أجرى فريق دولي من العلماء من روسيا والنمسا سلسلة من التجارب الفريدة لدراسة عملية التحميص التأكسدي لعينات من تركيز المغنتيت في درجات حرارة مختلفة باستخدام كاميرا Rigaku Ultima IV عالية الحرارة بالأشعة السينية. ستعمل التكنولوجيا الجديدة على تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 40-60% باستخدام الهيدروجين كعامل اختزال. يتم إجراء الاختبارات التجريبية للتكنولوجيا بواسطة مصنع Voestalpine (النمسا).
نشر يوري كابيليوشين ، زميل أبحاث أول في مختبر أبحاث جامعة جنوب الاورال الحكومية «تقنيات الهيدروجين في علم المعادن» ، جنبًا إلى جنب مع البروفيسور يوهانس شينك من جامعة ليوبين ، دراسة في واحدة من أكبر المجلات في مجال الدراسة ، المعادن ومعاملات المواد Metallurgical and Materials Transactions B (Q1).
على مدى العقود القليلة الماضية ، عالجت صناعة الصلب كمية كبيرة من خامات حديد الهيماتيت عالية الجودة ، والتي تم استخدامها كمواد وسيطة لإنتاج الحديد باستخدام عملية فرن الصهر.
أدى انخفاض احتياطيات خامات الهيماتيت الغنية إلى زيادة حجم استخراجها ومعالجتها. في عام 2015 ، بلغ الإنتاج العالمي من خام الحديد القائم على المغنتيت حوالي 583 مليون طن ، وهو ما يمثل 28 % من إجمالي إنتاج خام الحديد. يتم سحق خام الحديد القائم على المغنتيت إلى جزيئات دقيقة لإطلاق معادن المغنتيت من الصخور ، يليها فصل مغناطيسي لزيادة محتوى الحديد.
«تشمل ممارسات إنتاج الحديد الحديثة من خام الحديد المغنتيت التكوير (أو التلبيد) إلى حجم معين قبل التحميل في الوحدات المعدنية مثل الفرن العالي ، والفرن الدوارة الشبكية ، وفرن عمود الدوران Midrex. في الوقت الحالي ، يعد تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أحد أهم التحديات البيئية العالمية. لتحقيق هدف الحياد المناخي (صفر انبعاثات غازات الاحتباس الحراري) بحلول عام 2050 ، من الضروري إنشاء تقنيات جديدة لإنتاج الحديد والصلب على أساس الهيدروجين. يتمثل جوهر هذه التقنية في الابتعاد عن استخدام عوامل الاختزال التقليدية المحتوية على الكربون (مثل الفحم أو فحم الكوك) واستبدالها بالهيدروجين. ومع ذلك ، فإن معالجة خام المغنتيت اليوم أمر مستحيل بدون عملية ما قبل الأكسدة ، حتى مع استخدام تقنيات الهيدروجين المتقدمة التي تهدف إلى تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون»,- كما يقول يوري كابليوشين.
من المزايا الإضافية للهيدروجين أنه يمكن استخدامه لتجميع الطاقة وتخزينها. على سبيل المثال ، في إنتاج الطاقة الكهربائية باستخدام محطات الطاقة النووية أو محطات طاقة الرياح أو المد والجزر ، يمكن الحصول على الهيدروجين باستخدام التحليل الكهربائي ، المتراكم في مرافق تخزين الهيدروجين وتسليمه للمستهلكين. علاوة على ذلك ، لتنفيذ إنتاج الحديد المختزل المباشر في وحدات منجم Midrex (التي تم تشغيلها في مصنع أوسكول الكهرومعدني لفترة طويلة جدًا) مع الاستبدال الجزئي أو الكامل للغاز الطبيعي بالهيدروجين. يتم بالفعل صهر الفولاذ بمختلف درجاته من الحديد الناتج المباشر المختزل في أفران القوس الكهربائي.
في النمسا ، في مصنع Voestalpine ، يتم إجراء اختبارات تجريبية باستخدام مخطط تكنولوجي مختلف. يتم اختزال الحديد من أكاسيده بواسطة الهيدروجين من الجسيمات الدقيقة في «الطبقة المغلية» ، ويتم صهر الفولاذ باستخدام إعادة صهر قوس البلازما.
خططت الفرق العلمية في مختبر جامعة جنوب الأورال الحكومية «تقنيات الهيدروجين في علم المعادن» وجامعة ليوبين وتجارب فريدة لدراسة عملية التحميص المؤكسد لعينات تركيز المغنتيت عند درجات حرارة مختلفة باستخدام كاميرا الأشعة السينية Rigaku Ultima IV عالية الحرارة المتوفر بالجامعة.
ظهرت فكرة هذه التجارب لأول مرة خلال مناقشات في مؤتمر في فيينا (النمسا) في عام 2018. في وقت لاحق ، تمكن المؤلفون من تنفيذ هذا العمل في جامعة جنوب الأورال الحكومية. تم نشر البحث في المجال المفتوح.
جامعة جنوب الأورال الحكومية - هي جامعة للتحولات الرقمية ، حيث يتم إجراء البحوث المبتكرة في معظم المجالات ذات الأولوية لتطوير العلوم والتكنولوجيا. وفقًا لاستراتيجية التطور العلمي والتكنولوجي لروسيا الاتحادية ، تركز الجامعة على تطوير مشاريع علمية كبيرة متعددة التخصصات في مجال الصناعة الرقمية وعلوم المواد والبيئة. في عام 2021 ، فازت جامعة جنوب الأورال الحكومية بالمسابقة في إطار برنامج «الأولوية 2030». تؤدي الجامعة وظائف مكتب المشروع الإقليمي لمركز الأورال العلمي والتربوي الأقاليمي على المستوى العالمي