåíè â ïðîöåññå ïðîòåêàíèÿ ôèçè÷åñêèõ è õè-
ìè÷åñêèõ ïðåîáðàçîâàíèé.
Ïîñëå ïðîâåäåíèÿ ïÿòè öèêëîâ ïåðèîäè÷å-
ñêèõ ïðîöåññîâ îêèñëåíèÿ-âîññòàíîâëåíèÿ õè-
ìè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü ÷àñòèö æåëåçà íåçíà÷è-
òåëüíî óìåíüøàåòñÿ â ñòàäèè âîññòàíîâëåíèÿ
(êðèâàÿ 2â) ïðè ïîäíÿòèè òåìïåðàòóðû â ðåæè-
ìå êðèâîé 2à. Ñêîðîñòü ïðîöåññà ïðè � = 60 %
óìåíüøàåòñÿ â 2 ðàçà. Ýòî ãîâîðèò î ïðîòåêàþ-
ùåé àãðåãàöèè ÷àñòèö æåëåçà.
Èñõîäÿ èç ïîëó÷åííûõ äàííûõ, îïðåäåëè-
ëè, ÷òî èñõîäíûé îêñèä æåëåçà, ñîäåðæàùèéñÿ
â îòõîäàõ ïðîèçâîäñòâà, íå çàáëîêèðîâàí ñîïóò-
ñòâóþùèìè ñîñòàâëÿþùèìè è äîñòóïåí äëÿ
ïðîâåäåíèÿ ïðîöåññà â ñðåäå ãàçîîáðàçíûõ âîñ-
ñòàíîâèòåëåé, â äàííîì ñëó÷àå â âîäîðîäå.
Ðåíòãåíîôàçîâûé àíàëèç îáðàçöîâ ïîñëå âîññòà-
íîâëåíèÿ â ñðåäå âîäîðîäà ïîêàçàë íàëè÷èå
òîëüêî ìåòàëëè÷åñêîãî æåëåçà, ÷òî ïîäòâåðæäà-
åò ïîëíîòó âîññòàíîâëåíèÿ îêñèäà. Íà ðåíòãå-
íîãðàììå íå íàáëþäàåòñÿ ïèêîâ ÑàÎ è îêñèäà
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 1 39
Ðèñ.2. Çàâèñèìîñòü ñòåïåíè âîññòàíîâëåíèÿ � îêñèäà æåëåçà
â ñðåäå âîäîðîäà îò âðåìåíè (1, 2, 2â) â íåèçîòåðìè÷åñêèõ
óñëîâèÿõ ïîäíÿòèÿ òåìïåðàòóðû ñî ñêîðîñòüþ 18 �Ñ/ìèí
(1à — äëÿ êðèâîé 1) è 8 �Ñ/ìèí (2à — äëÿ êðèâûõ 2, 2â
(ñì. ñòðåëêè)); 2â — âðåìåííàÿ çàâèñèìîñòü ïðîöåññà âîñ-
ñòàíîâëåíèÿ â íåèçîòåðìè÷åñêèõ óñëîâèÿõ (â ðåæèìå êðè-
âîé 2à) ïîñëå ïÿòè âîññòàíîâèòåëüíûõ öèêëîâ.
êðåìíèÿ, ïðèñóòñòâóþùèõ íà ðåíòãåíîãðàììàõ
èñõîäíûõ âåùåñòâ, âåðîÿòíî, âñëåäñòâèå èõ
âçàèìîäåéñòâèÿ ñ æåëåçîì (îáðàçîâàíèå ñîåäè-
íåíèé òèïà FeSiO3 è äð.) ñ ïåðåõîäîì èõ â
àìîðôíóþ ôîðìó, íå îïðåäåëÿåìóþ ðåíòãåíîì.
Íà ìèêðîñòðóêòóðàõ ÿâíî íàáëþäàåòñÿ ïî-
âåðõíîñòíî ðàñïîëîæåííîå æåëåçî, ñïîñîáíîå
íåïîñðåäñòâåííî â êèíåòè÷åñêîé îáëàñòè õèìè-
÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ âñòóïàòü â ðåàêöèþ ñ
âîññòàíîâèòåëüíîé èëè îêèñëèòåëüíîé ãàçîâîé
ñðåäîé. Â ïðîöåññå âîññòàíîâëåíèÿ ïðîèñõîäèò
àãëîìåðàöèÿ ÷àñòèö æåëåçà. Àãëîìåðèðîâàííûå
÷àñòèöû ïîñëå ïåðâîãî öèêëà âîññòàíîâëåíèÿ â
îñíîâíîì íå îáëàäàþò âûñîêîé ìåõàíè÷åñêîé
ïðî÷íîñòüþ. ×àñòü àãëîìåðàòîâ ïðè íàäàâëèâà-
íèè ëåãêî ðàçðóøàëàñü, íî îòäåëüíûå ÷àñòèöû
èìåëè íåêîòîðóþ ìåõàíè÷åñêóþ ïðî÷íîñòü. Ýòî
ìîæíî îáúÿñíèòü îáðàçîâàíèåì ÷àñòèö ñ ïîâû-
øåííîé êîíöåíòðàöèåé ñïåêøåãîñÿ ìåòàëëè÷å-
ñêîãî æåëåçà, êîòîðîå íåðàâíîìåðíî ðàñïðåäå-
ëåíî â ìàññå îòõîäîâ. Ðàçìåðû ÷àñòèö ìîãóò íà
ïîðÿäîê îòëè÷àòüñÿ äðóã îò äðóãà. Íà ñíèìêàõ
ìèêðîñòðóêòóðû ÿâíî âèäíî íàëè÷èå ìåòàëëè-
÷åñêîãî æåëåçà, ðàñïîëîæåííîãî íà ïîâåðõíî-
ñòè àãëîìåðàòà. Àãëîìåðàò ñîñòîèò èç ÷àñòèö ñ
ïðåîáëàäàíèåì èíäèâèäóàëüíîãî æåëåçà è èç
ìíîãîêîìïîíåíòíîé ñìåñè âñåõ ñîñòàâëÿþùèõ
äàííîé ñèñòåìû. Íà ïîâåðõíîñòè ìîæåò íàõî-
äèòüñÿ òàêæå âûñîêîàêòèâíîå æåëåçî, êîòîðîå
ñòàáèëèçèðóåòñÿ íà ïîâåðõíîñòè ïðèñóòñòâóþ-
ùèõ îêñèäîâ. Ýòî ïðåïÿòñòâóåò êîàëåñöåíöèè
ñîñòàâëÿþùèõ, èõ ñïåêàíèþ è ïîçâîëÿåò ïîä-
äåðæèâàòü õèìè÷åñêóþ àêòèâíîñòü ýëåìåíòàð-
íîãî æåëåçà â ïðîâåäåíèè ìíîãîöèêëîâîãî ïðî-
öåññà ïîëó÷åíèÿ âîäîðîäà.
