На сегодняшний день в России работает более 100 тепловых электростанций (ТЭС), которые используют или ранее использовали уголь для производства тепловой и электрической энергии. При сжигании угля на ТЭС образуются твердые отходы (зола, шлак, золошлаковая смесь), которые коллективно называют «золошлаки». Объемы накопленных золошлаков превышают 1,5 млрд тонн, а ежегодный прирост составляет порядка 20 млн тонн. Российские ученые предложили использовать золошлаки в качестве альтернативы бокситам при производстве глинозема, ключевого сырья для получения алюминия. Это позволит снизить потребность в импорте глинозема на 15−20%. Детально ознакомится с выводами ученых можно в Journal of Cleaner Production. Исследование поддержано грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда.
Глинозем в основном используется для получения металлического алюминия. В 2021 году в России по данным ОК РУСАЛ было произведено 3,64 млн тонн первичного алюминия — 3 место в мире.
«Собственных производственных мощностей глиноземных заводов недостаточно для покрытия нужд алюминиевых заводов Сибири. Сырье завозится из Ирландии, Украины, Гвинеи и Австралии. С учетом политической обстановки последних месяцев, а именно эмбарго Австралии на поставки глинозема и приостановка работы Николаевского глиноземного завода, дефицит сырья в отечественной алюминиевой промышленности только увеличился«, — сообщает один из авторов статьи Никита Осокин, кандидат экономических наук, заместитель директора Центра отраслевых исследований и консалтинга Финансового университета при Правительстве РФ.
В золошлаках отечественных угольных электростанций может содержаться до 30% оксида алюминия. То есть отход промышленности может рассматриваться как альтернатива природному (ископаемому) источнику глинозема. Однако не все золошлаки могут быть использованы в данных целях.
«Проанализировав ежегодный прирост золошлаков на каждой из ТЭС в России, объем накопленных отходов и их химический состав, мы пришли к выводу, что наиболее перспективно использовать золы Рефтинской ГРЭС в Свердловской области и Омских ТЭЦ-4 и ТЭЦ-5 в г. Омске. Упомянутые электростанции находятся на расстоянии эффективного транспортного плеча от глиноземных заводов. С учетом этой преподсылки мы оценили, что в перспективе возможно получать до 1,5 млн тонн глинозема в год из золошлаков российских ТЭС«, — говорит Ирина Золотова, соавтор статьи, Генеральный директор Национальной ассоциации вторичного использования сырья (АРВИС).
Золошлаки являются продуктом высокотемпературного процесса сжигания угля. В связи с этим использование традиционных щелочных методов для получения глинозема из золошлаков крайне неэффективно. Ученые проанализировали самые последние разработки в области гидрометаллургии и показали возможность получения глинозема из золошлаков российских ТЭС в соответствии с требованиями
«Использовать классический способ Байера при переработке зол невозможно, так как помимо алюминия в раствор перейдет весь кремнезем, которого в золе может быть до 65%» — объясняет руководитель проекта Дмитрий Валеев, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории сорбционных методов ГЕОХИ РАН. «Мы проанализировали наиболее перспективные кислотные методы, которые используются для такого типа сырья — солянокислотный и бисульфатный. Показали, что образцы полученные экспериментально ничем не отличаются от выпускаемых на данный момент промышленностью. Помимо глинозема, из золошлаков возможно попутно получать другие продукты: коагулянты, концентраты редкоземельных металлов и аморфный диоксид кремния. Эти продукты имеют высокую добавленную стоимость и могут существенно увеличить рентабельность всей технологической схемы«.
Реализация рассмотренных методов на практике позволит снизить объемы накопления золошлаков ТЭС в Свердловской и Омской областях. Более того, подобные разработки позволяют повысить конкурентоспособность и снизить импортозависимость российской металлургии и придают дополнительный импульс для системного развития технологических цепочек цикличной экономики в промышленности.
