Красный шлам, являющийся побочным продуктом производства оксида алюминия из боксита, давно считается одной из главных экологических проблем алюминиевой отрасли по всему миру. Этот материал, напоминающий по составу глиняную массу, традиционно возникает в количестве, превышающем объем готового алюминия почти вдвое. Основные компоненты красного шлама — щелочные соединения, тяжелые металлы, а также радиоактивные элементы, что делает его крайне опасным для окружающей среды и затрудняет безопасное хранение и утилизацию. Однако современные научные подходы открывают новые перспективы использования этих промышленных остатков.
Международное сотрудничество сильнейших научных школ мира
Работа над решением этой проблемы велась при участии ведущих российских и зарубежных университетов: МИСиС, Института металлургии и материаловедения РАН, Московского энергетического института, РЭУ имени Г.В. Плеханова, Пекинского университета науки и технологий (Китай), Евразийского национального университета имени Г.Н. Гумилева (Казахстан), а также Университета Нового Южного Уэльса (Австралия). Возглавляя научную команду, доцент кафедры обогащения и переработки полезных ископаемых и техногенного сырья НИТУ МИСиС Дмитрий Зиновеев совместно с коллегами предложил эффективную технологию превращения опасного шлама в ценные материалы с помощью карботермического восстановления.
Карботермическое восстановление: секрет превращения отходов в ресурсы
В составе красного шлама более 50% занимают оксиды железа, что позволяет рассматривать отход в качестве перспективного источника металлов. Суть предложенной технологии заключается в отделении железа от кислорода путем нагревания смеси шлама и углерода до высоких температур. В этих условиях углерод "связывает" кислород, образуя диоксид углерода (CO2), который улетучивается, а железо выделяется в металлической форме. Карботермическое восстановление позволяет одновременно оптимизировать процесс, снижая энергетические затраты на выплавку, и получать сырье для дальнейшего использования.
Дмитрий Зиновеев отмечает: «Главной задачей было не просто выделить железо из сложной смеси, но и создать оптимальные условия получения сплава, максимально пригодного для промышленности. Мы детально проработали комбинации количеств шлама, окалины и углерода, а также температурные режимы и время выдержки.»
Синтез инновационных сплавов для современной электротехники
Особенностью предложенного метода является возможность создавать новые сплавы на основе железа, обогащённые кремнием, алюминием и титаном — элементами, присутствующими в красном шламе. В ходе проведения эксперимента металл расплавлялся, отделялся от других компонентов и стекал вниз печи, куда также была добавлена прокатная окалина, что позволило утилизировать еще один бесполезный побочный продукт металлургии.
Полученные таким способом железосодержащие материалы близки по своим показателям к магнитомягким сплавам, которые сегодня используются для изготовления сердечников трансформаторов, электродвигателей, генераторов и аппаратуры силовой электроники. Это открывает дополнительные преимущества и экономические выгоды для современной промышленности и экологически ориентированных производств.
Экономика и экология: будущее переработки отходов
Ранее переработка красного шлама не была выгодным процессом для крупных промышленных компаний, и его попросту складировали в отстойниках, что приводило к значительным затратам на охрану природы и рискам для экосистемы. Новая технология не только минимизирует вред окружающей среде, но и предоставляет промышленности ценные материалы, снижая энергетические затраты по сравнению с традиционными методами плавки стали или получения ферросплавов. Одновременно утилизируются сразу два промышленных отхода — красный шлам и окалина, что усиливает эффект замкнутого производственного цикла.
Кроме того, внедрение подобных процессов способствует укреплению позиций предприятий на глобальном рынке, ориентированном на «зеленые» инновации и принципы устойчивого развития. Повышение экологической безопасности, снижение затрат и комплексное использование сырья открывают российским и зарубежным компаниям новые возможности для роста и модернизации.
Признание роли науки и перспективы развития технологий
Международная команда ученых подчеркивает, что еще на лабораторных этапах, ранее, подобные методы не внедрялись на производстве из-за дороговизны, а иногда — сложности масштабирования. Благодаря совместным усилиям и использованию передовых инженерных решений, появилась реальная возможность внедрить в промышленную практику экономически эффективную технологию, позволяющую использовать значительные объемы отходов с выгодой и для природы, и для экономики. Работа поддерживалась Министерством науки и высшего образования РФ.
Научные исследования в области переработки промышленных отходов продолжаются. Эксперты предполагают, что на основе данных разработок возникнут целые направления по очистке окружающей среды и созданию современных материалов будущего. Вклад таких вузов, как МИСиС, Институт металлургии и материаловедения РАН, Московский энергетический институт, РЭУ имени Г.В. Плеханова, а также поддержка ведущих азиатских и австралийских университетов служит важным шагом на пути к «зеленой» трансформации мировой металлургии.
Источник: scientificrussia.ru