Ïðè ïîëó÷åíèè âîäîðîäà æåëåçî-ïàðîâûì
ìåòîäîì âàæíûì óñëîâèåì ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçî-
âàíèå â âîññòàíîâèòåëüíûõ ïðîöåññàõ íå âîäî-
ðîäà, à äðóãèõ âîññòàíàâëèâàþùèõ ñîåäèíåíèé.
Ïðåäñòàâëÿëî èíòåðåñ ïðîâåðèòü âîçìîæíîñòè
èñïîëüçîâàíèÿ òâåðäîôàçíûõ âîññòàíàâëèâàþ-
ùèõ âåùåñòâ â ïðîöåññå ïðåâðàùåíèÿ îêñèäà â
ìåòàëëè÷åñêîå æåëåçî â ñìåñè ïðè íåïîñðåäñò-
âåííîì êîíòàêòå âçàèìîäåéñòâóþùèõ êîìïî-
íåíòîâ. Äëÿ ïðîâåäåíèÿ ìîäåëüíûõ èññëåäîâà-
íèé âîññòàíîâèòåëüíûõ ïðîöåññîâ áûëè èñïîëü-
çîâàíû ãðàôèò ìàðêè «ÝÃλ è àêòèâèðîâàííûé
áåðåçîâûé óãîëü. Ðàçìåð ÷àñòèö ãðàôèòà ñî-
ñòàâëÿë 50–100 ìêì. Áåðåçîâûé óãîëü ïåðåòè-
ðàëñÿ äî ðàçìåðà ÷àñòèö ìåíåå 20 ìêì.
Ìåõàíèçì ïðîòåêàíèÿ ïðîöåññîâ âîññòàíîâ-
ëåíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì òâåðäîôàçíîãî óãëåðî-
äà è óãëåðîäñîäåðæàùèõ ñîåäèíåíèé ïðè òåìïå-
ðàòóðàõ äî 1000 �Ñ ÿâëÿåòñÿ î÷åíü ñëîæíûì è
íåîäíîçíà÷íûì [6]. Ðåàêöèè ìîãóò ïðîòåêàòü è
â ìåõàíè÷åñêîé ñìåñè ñîñòàâëÿþùèõ, è ïðè èñ-
ïîëüçîâàíèè ïðîöåññà ãàçèôèêàöèè òâåðäîãî
òîïëèâà. Èññëåäîâàíèå ïî ïðîâåðêå âçàèìîäåé-
ñòâèÿ òâåðäîôàçíîãî óãëåðîäà ñ îêñèäîì æåëåçà
ïðîâîäèëîñü â óñëîâèÿõ ôîðâàêóóìà (1.10–2 ìì
ðò. ñò.) äëÿ èñêëþ÷åíèÿ âîçìîæíîñòè âçàèìî-
äåéñòâèÿ îêñèäà æåëåçà ñ êèñëîðîäîì âîçäóõà è
â ïîòîêå N2. Ïðîöåññ èññëåäîâàëñÿ â ðåæèìå
ïîäíÿòèÿ òåìïåðàòóðû äî 900 �Ñ.  âàêóóìèðî-
âàííîé ñèñòåìå íàáëþäàëîñü óìåíüøåíèå ìàññû
óãëåðîäà ñìåñè ïðè òåìïåðàòóðå îêîëî 500 �Ñ
ïî ïðè÷èíå âçàèìîäåéñòâèÿ åãî ñ îñòàòî÷íûì
êèñëîðîäîì. Ýòîò æå ýôôåêò ïðîÿâëÿëñÿ è ïðè
áîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ âïëîòü äî 900 �Ñ.
Âçàèìîäåéñòâèÿ êîìïîíåíòîâ ìåõàíè÷åñêîé
ñìåñè òâåðäûõ ôàç, â òîì ÷èñëå îêñèäà æåëåçà
è óãëåðîäà, â èíòåðâàëå 400–900 �Ñ íå íàáëþ-
äàëîñü. Íàïóñê âîçäóõà äî äàâëåíèÿ 0,1 ÌÏà
ïðèâîäèë ê ãàçèôèêàöèè óãëåðîäà. Ïðè òåìïå-
ðàòóðå îêîëî 550 �Ñ ïðîöåññ îêèñëåíèÿ óãëåðî-
äà àêòèâèðîâàëñÿ è ïåðåõîäèë â ñòàäèþ ãîðå-
íèÿ äî ïîëíîãî åãî âûãîðàíèÿ. Ïðè ýòîì àêòèâ-
íîãî ïðîöåññà âîññòàíîâëåíèÿ íå íàáëþäàëîñü.
Ñòåïåíü âîññòàíîâëåíèÿ � äîñòèãàëà ìåíåå 10 %
ïðè òåìïåðàòóðàõ êîíòàêòíîé ñìåñè 700–
900 �Ñ. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî âðåìåíè ðåàê-
öèîííîãî êîíòàêòà îêñèäà æåëåçà ñ âîññòàíîâè-
òåëüíûì ãàçîì ÑÎ, îáðàçóþùèìñÿ ïðè âçàèìî-
äåéñòâèè êèñëîðîäà âîçäóõà è óãëåðîäà, íå-
äîñòàòî÷íî äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ õèìè÷åñêîãî
ïðåâðàùåíèÿ. Îêñèä óãëåðîäà óäàëÿåòñÿ èç ðå-
àêöèîííîé çîíû, íå óñïåâàÿ âñòóïèòü â âîññòà-
íîâèòåëüíûé ïðîöåññ.
