Коллектив учёных из Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук и НИТУ «МИСиС» нашёл технологически эффективный способ извлечения железа из отходов производства алюминия. Новая технология позволяет переводить железо в концентрат со степенью извлечения более 90 %. Стадия плавления материала была исключена, что снизило температуру процесса и позволило получить продукцию в виде концентрата железа. Работа опубликована в журнале Metals. Исследование поддержано грантом Российского фонда фундаментальных исследований.
Отходы, красные шламы, образуются в процессе производства глинозёма (Al2O3) при растворении алюминиевой руды в щелочном растворе. Нерастворимый остаток содержит более 50 % масс. оксидов железа, а также, такие ценные элементы как алюминий, титан и скандий. При производстве 1 т глинозема образуется от 0,9 до 1,5 т красных шламов. Переработке подвергается не более 10 % отходов, а остальное складируется в отвалы, занимающие огромные площади и представляющие опасность для экологии из-за наличия большого количества щёлочи, соединений мышьяка, ртути и хрома. В России накоплено более 600 млн тонн красных шламов, в мире — более 4 млрд. т. Практика хранения красных шламов вместо переработки привела к нескольким техногенным катастрофам, самой известной из которых является трагедия в городе Айка (Венгрия, 2010 год).
«Разработанный нами способ позволяет переводить железо в концентрат методом магнитного разделения после восстановления при температурах не более 1300 ºС, в результате основная масса шлама остаётся в твёрдом состоянии, что существенно снижает энергетические затраты на процесс», — отмечает первый автор исследования младший научный сотрудник лаборатории «Физикохимии и технологии переработки железорудного сырья» Института металлургии и материаловедения имени А. А. Байкова Российской академии наук, Дмитрий Зиновеев.
Проведены эксперименты по обжигу смеси красного шлама Уральского алюминиевого завода с углём, а также добавками карбонатов натрия Na2CO3 и калия K2CO3 в различных временных и температурных интервалах. Исследования микроструктуры полученных образцов под микроскопом показали, что в шламе без добавок размер частиц железа в несколько раз меньше по сравнению с их размерами в смесях с добавками карбонатов. Таким образом, предложенные добавки значительно ускоряют рост частиц восстановленного железа. Образцы, полученные без добавок, не удалось разделить методом магнитной сепарации, а из спёков, полученных с добавками карбонатов, выделяли железный концентрат с содержанием железа более 72 %.
Частицы металлического железа после восстановления без добавок карбоната натрия
Частицы металлического железа после восстановления с добавками карбоната натрия
«Данное исследование является началом большой работы по созданию технологии, позволяющей перерабатывать всю массу красных шламов с получением железного концентрата, алюминия, титана и скандия», – заключает руководитель проекта, доктор физико-математических наук, профессор НИТУ «МИСиС», Александр Петелин.
