Российские ученые предложили способ переработки красного шлама
Российские ученые разработали метод извлечения полезных металлов из токсичных отходов производства оксида алюминия, который позволит не только решить вопрос переработки представляющего угрозу для окружающей среды красного шлама, но и оптимизировать расходы на производство востребованных промышленностью соединений.
Исследование опубликовано в журнале Metals.
Оксид алюминия — одно из самых распространенных и востребованных веществ на планете. Из природного сырья с его содержанием добывают металлический алюминий. Он также применяется для производства огнеупорных, абразивных материалов, лазеров, синтетических драгоценных камней. Но самое главное — он незаменим в качестве катализатора и носителя катализатора для ряда ключевых промышленных процессов, например, дегидратации спиртов.
При этом в процессе производства оксида алюминия образуется красный шлам – твёрдые высокотоксичные отходы. В настоящее время отходы данного типа в большинстве стран хранятся в специальных резервуарах, чтобы изолировать токсичные вещества от окружающей среды. В России уже накоплено более 600 миллионов тонн красного шлама, для всего мира эта цифра составляет примерно 4 млрд тонн. Накопление и хранение красного шлама представляет собой одну из наиболее важных проблем алюминиевой промышленности, и поиск эффективных решений для его переработки ведется непрерывно.
Красный шлам содержит такие ценные вещества, как титан, кремний, железо, натрий и алюминий. В нем присутствует используемый для создания сверхтвердых сплавов и керамических материалов скандий, содержание которого может достигать 0.039%, что для данного компонента является достаточно высокой концентрацией, а также ряд редкоземельных металлов. При этом красный шлам содержит столько же железа, сколько и бедные железные руды, то есть, минимум 26%.
Исследования показывают, что данный вид промышленных отходов может использоваться в качестве адсорбента-коагулянта тяжелых металлов в сточных водах. Также он может служить катализатором различных процессов, таких как дегидратация спиртов, изомеризации олефинов, разложение сероводорода, и применяться для производства строительных материалов. Таким образом, эффективная переработка красного шлама представляет интерес как с промышленной, так и с экологической точки зрения.
Как отмечает один из авторов исследования, доктор физико-математических наук, профессор кафедры энергоэффективных и ресурсосберегающих промышленных технологий Александр Петелин, исследования рециклинга красного шлама связаны в основном с задачей утилизации этого побочного продукта, который занимает огромные территории и сильно угнетает окружающую среду. При этом выделение из красного шлама железа и других ценных веществ позволяет снизить расходы на утилизацию.
Одним из перспективных методов извлечения ценных компонентов из красного шлама может стать его восстановительный обжиг с получением концентрата магнитного железа и немагнитных хвостов, обогащенных алюминием, титаном и редкоземельными металлами с последующей обработкой полученных хвостов путем выщелачивания соляной кислотой под высоким давлением.
В ходе исследования ученым Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова, НИТУ «МИСиС», РХТУ им. Д.И. Менделеева и Центрального научно-исследовательского Института Черной Металлургии им. И.П. Бардина удалось получить наиболее полное отделение железа при карботермическом обжиге и магнитной сепарации красного шлама. Анализ поведения ценных элементов в процессе выщелачивания хвостов магнитной сепарации позволил разработать схему комплексного рециклинга красного шлама с извлечением железа, алюминия, титана, скандия и редкоземельных металлов.
Подход, предложенный российскими исследователями, достаточно гибок и позволяет адаптировать производство к условиям рынка. Так, при высоких ценах на оксид алюминия, из раствора можно добывать его. При понижении спроса можно производить коагулянты. Таким же образом, в зависимости от обстановки на рынке, титан, содержащийся в шламе, можно использовать как для получения комплексных коагулянтов, так и какого-то конкретного продукта.
Авторы исследования подчеркивают, что возможность получения продуктов, востребованных рынком в текущий момент времени, делает предложенный подход экономически целесообразным.