 ïîòîêå àçîòà ïðè 900 �Ñ íàáëþäàåòñÿ
óìåíüøåíèå ìàññû êîíòàêòíîé ðåàêöèîííîé
ñìåñè â ñèñòåìå îêñèä — óãëåðîä. Ñòåïåíü âîñ-
ñòàíîâëåíèÿ äîñòèãàåò çíà÷åíèÿ � ' 10 %. Âïîë-
íå âîçìîæíî, ÷òî çäåñü ïðîÿâëÿåòñÿ äâóõñòà-
äèéíàÿ ñõåìà âîññòàíîâëåíèÿ Fe2O3, îñíîâàí-
íàÿ íà ïðåäñòàâëåíèÿõ À.À.Áàéêîâà î ïåðâîíà-
÷àëüíîé òåðìè÷åñêîé äèññîöèàöèè êèñëîðîäà èç
àêòèâíîãî (ñ áîëüøîé ïîâåðõíîñòíîé ýíåðãèåé)
âûñîêîäèñïåðñíîãî îêñèäà æåëåçà. Äèññîöèèðî-
âàííûé êèñëîðîä âçàèìîäåéñòâóåò ñ òâåðäîé ôà-
çîé óãëåðîäà [5, 7] ñ îáðàçîâàíèåì íåáîëüøîãî
êîëè÷åñòâà âîññòàíàâëèâàþùåé ãàçîâîé ôàçû.
Áîëåå âûñîêèõ çíà÷åíèé � ïðè Ò ' 900 �Ñ â
òâåðäîôàçíûõ âçàèìîäåéñòâèÿõ äîñòèãíóòî íå
áûëî. Èç ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ ìîæíî ñäå-
ëàòü çàêëþ÷åíèå, ÷òî íàèáîëåå ýôôåêòèâíî
ïðîöåññ âîññòàíîâëåíèÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå
1000 �Ñ ïðîòåêàåò â ãàçîîáðàçíîé âîññòàíîâè-
òåëüíîé ñðåäå.
Îïðåäåëåíèå ýôôåêòèâíîñòè ãàçîâîé ñìåñè,
ïîëó÷àåìîé â ðåçóëüòàòå ãàçèôèêàöèè óãëåðîäà
ïðè ïðîäóâêå ïîòîêîì âîçäóõà, ïðîâîäèëè íà
40 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 1
ýòàëîííîì ïîðîøêå Fe2O3 ìàðêè Õ× äèñïåðñíî-
ñòüþ 1–3 ìêì. Äàííàÿ èíôîðìàöèÿ ïðåäñòàâëÿ-
åò èíòåðåñ ïðè èñïîëüçîâàíèè íåïîñðåäñòâåííî
ìåòàëëè÷åñêîãî æåëåçíîãî ïîðîøêà â ïðîöåññàõ
ïîëó÷åíèÿ âîäîðîäà.
Ïðîöåññ âîññòàíîâëåíèÿ Fe2O3 ïðè 500 �Ñ
â ïîòîêå ãàçà, ñîäåðæàùåãî 33 % ÑÎ è 67 %
àçîòà, ïîëó÷åííîãî â ðåçóëüòàòå ãàçèôèêàöèè
òâåðäîãî òîïëèâà â ïîòîêå âîçäóõà, õàðàêòåðè-
çóåòñÿ ó÷àñòêîì ìèíèìàëüíîé ñêîðîñòè ïðè � &
11 % (ðèñ.3, êðèâàÿ 2), ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò î
çàâåðøåíèè îáðàçîâàíèÿ Fe3O4. Êðèâàÿ âîññòà-
íîâëåíèÿ èíäèâèäóàëüíîãî âûñøåãî îêñèäà æå-
ëåçà â çàâèñèìîñòè �( ) ïðàêòè÷åñêè âûõîäèò
íà ïëàòî, òî åñòü ñêîðîñòü âîññòàíîâëåíèÿ â
äàííîì òåìïåðàòóðíîì ðåæèìå áëèçêà ê íóëþ.
Èññëåäîâàíèå êèíåòèêè âîññòàíîâëåíèÿ â ñðåäå
ÑÎ ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ îñëîæíÿåòñÿ âû-
ïàäåíèåì óãëåðîäà, îáðàçóþùåãîñÿ ïî ðåàêöèè
2 ÑÎ ( Ñ + ÑÎ2. Ïåðâîíà÷àëüíîå ïîÿâëåíèå
ñàæèñòîãî óãëåðîäà ïðè àòìîñôåðíîì äàâëåíèè
âîññòàíàâëèâàþùåé ñðåäû è òåìïåðàòóðå 500 �Ñ
ôèêñèðóåòñÿ ïðè � & 13 % (ðèñ.3, êðèâàÿ 3).
