Ученые ИМЕТ РАН разработали новый способ утилизации опасных отходов алюминиевой промышленности — красного шлама, с получением из него специального сорта чугуна.
Красный шлам — вид высокотоксичных отходов, образующихся при производстве алюминия. В зависимости от состава исходной бокситовой руды и технологии ее переработки при производстве одной тонны глинозема — сырья для производства алюминия — получается до полутора тонн красного шлама.
Накопление и хранение красного шлама представляет собой одну из наиболее важных проблем алюминиевой промышленности. В нем содержатся большие количества оксидов железа (отсюда красный цвет), титана, кремния, невыщелоченного остаточного алюминия, а также редкоземельного металла скандия, что переводит красный шлам из категории отходов в разряд ценного техногенного сырья, которое лежит мертвым грузом в прудах-шламохранилищах. На алюминиевых заводах России уже накоплено около 600 миллионов тонн красного шлама и его количество с каждым днем только увеличивается.
Но главная проблема заключается в той экологической опасности, которая связана с этими запасами. Авария, которая произошла в 2010 году на алюминиевом заводе в городе Айка в Венгрии, показала, насколько велики эти риски. Разрушение плотины, ограждавшей шламохранилище, привело к разливу ядовитых отходов на площади около 40 квадратных километров. Властям пришлось эвакуировать жителей трех населенных пунктов, в реке, куда попал шлам, погибло все живое, а через несколько дней после катастрофы красный поток достиг Дуная.
Ученые из Института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН совместно с коллегами из НИТУ МИСиС, МГУ и КузГТУ придумали способ переработки красного шлама с получение из него чугуна специального состава, используемого для изготовления изложниц — емкостей для разливки металла.
Внедрение этого способа позволит переработать большую часть накопленных объемов красных шламов в цикле черной металлургии, что существенно снизит количество этих отходов на шламополях.
«Распространенным подходом для переработки красных шламов является их плавление в смеси с углеродом и известью при высоких температурах с получением чугуна. Данный метод является труднореализуемым за счет наличия в шламе щелочи, которая приводит к разрушению плавильных печей, — приводятся в пресс-релизе института слова одного из авторов исследования младшего научного сотрудника ИМЕТ РАН Дмитрия Зиновеева. — В нашей работе мы использовали для плавки шлам после удаления из него щелочи, которую можно вернуть в цикл производства алюминия. Другим важным отличием нашей технологии является использование экстремально высоких температур — более 1700 градусов Цельсия, что позволяет получать чугун со специальными свойствами».
В полученном чугуне содержится больше 1,5 процентов карбида титана, придающего ему высокую прочность, а также около 1 процента фосфора, который образует легкоплавкие соединения, что существенно улучшает текучесть нового сплава.
«В данном исследовании нам удалось получить уникальный химический состав чугуна, сочетающий высокую прочность и хорошую текучесть. Чугуны похожего состава используются на заводе ЕВРАЗ, однако, для их производства применяют дорогостоящие добавки ферросплавов. В нашем случае, мы используем отход, в котором есть все необходимые элементы, поэтому можно получать «природнолегированный чугун». Внедрение этой технологии не только снизит производственные издержки, но и поможет продвинуться в сторону безотходного глиноземного производства», — объясняет руководитель проекта Дмитрий Валеев, кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИМЕТ РАН.
Источник Metals