Железо из красного шлама: ученые нашли способ перерабатывать отходы алюминиевого производства
Одной из проблем алюминиевой промышленности по-прежнему остается красный шлам — 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.
Красный шлам более чем на 50% состоит из оксидов железа, поэтому одной из ключевых задач исследования было именно получение железа из отхода – об этом «Научной России» рассказал один из авторов исследования, доцент Кафедры обогащения и переработки полезных ископаемых и техногенного сырья НИТУ МИСИС Дмитрий Зиновеев. Чтобы превратить оксиды в пригодный для производства металл, как раз и производилось карботермическое восстановление.
«Для получения железа в металлическом виде нужно оторвать атомы железа от кислорода. Для этого к красному шламу добавляют углерод и нагревают до высоких температур. При этих условиях протекает реакция восстановления — взаимодействие углерода с кислородом, связанным с железом. В результате кислород соединяется с углеродом и покидает систему в виде газа CO2, а железо остается в металлическом виде. Поэтому такой способ называется карботермическим восстановлением» — сказал Дмитрий Зиновеев.
Но на этом процесс не заканчивается. Помимо оксидов железа, в красном шламе также содержатся оксиды кремния, алюминия, титана и т.д. От всего этого надо отделить полученное металлическое железо — для этого в ходе исследования повысили температуру, чтобы железо расплавилось и стекло вниз печи. При этом была использована прокатная окалина — другой отход, представляющий собой окислы железа.
«В нашей работе мы оптимизировали параметры плавки: количество красного шлама, окалины и углерода, температуру, время выдержки в печи. В процессе плавления получается не чистое расплавленное железо, а расплав железа с примесями кремния, алюминия и титана, поэтому одной из задач исследования было получить сплав оптимального для дальнейшего использования состава» — отметил Дмитрий Зиновеев.
Таким образом, на основе выделенного из красного шлама железа можно будет получать сплавы, близкие по составу к магнитомягким материалам – их можно будет использовать в производстве электротехники: например, электродвигателей или трансформаторов.
Авторы исследования отмечают, что более ранние технологии переработки красного шлама существовали исключительно на лабораторном уровне, поскольку для собственников производства дешевле было складировать шлам. Новый же способ позволит не только утилизировать два отхода сразу (красный шлам и прокатную окалину), но и снизить затраты электроэнергии для плавки металлов, поэтому выглядит перспективным для использования в производстве.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ.
Фото: Пресс-служба НИТУ МИСИС
Корреспондент: Кирилл Тодоров