Èíòåíñèâíîå âûäåëåíèå óãëåðîäà íà÷èíàåòñÿ
ïðè � = 30 % — â ñòàäèè óâåëè÷åíèÿ êîíöåí-
òðàöèè æåëåçà ïî òåðìîäèíàìè÷åñêèì ïðè÷èíàì
(íèçêîòåìïåðàòóðíîå âîññòàíîâëåíèå ïðîõîäèò
ïî ñõåìå Fe2O3 � Fe3O4 � Fe). Ïðè � = 30–
40 % (ðèñ.3, êðèâàÿ 2) âëèÿíèå ðàñïàäà ÑÎ
ñêàçûâàåòñÿ íàñòîëüêî ñèëüíî, ÷òî âîññòàíîâè-
òåëüíûé ïðîöåññ ïåðåñòàåò îùóùàòüñÿ, ïîñêîëü-
êó ïîâåðõíîñòü áëîêèðóåòñÿ óãëåðîäîì è îäíî-
âðåìåííî óâåëè÷èâàåòñÿ êîíöåíòðàöèÿ ÑÎ2 â
ðåàêöèîííîé ïðèïîâåðõíîñòíîé çîíå. Ïðîèñõî-
äèò èçìåíåíèå òåðìîäèíàìè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ
ñèñòåìû, âëèÿþùèõ íà êèíåòèêó âîññòàíîâëå-
íèÿ îêñèäíîé ôàçû. Ýòî ïîäòâåðæäàåòñÿ ðåíò-
ãåíîâñêèìè äàííûìè (òàáëèöà), ïîêàçûâàþùè-
ìè, ÷òî â ïåðèîä âðåìåíè, ñîîòâåòñòâóþùèé
äîñòèæåíèþ � = 35–40 % (500 �Ñ), êîíöåíòðà-
öèè FeO è Fe î÷åíü íåçíà÷èòåëüíû. Ïîâûøåíèå
òåìïåðàòóðû äî 750 �Ñ ñïîñîáñòâóåò óâåëè÷å-
íèþ ñêîðîñòè âîññòàíîâëåíèÿ â ñòàäèè Fe3O4
� FeO � Fe (ðèñ.3, êðèâàÿ 1). Çàìåäëåíèå
ïðîöåññà íàñòóïàåò ïðè � > 25 % è îñîáåííî
îùóòèìî ïðè � > 33 %. Âåðîÿòíî, íà ýòîì ýòàïå
çàòðóäíåíî îáðàçîâàíèå çàðîäûøåé æåëåçà.
Âîññòàíîâëåííûå îáðàçöû ñîäåðæàò óãëåðîä â
ïðåäåëàõ 0,1–0,2 %. Íàðÿäó ñ ýòèì ïðè âñåõ
òåìïåðàòóðàõ âîññòàíîâëåíèÿ â êîíå÷íîì ïðî-
äóêòå ïðèñóòñòâóåò ïðèìåñü îáðàçîâàâøåãîñÿ
êàðáèäà æåëåçà.
Óìåíüøåíèå ñîäåðæàíèÿ óãëåðîäà îáúÿñíÿ-
åòñÿ èçìåíåíèåì òåðìîäèíàìè÷åñêèõ óñëîâèé
ïðîòåêàíèÿ ðåàêöèè ðàñïàäà ÑÎ, à òàêæå âîç-
ìîæíîñòüþ âçàèìîäåéñòâèÿ óãëåðîäà ñ îáðàçî-
âàâøèìñÿ ÑÎ2 è íåïîñðåäñòâåííî ñ êèñëîðîäîì
ðåàãèðóþùåé òâåðäîé ôàçû.
Ðåíòãåíîôàçîâûé àíàëèç ïîêàçàë, ÷òî ïðî-
ìåæóòî÷íûå ôàçû Fe3O4 è FeO ïðèñóòñòâóþò
ïðè íèçêî- è âûñîêîòåìïåðàòóðíîì âîññòàíîâëå-
íèè Fe2O3. Ïðè íèçêîòåìïåðàòóðíîì âîññòàíîâ-
ëåíèè ëèíèè âþñòèòà (FeO) áîëåå ñëàáûå, ÷åì
ëèíèè ìàãíåòèòà è æåëåçà. Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò
íå î íàêîïëåíèè, à î áûñòðîì ïðåâðàùåíèè òåð-
ìîäèíàìè÷åñêè íåóñòîé÷èâîé ôàçû FeO, êîòî-
ðàÿ ïîÿâëÿåòñÿ âñëåäñòâèå äåéñòâèÿ ïðèíöèïà
îðèåíòàöèîííî ðàçìåðíûõ ñîîòâåòñòâèé [5].
Äëÿ çàìåäëåíèÿ ïðîöåññà âîññòàíîâëåíèÿ â ñðå-
äå âîäîðîäà, íåîáõîäèìîãî äëÿ ïîëó÷åíèÿ âîç-
ìîæíîñòè ôèêñàöèè ïðîìåæóòî÷íûõ ôàç ïðå-
âðàùåíèÿ Fe2O3, óìåíüøàëè ïàðöèàëüíîå äàâ-
ëåíèå âîäîðîäà äî 133 Ïà. Ðåçóëüòàòû ðåíòãå-
íîôàçîâîãî àíàëèçà ïðè � = 35–40 % ïðåäñòàâ-
ëåíû â òàáëèöå.
Íàèáîëåå îïòèìàëüíûì âàðèàíòîì êîíñò-
ðóêöèè êîìïàêòíîé óñòàíîâêè ÿâëÿåòñÿ ñîâìå-
ùåíèå ó÷àñòêà ãàçèôèêàöèè òâåðäîãî òîïëèâà è
ðåàêòîðà äëÿ ïîëó÷åíèÿ âîäîðîäà ñ æåëåçîñî-
äåðæàùåé ñìåñüþ.  ýòîì ñëó÷àå íåîáõîäèìà
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 1 41
Ðèñ.3. Êèíåòèêà âîññòàíîâëåíèÿ ïîðîøêà Fe2O3 â ñðåäå, ñî-
äåðæàùåé 33 % ÑÎ è 67 % àçîòà, ïðè 750 (1) è 500 �Ñ (2),
à òàêæå äîëÿ óãëåðîäà, îñàæäåííîãî íà ïîâåðõíîñòè îêñèäà
æåëåçà ïðè 500 �Ñ (3).
Èíòåíñèâíîñòè õàðàêòåðíûõ îòðàæåíèé ôàç ïî
îòíîøåíèþ ê ýòàëîííûì ðåíòãåíîãðàììàì
(I/Io)
Âîññòàíîâëåíèå Ôàçîâûé ñîñòàâ
Ò, �Ñ , ÷ ñðåäà Fe3O4 FeO Fe FeÑ
500 1,0 ÑÎ Ñ. Ñë. Ñë. Ñë.
