Окатыши

Окатыши — это продукт обогащения железной руды, представляющий собой окатанные (сферической или близкой к ней формы) гранулы, полученные из тонкоизмельчённого железорудного концентрата с добавлением связующих и флюсующих добавок (бентонит, известняк, доломит) и последующего обжига. Окатыши являются одним из основных видов сырья для доменной плавки, наряду с агломератом и кусковой рудой, и используются в производстве чугуна и стали.

История

Технология производства окатышей была разработана в начале XX века для решения проблемы утилизации тонкоизмельчённых железорудных концентратов, которые не могли быть использованы в доменных печах из-за низкой газопроницаемости. Первые патенты на окомкование рудной мелочи были получены в 1912 году в Швеции и Германии. Промышленное внедрение началось в 1940-х годах в США и Швеции.

В СССР первая промышленная установка по производству окатышей была запущена в 1965 году на Соколовско-Сарбайском горно-обогатительном комбинате (Казахская ССР). В 1970-х годах технология получила широкое распространение на горно-обогатительных комбинатах (ГОКах) Криворожского бассейна, Кольского полуострова и Урала. К концу 1980-х годов СССР вышел на первое место в мире по производству окатышей, достигнув объёма около 100 млн тонн в год.

Классификация

Окатыши классифицируются по нескольким признакам:

По типу руды

• Магнетитовые — из концентратов магнетитовых руд (Fe₃O₄), обладают высокой магнитной восприимчивостью.
• Гематитовые — из концентратов гематитовых руд (Fe₂O₃), менее магнитны.
• Смешанные — из смеси магнетитовых и гематитовых концентратов.

По степени металлизации

• Неофлюсованные (кислые) — без добавления флюсов, содержат 60–65 % железа, 5–8 % SiO₂.
• Офлюсованные (основные) — с добавлением известняка или доломита для снижения кислотности, содержат 58–63 % железа, основность (CaO/SiO₂) 0,5–1,5.
• Металлизованные (DRI/HBI) — прошедшие дополнительную обработку для частичного восстановления железа (до 85–95 % Fe), используются в электропечах.

По размеру

• Стандартные — диаметр 9–16 мм (основной тип для доменных печей).
• Крупные — 16–25 мм (используются в некоторых типах печей прямого восстановления).
• Мелкие — 5–9 мм (часто возвращаются в процесс как ретур).

Технология производства

Производство окатышей включает несколько этапов:

Подготовка сырья

Железорудный концентрат (содержание железа 65–70 %, влажность 8–10 %) смешивается с бентонитом (0,5–1,5 % от массы) как связующим веществом и флюсами (известняк, доломит) для регулирования основности. Смесь увлажняется до 10–12 % влажности.

Окомкование

Смесь подаётся в окомкователи — вращающиеся барабаны (диаметром до 7 м, длиной до 12 м) или тарельчатые грануляторы. В процессе вращения за счёт сил поверхностного натяжения и центробежных сил образуются сырые гранулы (сырые окатыши) диаметром 10–20 мм.

Сушка и обжиг

Сырые окатыши поступают на обжиговую машину (конвейерную ленту длиной до 100 м). Процесс включает три зоны:

1. Сушка — при 200–400 °C удаляется влага.
2. Подогрев — при 600–900 °C происходит дегидратация и частичное окисление.
3. Обжиг — при 1200–1350 °C происходит спекание частиц, образование прочной керамической структуры (магнетит окисляется до гематита, происходит рекристаллизация).

Охлаждение

Обожжённые окатыши охлаждаются в зоне охлаждения обжиговой машины до 100–150 °C, затем просеиваются для отделения мелочи (ретур возвращается в процесс).

Характеристики

Основные показатели качества окатышей:

Применение

Доменная плавка

Окатыши являются основным железорудным сырьём для доменных печей (до 80–90 % шихты). Их сферическая форма обеспечивает высокую газопроницаемость столба шихты, что позволяет интенсифицировать процесс плавки и снижать расход кокса. В России доля окатышей в доменной шихте составляет 60–70 % (данные на 2023 год).

Прямое восстановление железа

Металлизованные окатыши (DRI — Direct Reduced Iron) используются в процессах прямого восстановления (Midrex, HYL) для получения губчатого железа, которое затем переплавляется в электродуговых печах. Этот метод позволяет производить сталь без использования кокса и доменных печей.

Электрометаллургия

Окатыши применяются в качестве шихты для ферросплавных печей и при производстве стали в электродуговых печах (в смеси с металлическим ломом).

Крупнейшие производители

Мировое производство окатышей в 2023 году составило около 450 млн тонн. Крупнейшие страны-производители: Китай (около 150 млн тонн), Россия (около 60 млн тонн), Швеция, Бразилия, Индия.

В России основными производителями являются:

• «Северсталь» (Череповецкий металлургический комбинат) — производство на базе Оленегорского ГОКа.
• «Металлоинвест» — Лебединский ГОК (г. Губкин) и Михайловский ГОК (г. Железногорск) — крупнейшие в России по объёму.
• «Евраз» — Качканарский ГОК (Свердловская область).
• «НЛМК» — Стойленский ГОК (Белгородская область).

Экологические аспекты

Производство окатышей сопровождается выбросами пыли (железорудный концентрат, бентонит), оксидов серы и азота (при обжиге). Для снижения воздействия на окружающую среду применяются:

• Электрофильтры и рукавные фильтры для очистки отходящих газов (эффективность 99,5–99,9 %).
• Системы замкнутого водоснабжения (оборотное водоснабжение).
• Утилизация отходящего тепла для подогрева воздуха в зоне сушки.

В России нормативы выбросов для предприятий по производству окатышей регулируются Федеральным законом «Об охране окружающей среды» (№ 7-ФЗ) и отраслевыми нормативами (НДТ — наилучшие доступные технологии).

Интересные факты

• Окатыши впервые были использованы в промышленных масштабах в 1948 году на заводе «ArcelorMittal» в США (штат Миннесота).
• В 1970-х годах в СССР была разработана технология производства окатышей с добавлением углерода (углеродистые окатыши), что позволило снизить расход кокса в доменной печи на 10–15 %.
• Окатыши могут транспортироваться на расстояние до 10 000 км без потери качества (например, из Австралии в Европу).

Источники

• «Технология производства окатышей» — учебное пособие, МИСиС, 2018.
• «Металлургия чугуна» — под ред. Ю. С. Юсфина, 2020.
• Данные World Steel Association (2023).
• Нормативные документы Росприроднадзора (НДТ 2022).