Российские металлурги разработали новый способ утилизации отходов алюминиевого производства. Его применение позволит переработать большую их часть в цикле черной металлургии, что существенно снизит количество этих отходов на шламополях. В результате экспериментов получен образец чугуна, который можно использовать для производства изложниц на сталеплавильных заводах. Результаты работы представлены в журнале Metals. Исследование поддержано в рамках Программы фундаментальных исследований президиума РАН №15.

Проблема накопления красных шламов возникла в алюминиевой промышленности с момента повсеместного внедрения щелочного способа Байера. Свое название эти отходы получили из-за ярко красного цвета, который им придают содержащиеся в них оксиды железа, поэтому места их складирования больше напоминают поверхность планеты Марс. В среднем алюминиевый завод производит до 1,5 т красных шламов на 1 т глинозема — сырья для производства алюминия. В большинстве стран эти отходы не перерабатывают, а складируют. В России в отвалах уже накоплено более 600 млн. т шламов и их накопление продолжается. Красные шламы наряду с железом, алюминием, титаном и скандием содержат вредные соединения натрия, мышьяка и хрома и представляют опасность для окружающей среды. Так, в 2010 году в Венгрии произошел выброс красного шлама из хранилища, в результате чего значительная территория подверглась загрязнению.

Ученые ИМЕТ РАН совместно с коллегами из НИТУ «МИСиС», МГУ и КузГТУ научились получать из красного шлама чугун специального состава, применяемый при изготовлении изложниц — емкостей для разливки металла.

«Распространенным подходом для переработки красных шламов является их плавление в смеси с углеродом и известью при высоких температурах с получением чугуна. Данный метод является труднореализуемым за счет наличия в шламе щелочи, которая приводит к разрушению плавильных печей. В нашей работе мы использовали для плавки шлам после удаления из него щелочи, которую можно вернуть в цикл производства алюминия. Другим важным отличием нашей технологии является использование экстремально высоких температур — более 1700 ºС, что позволяет получать чугун со специальными свойствами» — отмечает один из авторов исследования Дмитрий Зиновеев, младший научный сотрудник ИМЕТ РАН.

В полученном чугуне содержится больше 1,5% карбида титана, который придает ему высокую прочность, но отрицательно влияет на его текучесть. Однако в образце также присутствует высокое содержание фосфора (~1%), который приводит к образованию легкоплавких соединений, что существенно улучшает его жидкотекучесть. Оба фактора позволяют использовать такой чугун в процессе изготовления изложниц с высокими эксплуатационными свойствами.

Включения карбида титана в чугуне

Включения карбида титана в чугуне

«В данном исследовании нам удалось получить уникальный химический состав чугуна, сочетающий высокую прочность и хорошую текучесть. Чугуны похожего состава используются на заводе ЕВРАЗ, однако, для их производства применяют дорогостоящие добавки ферросплавов. В нашем случае, мы используем отход, в котором есть все необходимые элементы, поэтому можно получать «природнолегированный чугун». Внедрение этой технологии не только снизит производственные издержки, но и поможет продвинуться в сторону безотходного глиноземного производства», — объясняет руководитель проекта Дмитрий Валеев, кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИМЕТ РАН.