500 1,3 Í2 Ñ. Ñë. Ñë. –
750 0,5 ÑÎ Ñë. Ñð Ñ. –
750 1,0 ÑÎ Ñë. Ñð.-Ñë. Ñ. Ñë.
750 1,3 Í2 Ñë. Ñð. Ñ. –
Ïðèìå÷àíèå. Èíòåíñèâíîñòü ëèíèé: C. — ñèëüíàÿ; Ñð. —
ñðåäíÿÿ; Ñë. — ñëàáàÿ.
êîððåëÿöèÿ òåìïåðàòóðíîãî ðåæèìà ïîëó÷åíèÿ
ãàçà-âîññòàíîâèòåëÿ è âîññòàíîâëåíèÿ îêñèäà
æåëåçà. Ñîñòàâ ïîëó÷àåìîãî âîññòàíîâèòåëüíîãî
ãàçà äîëæåí ñîîòâåòñòâîâàòü îïòèìàëüíûì òåð-
ìîäèíàìè÷åñêèì ïîêàçàòåëÿì ïî ñîäåðæàíèþ
ìîíî- è äèîêñèäà óãëåðîäà äëÿ ïðîâåäåíèÿ íàè-
áîëåå ïîëíîãî âîññòàíîâëåíèÿ îêñèäîâ æåëåçà,
òàê êàê ñîîòíîøåíèå ÑÎ/ÑÎ2 âëèÿåò íå òîëü-
êî íà ïðåäåëüíî äîñòèãàåìóþ ñòåïåíü âîññòà-
íîâëåíèÿ �, íî è íà ñêîðîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ
ïðîìåæóòî÷íûõ îêñèäíûõ ôàç.
Íà ðèñ.4 ïðèâåäåíû êèíåòè÷åñêèå çàâèñè-
ìîñòè ïðîöåññîâ âîññòàíîâëåíèÿ æåëåçà ìíîãî-
êîìïîíåíòíîé ñìåñè îòõîäîâ îò âðåìåíè è òåì-
ïåðàòóðû. Äàííûå ïîëó÷åíû â óñëîâèÿõ ñîâìå-
ùåíèÿ ó÷àñòêîâ îêèñëåíèÿ-âîññòàíîâëåíèÿ æå-
ëåçîñîäåðæàùåé ìàññû è ãàçèôèêàöèè óãëåðî-
äà, ñîäåðæàùåãîñÿ â àêòèâèðîâàííîì óãëå. Òåì-
ïåðàòóðíûé ðåæèì èõ ðåàêöèîííûõ çîí áûë
îäèíàêîâ. Èññëåäîâàíèå õèìè÷åñêèõ ïðåâðàùå-
íèé ïðîâîäèëè â íåèçîòåðìè÷åñêîì ðåæèìå è
ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå 900 �Ñ. Ðåæèì
ïîäíÿòèÿ òåìïåðàòóðû îïèñûâàåòñÿ êðèâîé 1à.
Âîçäóõ ïîäàâàëñÿ â ðåàêòîð ÷åðåç ñëîé àêòèâè-
ðîâàííîãî óãëÿ ñî ñêîðîñòüþ 50 ìë/ìèí. Çà-
ìåòíàÿ ãàçèôèêàöèÿ àêòèâèðîâàííîãî óãëÿ ïðè
âîçäåéñòâèè íà íåãî êèñëîðîäà âîçäóõà íà÷èíà-
ëàñü â òåìïåðàòóðíîì èíòåðâàëå 450–500 �Ñ.
Âîññòàíîâèòåëüíûå ñâîéñòâà ïîëó÷àåìîãî ãåíå-
ðàòîðíîãî ãàçà çàâèñÿò îò îáúåìíîé ñêîðîñòè
ïîñòóïàþùåãî âîçäóõà è óëó÷øàþòñÿ ñ ïîâûøå-
íèåì òåìïåðàòóðû.
Ïðè òåìïåðàòóðå ðåàêöèîííîãî îáúåìà îêî-
ëî 500 �Ñ ïîòåðÿ êèñëîðîäà îêñèäîì æåëåçà
(�) íå ïðåâûøàåò 5 % (ðèñ.4, êðèâàÿ 1). Â äàí-
íîì ñëó÷àå ïðîèñõîäèò íåçíà÷èòåëüíîå óäàëå-
íèå ñëàáîñâÿçàííîãî êèñëîðîäà Fe2O3. Ýòî çíà-
÷åíèå ñòåïåíè âîññòàíîâëåíèÿ îñòàåòñÿ ïðàêòè-
÷åñêè ïîñòîÿííûì äî 750 �Ñ. Îäíàêî èç âûøå-
ïðèâåäåííûõ äàííûõ âèäíî, ÷òî â òåìïåðàòóð-
íîì èíòåðâàëå 500–700 �Ñ ïðîöåññ âîññòàíîâëå-
íèÿ íà íà÷àëüíîì ýòàïå â ñðåäå ÑÎ ïðîòåêàåò
äîâîëüíî èíòåíñèâíî. Â äàííîì ýêñïåðèìåíòå
íåâûñîêèé ïîêàçàòåëü ñòåïåíè âîññòàíîâëåíèÿ
ñâÿçàí ñ òåðìîäèíàìè÷åñêèì òåìïåðàòóðíûì
ôàêòîðîì. Ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ãàçèôèêà-
öèè óãëåðîäà ñîäåðæàíèå ÑÎ2 ïðåâûøàåò ñî-
äåðæàíèå ÑÎ. Âîññòàíîâèòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü
îáðàçóþùåãîñÿ ãàçà íåçíà÷èòåëüíà. Ïî òåðìî-
äèíàìè÷åñêèì ïðè÷èíàì â ñîîòâåòñòâèè ñ âåëè-
÷èíîé êîíñòàíòû ðàâíîâåñèÿ ïðîòåêàþùèõ ðå-
àêöèé íå ïðîèñõîäèò ãëóáîêîãî âîññòàíîâëåíèÿ
Fe2O3. Ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ðåàêöèîííûõ
çîí âûøåóêàçàííûõ ó÷àñòêîâ äî Ò & 800 �Ñ
ïðèâîäèò ê èíòåíñèôèêàöèè âîññòàíîâèòåëüíîãî
ïðîöåññà. Ñêîðîñòü âîññòàíîâëåíèÿ ïðè 830 �Ñ è
� = 20 % ñîñòàâëÿëà W = 1,23 ÷–1. Â íåèçîòåð-
ìè÷åñêîì ðåæèìå ïðè äîñòèæåíèè 850 �Ñ è � =
