Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) и Института геохимии и аналитической химии РАН повысили эффективность извлечения оксида алюминия (глинозема) из бокситов (основное сырье для производства алюминия). При стандартном способе переработки максимальная степень извлечения глинозема была на уровне 80–85%. Модифицированная технология позволит извлекать из боксита до 95–98% вещества. Кроме того, использование нового метода переработки сократит количество красного шлама (также известный как бокситовый шлам) — побочного продукта процесса переработки бокситов. Это поможет сделать производство устойчивым и безопасным для окружающей среды. Подробная информация опубликована в журнале Metals. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-29-01515).
На фото образцы шламов после переработки. Слева — шлам после обработки новым способом, справа — традиционной технологией. Фото: пресс-служба УрФУ
«На каждую тонну боксита при стандартной переработке по способу Байера образуется от 0,7 до 1 тонны красного шлама. То есть сколько тонн боксита мы перерабатываем, практически столько же красного шлама складируется на шламовые поля. Наш метод позволяет сократить выделение красного шлама до 300 кг на каждую тонну боксита. Кроме того, степень извлечения глинозема также заметно увеличивается — до 98%, по сравнению с 80–85% при переработке обычным способом», — поясняет доцент кафедры металлургии цветных металлов УрФУ Андрей Шопперт.
Красный шлам возникает в процессе химической обработки щелочными растворами измельченного боксита для извлечения глинозема. Основная опасность красного шлама заключается в его высокой щелочности и наличии тяжелых металлов, а также других опасных веществ.
«В Свердловской области, например, есть два глиноземных завода. За время их функционирования с середины прошлого века накоплено более 100 млн тонн красного шлама. Он может быть источником техногенных катастроф — как, например, было в Венгрии в 2010 году. Кроме того, если красный шлам пересушенный, его частицы могут разноситься ветром и загрязнять окружающую среду», — комментирует Андрей Шопперт.
Процесс Байера — это самый распространенный способ извлечения глинозема из бокситов. Обработка начинается с дробления бокситов на мелкие фракции, чтобы их было легче переработать гидрометаллургическим методом. Затем размолотые бокситы помещают в стальные реакторы и смешивают со щелочным раствором. После смешивания и выдержки в течение нескольких часов под давлением при температуре 230 °C происходит извлечение глинозема в раствор, при этом образуется твердый остаток — красный шлам. Полученный раствор отправляется на осаждение гидроксида алюминия. Затем гидроксид алюминия подвергают прокалке для получения порошка глинозема, который может быть использован для производства алюминия.
Чтобы усовершенствовать технологию Байера, ученые применили технологию электролитического восстановления соединений железа. Это повысило эффективность выщелачивания за счет вскрытия упорных минералов, содержащих железо вместе с алюминием. Кроме того, сократилось количество глинозема, теряемого вместе с кремнием, за счет предварительного обескремнивания боксита при 95–120 °C.
Ученые продолжат работу в этом направлении. Следующие эксперименты будут направлены на доработку процесса, чтобы добиться полного отсутствия выделения красного шлама путем получения металлического железа во время электролиза — процесса, при котором электрический ток применяется для восстановления химических соединений.
Отметим, в исследовании также принимали участие специалисты Института геохимии и аналитической химии РАН.
Справка
Алюминий — самый распространенный металл на Земле, на него приходится более 8% массы земной коры. Он имеет высокую устойчивость к коррозии и длительный срок службы, поэтому его активно используют в промышленности, например, в космической отрасли, авиации, автопроме, энергетике и др.
По данным аналитической компании Fortune Business Insight, размер мирового рынка алюминия в 2021 году составлял более 159 млрд долларов. В 2022 году Китай произвел более 40 млн тонн металла — более половины мирового объема алюминия. Индия произвела 4 млн тонн алюминия, незначительно обогнав Россию, которая извлекла около 3,7 млн тонн. На четвертом месте Канада — эта страна смогла добыть 3 млн тонн алюминия.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Уральского федерального университета