Сотрудники Физико-технического института ИрГТУ получили патенты на способ переработки твердых фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия и способ выделения углеродных наночастиц.
Один из авторов проекта, начальник отдела лазерной физики и нанотехнологий ФТИ Николай Иванов пояснил, что углеродные наноструктуры (нанотрубки, астралены) являются эффективными модификаторами различных материалов и позволяют существенно повысить их прочностные характеристики (сталей, сплавов черных и цветных металлов, бетонных смесей, полимер-битумные покрытий, углепластиков и др.).
«Углеродные нанотрубки способствуют улучшению многих свойств материалов, в которые их добавляют. Например, прочность некоторых бетонов повышается почти в два раза, пластиковые изделия становятся проводящими, снижая накопление электростатических зарядов, износостойкость увеличивается, существенно уменьшается коэффициент трения»,- сообщил Н. Иванов.
Он рассказал, что при электролитическом способе производства алюминия образуются твердые фторуглеродсодержащие отходы, к которым относятся: угольная пена, углеродистые отходы капитального ремонта электролизеров (отработанная футеровка), пыль и шламы газоочистки, шламы со шламовых полей и др. С этими отходами теряются ценные элементы: фтор, углерод, алюминий, натрий. Неперерабатываемые отходы или остатки от их частичной переработки относятся к 3 классу опасности, для их хранения используются дорогостоящие шламохранилища, которые представляют экологическую опасность и занимают значительные площади.
Ученые ИрГТУ предлагают использовать отходы в качестве углеродистого сырья для получения углеродных наночастиц. Этот способ позволит не только перерабатывать образующиеся отходы, но и вернуть в производство ранее накопленные на шламовых полях, улучшив экологическую ситуацию, а также решит другие экологические проблемы алюминиевой промышленности, к примеру, сократив средства на эксплуатацию хранилищ для вторичных отходов.
«Мы проводим выделение углеродных наночастиц из углеродсодержащих материалов. Суть заключается в том, что в процессе электролиза алюминия образуются углеродная пена за счет электроэрозии угольных электродов, из которой мы в дальнейшем извлекаем фтористые соли, аморфный углерод и углеродные наноструктуры» , - пояснил Н. Иванов.
По его информации, этот способ извлечения нанотрубок выгодно отличается от существующих в мире дорогостоящих технологий.
«Если их производить на специальных установках, как это происходит во всем мире, то стоимость может достигать 60 тыс. рублей за 1 кг, мы можем сократить ее почти в 10 раз, - подчеркивает Н. Иванов. - В качестве углеродистого материала используем осадок, образовавшийся после выщелачивания твердых фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия. Обработку осадка ведут водным раствором органической кислоты, затем проводится термообработка, ультразвуковая обработка и механическое двухстадийное разделение. Наше изобретение позволяет снизить энергетические и материальные затраты на реализацию процесса, упростив технологию получения углеродных наночастиц. Снижение стоимости наночастиц даст толчок к их более широкому применению в качестве модификаторов материалов».
В конце апреля на базе Технопарка ИрГТУ планируется открыть малое инновационное предприятие по производству углеродных нанотрубок «Нанотехцентр». Основной задачей предприятия будет создание опытно-промышленной технологии. Ориентировочная мощность производства на этой стадии позволит перерабатывать примерно одну тонну отходов с получением нескольких килограммов углеродного наномодификатора.
Ирина Афанасьева