33 % (êðèâûå 1, 1à) ïðîèñõîäèò çàìåäëåíèå
ïðîöåññà ñ ïîñëåäóþùèì óñêîðåíèåì ïðè âû-
äåðæêå ðåàêöèîííîé ñèñòåìû ïðè ýòîé òåìïåðà-
òóðå. Ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ïî ðåæèìó êðè-
âîé 1à ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ñêîðîñòè âîññòà-
íîâëåíèÿ äî W = 1,07 ÷–1. Ïðè äîñòèæåíèè
ñòåïåíè âîññòàíîâëåíèÿ � = 82 % ïðîöåññ ïðàê-
òè÷åñêè ïðåêðàùàåòñÿ. Ìàêñèìàëüíîå äîñòèæå-
íèå ñòåïåíè âîññòàíîâëåíèÿ ïðè ïðèâåäåííîì
òåìïåðàòóðíîì ðåæèìå ó÷àñòêîâ ãàçèôèêàöèè
óãëåðîäà (àêòèâèðîâàííîãî óãëÿ) è ïðåâðàùå-
íèÿ îêñèäà æåëåçà ñîñòàâëÿëî 83 %. Ïî ìåðå
âûãîðàíèÿ óãëåðîäà ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå âîñ-
ñòàíîâèòåëüíûõ ñâîéñòâ ãàçîâîé ñðåäû ñ ïåðå-
õîäîì â îêèñëèòåëüíóþ ñðåäó. Ýòî ñâÿçàíî ñ
óâåëè÷åíèåì îáúåìíîé ñêîðîñòè ïîòîêà âîçäó-
õà, ïîñêîëüêó ïðîèñõîäèò ïðîíèêíîâåíèå êè-
ñëîðîäà ÷åðåç ñëîé óãëåðîäà.  äàííîé ñèòóà-
öèè âîçìîæíî òàêæå âûãîðàíèå ÑÎ-ñîñòàâëÿþ-
ùåé â ðåàêöèîííîì îáúåìå ðåàêòîðà. Â îáðàçî-
âàâøåéñÿ ñðåäå (ðèñ.4, êðèâàÿ 1) ïðîèñõîäèò
îêèñëåíèå âîññòàíîâëåííîãî æåëåçà. Ñòåïåíü
âîññòàíîâëåíèÿ � > 0. Ñêîðîñòü âîññòàíîâëåíèÿ
Fe2O3 â ñðåäå ÑÎ ñèëüíî çàâèñèò îò òåìïåðàòó-
ðû ïðîâåäåíèÿ ïðîöåññà. Îò òåìïåðàòóðû ðåàê-
öèîííîé çîíû çàâèñèò íå òîëüêî ñêîðîñòü óäà-
ëåíèÿ êèñëîðîäà, íî è ýôôåêò áëîêèðîâêè ïî-
42 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 1
Ðèñ.4. Çàâèñèìîñòü ñòåïåíè âîññòàíîâëåíèÿ Fe2O3, ñîäåðæàâ-
øåãîñÿ â ñìåñè îòõîäîâ, îò âðåìåíè: 1 — â íåèçîòåðìè÷åñêîì
ðåæèìå; 2 — ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå 900 �Ñ; 1à — èçìå-
íåíèå òåìïåðàòóðû âî âðåìåíè â íåèçîòåðìè÷åñêîì ïðîöåññå
(ñðåäà — ñìåñü ìîíîîêñèäà óãëåðîäà ñ àçîòîì).
âåðõíîñòè âîññòàíàâëèâàåìîãî îêñèäà æåëåçà
îñàæäàþùèìñÿ óãëåðîäîì è óäàëåíèÿ óãëåðîäà
ïî ìåðå ïîâûøåíèÿ òåìïåðàòóðû çà ñ÷åò âçàè-
ìîäåéñòâèÿ åãî ñ êèñëîðîäîì îêñèäà è îáðàçóþ-
ùåéñÿ â ïðîöåññå âîññòàíîâëåíèÿ ÑÎ2-ñîñòàâ-
ëÿþùåé ãàçîâîé ôàçû.
Íà ðèñ.4 (êðèâàÿ 2) ïðèâåäåíà êèíåòè÷å-
ñêàÿ çàâèñèìîñòü îò âðåìåíè ïðîöåññà âîññòà-
íîâëåíèÿ Fe2O3 ïðè 900 �Ñ ïîñëå îêèñëåíèÿ
âîññòàíîâëåííîãî æåëåçà. Ñêîðîñòü âîññòàíîâ-
ëåíèÿ ïðè äîñòèæåíèè � = 25 % ñîñòàâëÿëà
W = 4,28 ÷–1. Ïðè äîñòèæåíèè � = 33 % ñêî-
ðîñòü ïðîöåññà íà÷èíàåò óìåíüøàòüñÿ è ïðè � =
60 % áóäåò W = 0,69 ÷–1. Íàáëþäàåòñÿ ðàçíûé
õàðàêòåð êðèâûõ ïåðâè÷íîãî âîññòàíîâëåíèÿ â
íåèçîòåðìè÷åñêîì ïðîöåññå è ïðè ïîñòîÿííîé
òåìïåðàòóðå 900 �Ñ.  èçîòåðìè÷åñêîì ðåæèìå
(900 �Ñ) íå íàáëþäàåòñÿ ïàäåíèÿ ñêîðîñòè âîñ-
ñòàíîâëåíèÿ ïðè � > 30 %. Ïî âñåé âåðîÿòíîñòè,
ïðè òåìïåðàòóðå 900 �Ñ è âûøå ñòàäèÿ îáðàçî-
âàíèÿ çàðîäûøåé æåëåçà íà FeO íå ÿâëÿåòñÿ ëè-
ìèòèðóþùåé. Ïîñëå äîñòèæåíèÿ ñòåïåíè âîññòà-
íîâëåíèÿ 60 % ïðîöåññ ïåðåõîäèò â äèôôóçèîí-
íóþ ñòàäèþ, è â èíòåðâàëå � îò 70 äî 80 % ñêî-
ðîñòü ïðîöåññà çíà÷èòåëüíî íèæå ñêîðîñòè ïåð-
âè÷íîãî âîññòàíîâëåíèÿ îêñèäà æåëåçà ìíîãî-
êîìïîíåíòíîé ñìåñè è ñîñòàâëÿåò W = 0,1 ÷–1.
