Учёные из Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН (Москва), Уральского федерального университета им. первого президента России Б.Н. Ельцина (Екатеринбург) и Университета Тунцзи (Шанхай, КНР) разработали технологию получения глинозёма из угольной золы — побочного продукта работы угольных электростанций. Поскольку глинозём нужен при производстве алюминия, предложенный подход удешевит получение этого металла, а также позволит утилизировать образующиеся в огромных количествах отходы.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Cleaner Production.

Глинозёмом называют оксид алюминия, который находит широкое применение в различных отраслях промышленности, однако в основном используется при получении металлического алюминия. Объёмы производства с каждым годом растут, поэтому заводы нуждаются в дешёвом, но при этом качественном глинозёме. Исследования показывают, что сырьём для его получения могут служить различные промышленные отходы, в том числе золошлаковые отходы (угольная зола) — побочный продукт сгорания угля на теплоэлектростанциях. Ежегодно во всём мире электростанции производят более 1000 миллионов тонн угольной золы, которая складируется на шламополях и может попадать в почвы и водоёмы, тем самым загрязняя их. Поэтому использование золошлаков для получения глинозёма поможет сохранить окружающую среду вокруг электростанций.

Авторы работы предлагают технологию получения высококачественного глинозёма из золошлаков, в рамках которой исходное сырьё последовательно обрабатывают несколькими химическими реактивами. Они использовали золу, полученную в результате работы Рефтинской ГРЭС — крупнейшей угольной электростанции в России, расположенной в Свердловской области. Сначала золу в течение трёх часов растворяли в смеси серной кислоты и бисульфата аммония при температуре 200 °С. Полученный раствор охладили, в результате чего получили алюмоаммонийные квасцы — комплексную соль аммония, алюминия и серной кислоты. Затем их дополнительно очистили от примеси железа, растворили в воде и осадили в виде минерала алунита на поверхности затравки, которой служил минерал бемит. При этом исследователи меняли объёмы используемых реактивов, температуру и длительность осаждения, чтобы определить, какие условия позволяют получить наибольшее количество алунита. На заключительных этапах синтеза алунит промыли аммиаком для удаления серы и обожгли в печи при 950 °С.

Оказалось, что максимальное количество алунита — промежуточного продукта синтеза — удаётся получить в течение восьми часов при нагреве раствора до 90 °С. В этом случае эффективность осаждения составляет 88 %.

Химический анализ показал, что размер частиц и чистота глинозёма, произведённого предложенным способом, соответствуют требованиям государственных стандартов России, Китая и Индии. Поэтому полученный продукт может использоваться как отечественными, так и зарубежными глинозёмными заводами.

«Главной инновацией предлагаемого способа стала возможность осаждения алюминия в виде алунита без использования дополнительных реагентов, например, газообразного аммиака. Использование бемита, а не традиционно используемого гиббсита в качестве затравки позволило снизить температуру кальцинации глинозёма на 300 градусов. Таким образом, энергозатраты сокращаются на 30 процентов. В дальнейшем мы планируем оптимизировать продолжительность процесса осаждения и получать чистый порошок бемита без примеси серы, чтобы исключить стадию дополнительной очистки», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Дмитрий Валеев, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории сорбционных методов ГЕОХИ РАН.

Источник: пресс-служба РНФ.