Отходы угольных электростанций удешевят производство глинозема

Ученые разработали технологию получения глинозема из угольной золы — побочного продукта работы угольных электростанций. Поскольку глинозем нужен при производстве алюминия, предложенный подход удешевит получение этого металла, а также позволит утилизировать образующиеся в огромных количествах отходы. Полученный авторами глинозем соответствует стандартам качества, установленным в России, Китае и Индии, поэтому потенциально может использоваться как на отечественных, так и на зарубежных производствах. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Cleaner Production.

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

Ученые из Института геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского РАН (Москва), Уральского федерального университета (Екатеринбург) и Университета Тунцзи (Китай) разработали технологию получения высококачественного глинозема из золошлаков, в рамках которой исходное сырье последовательно обрабатывают несколькими химическими реактивами.

Авторы использовали золу, полученную в результате работы Рефтинской ГРЭС — крупнейшей угольной электростанции в России, расположенной в Свердловской области. Сначала золу в течение трех 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 ученые меняли объемы 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 — удается получить в течение 8 часов при нагреве раствора до 90°С. В этом случае эффективность осаждения составляет 88%.

Химический анализ показал, что размер частиц и чистота глинозема, произведенного предложенным способом, соответствуют требованиям государственных стандартов России, Китая и Индии. Поэтому полученный продукт может использоваться отечественными и зарубежными глиноземными 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 глинозема на 300°С. Таким образом, энергозатраты сокращаются на 30%. 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.