Красноярские ученые выделили магнитные микросферы из золы ТЭЦ

Исследователи предложили двухэтапный метод извлечения ферросфер — магнитных железосодержащих микрочастиц — из высококальциевой угольной золы. Он сочетает разделение сырья по размеру частиц и сухую магнитную сепарацию. Результаты работы опубликованы в журнале Magnetochemistry.

Как извлекают ферросферы

Сначала золу разделяют на узкие фракции в диапазоне от 3 до 25 микрометров. На этом этапе удаляют субмикронные частицы, которые мешают магнитному извлечению. Затем с помощью сухой магнитной сепарации получают магнитные и немагнитные фракции заданного размера.

Метод позволил выделить ферросферы со стабильным составом. После удаления немагнитной части магнитные свойства полученного материала оказались более чем в десять раз выше, чем у исходной золы.

Процесс не требует жидкостей, а значит, исключает дополнительные стадии фильтрации и сушки. Как пояснила заведующая лабораторией Института химии и химической технологии СО РАН, кандидат химических наук Елена Фоменко, для высококальциевой золы это особенно важно: при контакте с водой ее компоненты схватываются подобно цементу и могут вывести оборудование из строя.

Для чего нужны магнитные микрочастицы

Ферросферы образуются при сжигании угля на тепловых электростанциях. Их рассматривают как перспективный материал для адресной доставки лекарств, биосенсоров и магнитной гипертермии — метода терапии рака, при котором магнитные частицы нагреваются под действием магнитного поля. При этом описанная работа посвящена извлечению частиц из золы, а не их медицинскому применению.

Помимо ферросфер, угольная зола содержит ценосферы — полые алюмосиликатные частицы. Извлечение таких компонентов позволяет получать из отходов сырье для новых материалов.

Что это дает переработке золы

На летучую золу приходится от 60 до почти 90% отходов сжигания угля на ТЭС. В России ежегодно образуется 18–26 млн тонн такой золы, из которых перерабатывают лишь 10–20%. Мировой объем ее образования достигает 1 млрд тонн в год. Извлечение ценных компонентов — одно из направлений переработки этих отходов, однако для комплексного использования золы нужно найти применение и оставшимся фракциям.

По словам инженера Института химии и химической технологии СО РАН Екатерины Смородиной, дальнейшие исследования будут посвящены немагнитным узким фракциям и крупнозернистому остатку. Ученые предполагают использовать их как наполнители для цемента и бетона, а также для получения керамических и геополимерных материалов.

Екатерина Смородина представила результаты работы на 13-й Международной конференции по полимерам и композиционным материалам в Китае. Ее постерный доклад был признан лучшим.

Исследование поддержали Российский научный фонд, проект № 26-19-20061, и Красноярский краевой фонд науки.

Фото: Анастасии Тамаровской / ФИЦ КНЦ СО РАН