КРАСНЫЙ ШЛАМ: ОТ ОТХОДОВ К ТЕХНОЛОГИЯМ БУДУЩЕГО

По словам кандидата химических наук, ведущего научного сотрудника лаборатории гетерогенных процессов ИХТТ УрО РАН Лилии Пасечник, красный шлам — настоящий кладезь редких элементов, которые остаются в нем после извлечения алюминия из бокситовой руды. Но пока они буквально пропадают.

— Из половины руды извлекают алюминий, а вторую половину просто выбрасывают, хотя в ней концентрируются ценнейшие компоненты — скандий, цирконий и другие редкие элементы. Их называют «витаминами» металлургии, поскольку даже в микроколичествах они способны кардинально улучшать свойства материалов, — поясняет Лилия Александровна.

В Уральском регионе действуют два крупных алюминиевых предприятия, которые ежегодно «выдают» огромные объемы красного шлама. Эти отходы пока практически не перерабатываются, хотя потенциально могли бы стать источником стратегически важных материалов.

Особый интерес представляет скандий — редкий металл, который в России промышленно не добывается, хотя потребность в нем растет. История знает яркие примеры его применения: обшивка легендарного космического корабля «Буран» была изготовлена из алюминий-скандиевого сплава. Сегодня этот металл используется в электронике, он присутствует в наших смартфонах.

Лаборатория химии гетерогенных процессов, которой посвятил всю свою жизнь заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор химических наук Сергей Павлович Яценко, разработала перспективную карбонизационную технологию извлечения скандия из красного шлама.

— Мы показали, что такая технология перспективна. В московских институтах МИСИС и РХТУ им. Менделеева научные группы также плотно работают над карбонизационным извлечением скандия напрямую из красного шлама. Исследования подтверждают эффективность этого подхода, — рассказывает Лилия Пасечник.

Ученые из Екатеринбурга пошли дальше своих московских коллег. Не останавливаясь только на повышении степени извлечения скандия из красного шлама, они разработали технологию, позволяющую получать более чистый оксид скандия, эффективно разделяя компоненты многосоставного сырья.

И тут исследователей ждало интересное открытие. Оказалось, что концентрат, получаемый после карбонатной обработки красного шлама, содержит скандий и цирконий в пропорциях, близких к составу высокотехнологичной скандий-циркониевой керамики.

— Мы увидели, что концентрат по содержанию циркония и скандия соответствует составу, который используется в производстве специальной керамики, например, топливных элементов. Такая керамика служит ионно-электронным проводником, а скандий существенно повышает ее ионную проводимость, — уточняет Лилия Александровна.

Раньше исследователи старались разделить элементы, чтобы получить чистый скандий и чистый цирконий по отдельности. Но теперь они проверили свойства «полупродукта» и выяснили, что даже без глубокой очистки его электропроводящие характеристики при средних рабочих температурах не сильно уступают показателям специально синтезированных материалов. Это открытие значительно упрощает и удешевляет технологический процесс, делая его более привлекательным для промышленного внедрения.

История взаимодействия науки и промышленности в области переработки красного шлама на Урале пережила свои взлеты и падения. После известной аварии в Венгрии с огромными разливами красного шлама по территории нескольких населенных пунктов в 2012–2013 гг. на Уральском алюминиевом заводе был инициирован государственный контракт на строительство опытного участка комплексной переработки таких отходов. Промышленники работали над этой проблемой совместно с Институтом химии твердого тела и Институтом металлургии УрО РАН, но тогда сотрудничество не получило продолжения по коммерческим соображениям.

Сегодня ситуация меняется. Руды постепенно беднеют, отходов становится все больше, и они превращаются в ценный ресурс. Крупные производители алюминия рассматривают свои отходы как вторичное сырье и ждут эффективных технологий для извлечения редких металлов, чтобы получить дополнительный доход. Красный шлам является перспективным сырьем для получения железа, оксид которого придает ему ярко- красный цвет. В отвалы уходит большое количество недоизвлеченного алюминия, теряются другие ценные компоненты — титан, цирконий, иттрий и другие редкие металлы.

Интерес к разработкам уральских ученых проявляют и местные власти. Так, в ИХТТ для консультаций приезжал мэр города Краснотурьинска, где находится шламовое поле, принадлежащее городу.

— Технология не должна пропадать даром, она должна приносить пользу людям. Особенно ценно, когда к нам обращается сам владелец отходов и говорит: у нас есть рабочие места, рабочие руки и сырье, которое нужно переработать — помогите что-то сделать, — подчеркивает Лилия Пасечник.

 

Лаборатория химии гидрогенных процессов не ограничивается только утилизацией техногенных отходов. Среди направлений ее деятельности — биомедицинская керамика, металлургические процессы, сорбционные материалы и природоподобные технологии.

Ученые понимают, что полное освоение всех накопленных промышленных остатков требует огромных финансовых вложений. Поэтому они предлагают начинать с малого — постепенного, пошагового вовлечения этого техногенного сырья в производство, что позволит к тому же хотя бы частично сократить негативное воздействие отвалов на окружающую среду. Технология получения скандий-циркониевой керамики из концентрата, выделенного после карбонатной обработки красного шлама — не только эффективный и экономичный способ трансформации металлургических отходов, но и важный шаг к экологически чистому и ресурсосберегающему производству.

В условиях растущего спроса на редкие металлы и необходимости решения экологических проблем такие разработки приобретают стратегическое значение для Уральского региона и всей России.