Óìåíüøåíèå ñêîðîñòè âîññòàíîâëåíèÿ â ñðåäå
ÑÎ ïî ñðàâíåíèþ ñ âîäîðîäíîé ñðåäîé çàâèñèò
íå òîëüêî îò õèìè÷åñêîé àêòèâíîñòè âîññòàíàâ-
ëèâàþùèõ ãàçîâ, íî ñâÿçàíà òàêæå ñ áëîêèðîâ-
êîé ïîâåðõíîñòè âîññòàíàâëèâàåìîãî æåëåçà
îñàæäàþùèìñÿ óãëåðîäîì, íàêëàäûâàþùèì äî-
ïîëíèòåëüíûå äèôôóçèîííî-õèìè÷åñêèå çà-
òðóäíåíèÿ íà ïðîòåêàíèå ïðîöåññà. Èç ïðèâå-
äåííûõ âûøå äàííûõ âèäíî, ÷òî âîññòàíîâëå-
íèå îêñèäîâ æåëåçà ìíîãîêîìïîíåíòíîé ñìåñè
îòõîäîâ â âîññòàíîâèòåëüíîé ñðåäå ãàçèôèöèðî-
âàííîãî óãëåðîäà óäîâëåòâîðèòåëüíî ïðîòåêàåò
ïðè òåìïåðàòóðå âûøå 850 �Ñ. Òàêèì îáðàçîì,
ýòîò ðåæèì ìîæåò áûòü ðåêîìåíäîâàí ê èñïîëü-
çîâàíèþ â ïðîöåññàõ ïîëó÷åíèÿ âîäîðîäà.
Âûâîäû
Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé ïîêàçûâàþò, ÷òî
îêñèäû æåëåçà, ñîäåðæàùèåñÿ â ìíîãîêîìïî-
íåíòíîé ñìåñè îòõîäîâ ÎÀÎ «ÌÊ «Àçîâ-
ñòàëü»», íàõîäÿòñÿ â ðåàêöèîííî äîñòóïíîì ñî-
ñòîÿíèè äëÿ âîññòàíàâëèâàþùèõ ðåàãåíòîâ è
ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû â ïðîöåññàõ ïîëó÷å-
íèÿ âîäîðîäà æåëåçî-ïàðîâûì ìåòîäîì. Â ïåð-
âè÷íûõ öèêëàõ âîññòàíîâèòåëüíûõ ïðîöåññîâ
(ïîñëå îêèñëåíèÿ âîññòàíîâëåííîãî æåëåçà) îê-
ñèäû æåëåçà è âîññòàíîâëåííûé ìåòàëë ïîêàçû-
âàþò âûñîêóþ ðåàêöèîííóþ àêòèâíîñòü. Ïîñëå
ïðîâåäåíèÿ ïÿòè öèêëîâ ïåðèîäè÷åñêèõ ïðîöåñ-
ñîâ îêèñëåíèÿ-âîññòàíîâëåíèÿ õèìè÷åñêàÿ àê-
òèâíîñòü, ñêîðîñòü è ñòåïåíü âîññòàíîâëåíèÿ
÷àñòèö æåëåçà ïîñòåïåííî óìåíüøàþòñÿ âñëåä-
ñòâèå àãðåãàöèè æåëåçîñîäåðæàùèõ ÷àñòèö.
Îêèñëèòåëüíûå è âîññòàíîâèòåëüíûå ïðîöåññû
æåëàòåëüíî ïðîâîäèòü ïðè òåìïåðàòóðàõ íå âû-
øå 1000 �Ñ äëÿ èñêëþ÷åíèÿ àêòèâíîãî ñïåêàíèÿ
÷àñòèö æåëåçà è, ñëåäîâàòåëüíî, ïîòåðè àêòèâ-
íîñòè ðåàêöèîííîé ìàññû. Ïðè òåìïåðàòóðàõ
íèæå 1000 �Ñ íàèáîëåå ýôôåêòèâíî ïðîöåññ
âîññòàíîâëåíèÿ ïðîòåêàåò â ãàçîîáðàçíîé âîñ-
ñòàíîâèòåëüíîé ñðåäå.
Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü ñò.
íàó÷. ñîòð., êàíä. õèì. íàóê Ðåäüêî Â.Ï. çà
ïðîâåäåííûå ðåíòãåíîôàçîâûå àíàëèçû.
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
1. Ôðàíöåâè÷ È.Í., Áóëàíîâ Â.Í., Ïàñè÷íûé Â.Â.,
Çåíêîâ Â.Ñ. è äð. Õèìè÷åñêèå ìåòîäû àêêóìóëè-
ðîâàíèÿ ñîëíå÷íîé ýíåðãèè // Ãåëèîòåõíèêà. —
1983. — ¹ 5. — Ñ. 18–20.
2. Çåíêîâ Â.Ñ., Áóëàíîâ Â.Í., Ïàñè÷íûé Â.Â. è äð.
Ïîëó÷åíèå âîäîðîäà æåëåçî-ïàðîâûì ìåòîäîì ñ
èñïîëüçîâàíèåì ñîëíå÷íîé ýíåðãèè // Òàì æå. —
1988. — ¹ 3. — Ñ. 29–34.
