Сотрудники Института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова Российской академии наук и НИТУ «МИСиС» придумали эффективный метод извлечения железа из отходов алюминиевого производства. Он позволяет получать на выходе концентрат с извлечением железа в 90%. Статья ученых опубликована в журнале Metals.
Металлический алюминий сегодня производят из глинозема — смеси различных типов оксида алюминия. Но чтобы произвести глинозем, алюминиевую руду необходимо растворить, например, в щелочи. Нерастворимый остаток более чем на половину состоит из оксидов железа, а также алюминия, титана и скандия. Все это — отходы, которые называются красными шламами.
При производстве одной тонны глинозема получается от 0,9 до 1,5 тонны красных шламов. При этом перерабатываются только около 10% отходов, а остальное складируется в отвалы, которые занимают огромные площади и представляют опасность для экологии из-за содержания большого количества щелочей, соединений мышьяка, ртути и хрома. Сегодня в одной только России уже накоплено более 600 млн тонн красных шламов, а в мире — около четырех миллиардов тонн. Практика хранения красных шламов вместо переработки привела к нескольким техногенным катастрофам, самой известной из которых является трагедия в венгерском городе Айка в 2010 году.
Российские ученые подвергли отходы восстановлению при температурах до 1300°C, чтобы большая часть веществ оставалась в твердом состоянии. Затем авторы работы отделили железо от общей массы с помощью магнитов. Чтобы проверить работоспособность своего метода, ученые провели эксперименты по обжигу смеси красного шлама Уральского алюминиевого завода с углем, а также добавками карбонатов натрия и калия в различных временных и температурных интервалах.
Анализ микроструктуры полученных образцов показал, что в шламе без добавок размер частиц железа в несколько раз меньше по сравнению со шламом с добавлением карбонатов. Это значит, что добавки значительно ускоряют рост частиц восстановленного железа, что, в свою очередь, позволяет извлечь из таких образцов концентрат с содержанием целевого элемента в 72%.
«Наше исследование — начало большой работы по созданию технологии, которая позволяет переработать всю массу красных шламов с получением железного концентрата, алюминия, титана и скандия», — заключает руководитель проекта, профессор НИТУ «МИСиС» Александр Петелин.
Текст: МИСиС
Zinoveev, D.; Grudinsky, P.; Zakunov, A.; Semenov, A.; Panova, M.; Valeev, D.; Kondratiev, A.; Dyubanov, V.; Petelin, A. Influence of Na2CO3 and K2CO3 Addition on Iron Grain Growth during Carbothermic Reduction of Red Mud. Metals 2019, 9, 1313.
