Производство алюминия сопровождается образованием токсичного побочного продукта — красного шлама. Для уменьшения объёмов этого опасного отхода учёные разработали инновационный способ его очистки с помощью электрических импульсов, что позволяет повторно использовать шлам вместо его захоронения.

Как образуется красный шлам

Процесс получения алюминия начинается с бокситовой руды, содержащей ценные алюминиевые минералы и различные примеси, такие как диоксид кремния, оксиды железа и титана. Измельчённый боксит смешивают с горячим концентрированным раствором гидроксида натрия, в результате чего алюминиевые минералы растворяются, а примеси остаются в твёрдом виде.

После фильтрации или осаждения из раствора извлекают глинозём — основной продукт, а оставшиеся вещества формируют твёрдый отход — красный шлам. Этот шлам отличается высокой токсичностью из-за щёлочности и содержания тяжёлых металлов. По оценкам, на каждую тонну глинозёма приходится от одной до двух тонн красного шлама.

Новый метод очистки

В поисках решения проблемы утилизации красного шлама исследователи из Университета Райса применили метод импульсного нагрева по эффекту Джоуля. Они подвергли шлам кратковременному мощному электрическому разряду, напоминающему вспышку молнии. Такой подход позволил испарить вредные металлы и получить очищенное соединение, богатое алюминием. Добавление небольшого количества хлора в камеру с шламом дополнительно повысило эффективность процесса.

По словам одного из авторов исследования, Цимина Лю, «скорость и простота этого метода выгодно отличают его от других: всего за 60 секунд удалось извлечь 96% железа и почти все токсичные компоненты, при этом практически весь алюминий сохранился».

Перспективы повторного использования

Очищенный красный шлам исследователи превратили в сверхпрочные керамические материалы, которые могут применяться в строительстве. Кроме того, очищенный шлам можно использовать повторно для получения дополнительного алюминия.

Руководитель исследования Джеймс Тур отметил: «Наше исследование предлагает потенциально революционное решение проблемы красного шлама. С промышленной точки зрения это огромный прогресс: менее чем за минуту токсичный балласт превращается в ценный ресурс».

Экологические преимущества

Очистка красного шлама, по мнению учёных, приносит значительные экологические выгоды: снижает потребность в добыче боксита, уменьшает выбросы парниковых газов и способствует ликвидации токсичных отходов, способных вызвать экологические катастрофы.

Внедрение и дальнейшее развитие

В настоящее время новый метод масштабируется компанией Flash Metals USA, спин-оффом Университета Райса. Команда отмечает, что технология может быть применена и в других отраслях, например, в производстве стали. Это дополняет ранее предложенный способ переработки красного шлама с помощью плазмы для получения «зелёной» стали, что становится ещё одним шагом к решению проблемы ежегодного образования почти 200 миллионов тонн этого токсичного вещества.

Как подчёркивает Джеймс Тур, речь идёт не только о переработке красного шлама, но и о смене отношения к промышленным отходам в целом: «Если мы сможем применить этот метод к другим промышленным остаткам, это может стать началом новой эры в устойчивом восстановлении материалов».