3. Ïàñè÷íûé Â.Â. Èññëåäîâàíèå ôèçèêî-òåõíè÷åñêèõ
ñâîéñòâ ìàòåðèàëîâ è ïîêðûòèé ñ èñïîëüçîâàíèåì
êîíöåíòðèðîâàííîé ñîëíå÷íîé ýíåðãèè // Ïî-
ðîøêîâàÿ ìåòàëëóðãèÿ. — 1997. — ¹ 7/8. —
Ñ. 162–172.
4. Çåíêîâ Â.Ñ. Âëèÿíèå óñëîâèé âîññòàíîâëåíèÿ
%-Fe2O3 íà êèíåòèêó, ôàçîâûé ñîñòàâ è äèñïåðñ-
íîñòü ïðîäóêòîâ ðåàêöèè // Àêòóàëüíûå ïðîáëå-
ìû â ìàòåðèàëîâåäåíèè. — Êèåâ : Èí-ò ïðîáë.
ìàòåðèàëîâåäåíèÿ, 1996. — Ñ. 117–132.
5. Ðîñòîâöåâ Ñ.Ò. Òåîðèÿ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ ïðîöåñ-
ñîâ. — Ì. : Ìåòàëëóðãèçäàò, 1956. — 515 ñ.
6. Æîâòÿíñüêèé Â.À. òà ³í. Ìåòîäè òà ïåðñïåêòèâè
îòðèìàííÿ âîäíþ íà îñíîâ³ çàñòîñóâàííÿ ïëàçìî-
âèõ òåõíîëîã³é // Íàóê.-òåõí. çâ³ò çà äîã. ¹ 20
â³ä 10.04.2007. — Êè¿â : ²í-ò ãàçó ÍÀÍÓ, 2007. —
82 ñ.
7. Âàñþòèíñêèé Í.À. Òåðìîäèíàìèêà è êèíåòèêà ïðî-
öåññîâ âîññòàíîâëåíèÿ ìåòàëëîâ. — Ì. : Íàóêà,
1972. — 347 ñ.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 11.03.08
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 1 43
44 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2010. ¹ 1
The Investigation of Hydrogen Production Process
in Solar Furnaces by Iron and Vapor Method
with Metallurgical Waste Products Utilization
Pasichny V.V.1, Zenkov V.S.1,
Klimenko V.P.1, Pasichna M.S.1, Gavrilova O.N.2
1 The Institute for Problems of Materials Science of NASU, Êiev
2 JSC «Ìåtàllurgical plant «Àzovstal», Mariupol
Physical and chemical processes proceeding under thermal treatment of metallurgical
waste of multicomponent phase composition containing iron compounds are considered to
study the opportunity of their use in redox cycles of hydrogen obtaining by iron and va-
por method under heating in solar furnaces. The thermogravimetrical method is applied
for the investigation of the kinetics of high-temperature transformation of working mix-
ture. In the primary cycles of oxidation and reduction processes both iron oxides and re-
duced metal demonstrate high reactivity. After carrying out periodical oxidation and re-
duction processes the reactivity of iron particles decreases gradually because the aggrega-
tion of ferruginuous iron particles takes place. It is recommended to carry out oxidation
and reduction processes under 900–1000 �Ñ to avoid the active sintering of iron particles
and reactive mass activity loss.
Key words: hydrogen, iron and vapor method, solar furnace, metallurgical wastes, iron
scale, redox cycle.
Received March 11, 2008
ÓÄÊ 544.3:504.054:628.477
Ïðåäîòâðàùåíèå îáðàçîâàíèÿ ÏÕÄÄ è ÏÕÄÔ
ïðè òåðìîõèìè÷åñêîé äåñòðóêöèè
òâåðäûõ áûòîâûõ îòõîäîâ
Áåçóãëûé Â.Ê., Áîíäàðåíêî Á.È.,
Âèíîãðàäîâà Ò.Â., Ñåìåíþê Í.È.
Èíñòèòóò ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ
Ìåòîäîì òåðìîäèíàìè÷åñêîãî àíàëèçà ãàçîâûõ ñìåñåé [Ñ] : [Í] : [Cl] = 12 : 4 : 4
(ìîëè) ñ âàðüèðóåìûì êîëè÷åñòâîì êèñëîðîäà ([O] = 8–26 ìîëåé) óñòàíîâëåíà ñëå-
äóþùàÿ çàêîíîìåðíîñòü: îáðàçîâàíèå â ãàçîâîé ñìåñè ïîëèõëîðèðîâàííûõ äèáåí-
çî-äèîêñèíîâ (ÏÕÄÄ) è ïîëèõëîðèðîâàííûõ äèáåíçî-ôóðàíîâ (ÏÕÄÔ) ïðîèñõîäèò
òîëüêî â òîé îáëàñòè çíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ ñîñòîÿíèÿ, ãäå èìååò ìåñòî õèìè÷åñêîå
ïðåñûùåíèå ñìåñè óãëåðîäîì. Ïðåäëîæåí ñïîñîá îïðåäåëåíèÿ áåçîïàñíîé îáëàñòè èç-
ìåíåíèÿ ïàðàìåòðîâ Ò è [O], â êîòîðîé ïðè ïðîâåäåíèè òåðìîõèìè÷åñêîé äåñòðóêöèè
òâåðäûõ áûòîâûõ îòõîäîâ íå ïðîèñõîäèò îáðàçîâàíèÿ ÏÕÄÄ è ÏÕÄÔ.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: òâåðäûå áûòîâûå îòõîäû, äèáåíçî-äèîêñèíû, äèáåíçî-ôóðàíû, òåð-
ìîäèíàìè÷åñêèé àíàëèç, ãàçîîáðàçíûå ñìåñè, óãëåðîäíûé ïîòåíöèàë.
� Áåçóãëûé Â.Ê., Áîíäàðåíêî Á.È., Âèíîãðàäîâà Ò.Â., Ñåìåíþê Í.È., 2010
|