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, т.е. 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.