Учёные превратили отходы алюминиевого производства в ценные ресурсы

Учёные Института цветных металлов Сибирского федерального университета разработали новую многостадийную технологию переработки алюминиевых шлаков, образующихся в литейном производстве. Разработка решает одну из главных экологических и ресурсных проблем в современной металлургии — накопление трудноутилизируемых отходов, содержащих ценные компоненты.

В настоящее время алюминиевые шлаки — сложная смесь металлического алюминия, оксидов и солевых соединений, в большинстве случаев складируются, загрязняя окружающую среду. Благодаря многостадийной механической обработке можно выделить из отходов металлический алюминий, пригодный для дальнейшего применения. Также, проведя селективное выщелачивание, можно получить концентрированные хлориды натрия, калия и магния, которые широко используются в медицине и лабораторных исследованиях.

«Мы предлагаем рассматривать шлак не как отход, а как вторичное сырьё. Создан комплексный подход, включающий механическую и химическую обработку материала. На первом этапе проводится анализ состава шлака с использованием рентгенофазовых методов, что позволяет определить преобладающие фазы и выбрать оптимальную схему переработки. Далее материал подвергается многостадийной механической обработке: дроблению, измельчению и рассеву. Благодаря различию свойств компонентов удаётся эффективно отделить металлический алюминий от оксидно-солевой части», — объяснил соавтор исследования, младший научный сотрудник лаборатории физикохимии металлургических процессов и материалов СФУ Николай Домбровский.

Ключевым этапом является селективное выщелачивание, основанное на различной растворимости соединений. В зависимости от состава шлака используются вода или раствор соляной кислоты. Это позволяет разделить соли и оксиды, выделяя целевые компоненты для дальнейшего использования. Солевые растворы подвергаются выпариванию, в результате чего получают концентраты хлоридов натрия, калия и магния. На их основе синтезируется регенерированный солевой флюс с заданными технологическими характеристиками, включая пониженную температуру плавления и оптимальную вязкость.

Металлический алюминий, выделенный на стадии механической обработки, дополнительно брикетируется и переплавляется с использованием полученного флюса. В результате удаётся получить вторичный алюминиевый сплав, соответствующий промышленным стандартам и пригодный для дальнейшего применения, в частности в машиностроении и других отраслях. По результатам экспериментов, степень извлечения алюминия достигает 85%, что сопоставимо с лучшими существующими в мире технологиями переработки.

«Переработка алюминия требует существенно меньше энергии по сравнению с его первичным производством, поэтому внедрение подобных технологий может значительно снизить экологическую нагрузку. Кроме того, предложенный подход позволяет сократить объёмы отходов и приблизить металлургическое производство к принципам замкнутого цикла. В данном случае, благодаря современной инфраструктуре Инженерного образовательного центра СФУ, исследование прошло путь от идеи до патента», — подвёл итог старший научный сотрудник лаборатории физикохимии металлургических процессов и материалов СФУ Александр Косович.

Исследование показывает, что комплексная переработка алюминиевых шлаков может стать эффективным решением для промышленности, объединяя экономическую выгоду с экологической безопасностью. В перспективе технология может быть адаптирована для промышленного масштаба и использоваться на предприятиях алюминиевой отрасли, способствуя развитию устойчивых и ресурсосберегающих производств.

Исследование поддержано Министерством науки и высшего образования РФ, грант FSRZ-2020-0013

Источник: https://sfu.ru/ru/media/news/2de10236-9cd2-4520-94c1-905aa9523b69