Учёные улучшили способ переработки низкосортного алюминиевого сырья
Схема освобождения от примеси железа в процессе переработки нефелина в глинозем.
Метод, который позволит избавиться от примесей железа и других металлов в низкосортном сырье и получить продукт, соответствующий промышленным требованиям, разработали специалисты Института геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского РАН. Согласно идее учёных алюминий можно будет получить из отходов от добычи руды (нефелина), которых много в российской Арктике. Исследования проведены при поддержке Минобрнауки России. Результаты опубликованы в одном из международных журналов.
Алюминий — второй по использованию металл в мире: его часто применяют в промышленности, энергетике, архитектуре. Увеличение добычи алюминиевой руды повышается на 4–5% в год. При сохранении текущей тенденции все разведанные запасы бокситов (алюминиевая руда, сырье для получения глинозема) будут исчерпаны к 2050 году, а все доступные человечеству ресурсы бокситов — к 2070–2082 гг. Поэтому ученые ищут возможность переработки новых типов сырья. Общая проблема всех источников алюминиевого сырья, кроме бокситов, — высокое содержание кремнезема, что делает их переработку обычными для бокситов щелочными способами неэффективной.
В последние годы учёные Института геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН занимаются созданием методов переработки низкосортного алюминиевого сырья кислотно-солевыми способами. В итоге должна получиться технология замкнутого цикла — когда отработанные реагенты регенерируются и направляются в начало процесса. Сотрудники лаборатории сорбционных методов и лаборатории геохимии и рудоносности щелочного магматизма ГЕОХИ РАН искали возможности улучшения гидросульфатно-аммонийного метода переработки глиноземистого сырья на примере нефелина. Большие объемы нефелина получаются в качестве отходов от добычи руды, поэтому его не нужно специально добывать.
Ключевыми проблемами при разработке этой технологии стали необходимость отделения алюминия от железа и других металлов, содержащихся в сырье, а также высокое содержание примеси серы в осадке гидроксида алюминия.
Ученые выяснили, как можно управлять разделением металлов при кристаллизации и перекристаллизации квасцов (кристаллогидратов двойных сульфатов трех- и одновалентных металлов), варьируя концентрацией сульфат-иона и дополнительно вводимых примесей, и как избавиться от примесей серы для получения продукта, соответствующего промышленным требованиям.
«Это развитие старой идеи, которая существовала уже на заре применения алюминия. Как известно, алюминий — амфотерный металл, поэтому его гидроксиды можно растворять как в кислотах, так и в щелочах. В начале двадцатого века, когда высококачественных бокситов (не содержащих кремнезема) было много, щелочной способ выиграл, потому что он на этом сырье дешевле. Но для высококремнистого сырья щелочная технология не применима, так как содержащийся в сырье кремнезем переходит в раствор и стоимость его отделения очень велика. В кислотных методах кремнезем отделяется сразу, поэтому для высококремнистого сырья перспективны именно они. Наиболее интересны те кислотные методы, которые позволяют организовать замкнутый цикл», — рассказывает и. о. директора ГЕОХИ РАН, заведующий лабораторией сорбционных методов, доктор химических наук, член-корреспондент РАН Руслан Хамизов.
По его словам, учёные стараются сделать технологию с «прицелом» на условия российской Арктики, где и находятся источники нефелина.
«Такая привязка определяет наше видение того, какую технологию мы хотим получить: Арктика — регион с очень хрупкой экологией, поэтому должны быть жесткие требования по выбросам, кроме того, подвозить много реагентов и увозить большие объемы побочных продуктов — нежелательно (это будет дорого). Зато здесь нет проблем с охлаждением, когда оно нужно. Поэтому мы постарались максимально использовать для очистки получаемого продукта разные варианты кристаллизации, проводимые последовательно. Кроме того, надо понимать, что, когда мы говорим «замкнутый цикл» это — идеализация. В любом случае реагенты придется добавлять, но в нашем случае эти добавочные реагенты можно не возить издалека, взять «на месте», — добавил ученый.
