Красный шлам до сих пор представляет собой одну из ключевых проблем для алюминиевой промышленности — осадок из глины, который выделяется при получении оксида алюминия из сырого боксита. Обычно его количество вдвое превышает количество получаемого алюминия. Красный шлам содержит щелочь, радиоактивные элементы и тяжелые металлы, поэтому очень вреден для окружающей среды и сложен для утилизации. Но помимо вредных веществ, в красном шламе есть и элементы, которые можно использовать в производстве. Международная команда ученых, в состав которой вошли специалисты из МИСИС, Института металлургии и материаловедения РАН, Московского энергетического института и РЭУ имени Г.В. Плеханова, а также ученые из Пекинского университета науки и технологий (Китай), Евразийского национального университета имени Г.Н. Гумилева (Казахстан) и Университета Нового Южного Уэльса (Австралия), предложили решить эту проблему с помощью карботермического восстановления. Более того, исследование показало, что этим способом можно получить ценные сплавы.
Оксиды железа составляют более половины красного шлама, поэтому важной задачей исследования стала извлечение железа из этого отхода, сообщил «Научной России» один из авторов работы, доцент кафедры обогащения и переработки полезных ископаемых и техногенного сырья НИТУ МИСИС Дмитрий Зиновеев. Именно карботермическое восстановление позволяет получить металл, пригодный для использования в производстве, из оксидов.
«Чтобы получить железо в металлической форме, необходимо отделить атомы железа от кислорода. Для этого в красный шлак добавляют углерод и нагревают смесь до высоких температур. В указанных условиях происходит реакция восстановления — углерод взаимодействует с кислородом, связанным с железом. В результате кислород соединяется с углеродом и выводится из системы в виде газа CO2, а железо сохраняет металлическую форму. Именно поэтому данный метод называется карботермическим восстановлением Дмитрий Зиновеев.
Процесс не завершается на этом этапе. Помимо оксидов железа, красный шлам включает в себя оксиды кремния, алюминия, титана и другие компоненты. Для отделения полученного металлического железа необходимо провести дополнительную обработку – в ходе исследования была повышена температура, чтобы железо расплавилось и осело на дно печи. В качестве материала для этой обработки использовали прокатные окалины – ещё один отход, состоящий из оксидов железа.
«В ходе выполнения работы были скорректированы параметры плавки, включая количество красного шлама, окалины и углерода, температуру, а также время выдержки в печи. В результате плавления формируется расплав железа, содержащий примеси кремния, алюминия и титана, поэтому целью исследования являлось получение сплава с составом, наиболее подходящим для последующего применения» — отметил Дмитрий Зиновеев.
Из железа, извлеченного из красного шлама, можно будет производить сплавы, характеристики которых будут приближаться к свойствам магнитомягких материалов. Эти материалы найдут применение в электротехнической промышленности, в частности, при изготовлении электродвигателей и трансформаторов.
Авторы исследования подчеркивают, что предыдущие методы переработки красного шлама оставались на стадии лабораторных разработок, так как для предприятий было экономически выгоднее хранить шлам. Предлагаемый подход позволит не только утилизировать два производственных отхода (красный шлам и прокатную окалину) одновременно, но и уменьшить потребление электроэнергии при выплавке металла, что делает его многообещающим решением для промышленности.
Фото: Пресс-служба НИТУ МИСИС
Новость создана при содействии Министерства науки и высшего образования Российской Федерации