Двое представителей ИРНИТУ стали победителями в конкурсе на право получения грантов Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук.
Ведущий научный сотрудник отдела инновационных технологий Физико-технического института Иван Сысоев выиграл грант по направлению «Технические и инженерные науки». Ему предстоит провести исследования и создать комплекс эффективного использования тепловой энергии технологических газов на алюминиевых электролизерах большой единичной мощности. Проект заведующего кафедрой автоматизации производственных процессов ИРНИТУ Владимира Ершова направлен на разработку ресурсосберегающей экологически приемлемой технологии получения фтористых солей из фторсодержащих отходов алюминиевого производства. Данный проект победил в области знаний «Науки о земле, экологии и рациональном природопользовании».
В 2016 году ученые получат финансовую поддержку в размере 600 тыс. рублей на проведение исследований. По итогам года Совет по грантам Президента РФ может предложить авторам продолжить работу по заявленным темам в 2017 году, в этом случае ученые также могут рассчитывать на финансирование (600 тыс. рублей).
Ежегодно число заявок растет, конкуренция среди молодых ученых в этом году была высокой. На один грант претендовали до шести человек (молодых кандидатов наук). Напомним, что И. Сысоев уже второй раз становится победителем данного конкурса РФ. В 2013 году соисполнителями гранта выступили к.т.н. В. Ершов и аспирант Е. Радионов (в декабре 2015 на дисс. совете ИРНИТУ успешно защитил кандидатскую диссертацию).
Разработка И. Сысоева направлена на создание технологии, обеспечивающей снижение объема и эффективное использование аккумулированной тепловой энергии технологических газов для предварительного нагрева обожженных анодов, базирующейся на типовом производственном оборудовании. Это позволит снизить капитальные затраты при эксплуатации и проектировании газоочистных систем и увеличить технико-экономические показатели процесса электролиза. Итогом работы станет создание модуля охлаждения отходящих газов и предварительного нагрева обожженных анодов.
Автор подчеркивает, что алюминиевые заводы являются одними из крупнейших энергопотребителей с малоизменяемым графиком нагрузки и высокой степенью зависимости от источника электроэнергии и ее стоимости. Технология электролиза алюминия непрерывно совершенствуется в сторону увеличения единичной мощности электролизеров.
«Тепловой баланс алюминиевого электролизера предусматривает отвод значительного количества высокотемпературных технологических газов. Необходимость охлаждения их перед очисткой обусловлена стремлением снизить физические объемы очищаемых газов, а также для обеспечения работоспособности и долговечности газоочистного оборудования. Так, например, наиболее эффективные пыле- и газоочистные аппараты нормально функционируют при температуре газов до 200–300°С. Превышение этих значений температур свыше 400°С может привести к необратимым деформациям металлических конструкций газоочистного оборудования и его преждевременному выходу из строя. Кроме этого, рукавные фильтры, широко применяющиеся в технологии газоочистки, имеют жесткие ограничения по температуре очищаемых газов. Одним из путей повышения энергоэффективности производства алюминия является рекуперация и возврат в технологический процесс тепловой энергии, уносимой технологическими газами от электролизеров в систему газоотсоса. Потери тепла с газами, отходящими от электролизера с предварительно обожженными анодами составляют 12,5 % всех теплопотерь.
Обзор технических решений в данной области показал, что целесообразно использовать тепло технологических газов для предварительного нагрева новых обожженных анодов перед их установкой в электролизер. Одной из причин повышенного расхода углеродного материала является образование трещин вследствие термического удара (термического шока), испытываемого холодным анодом при его погружении в расплав. Снизить последствия термического удара – трещинообразование и связанный с этим повышенный расход углерода, возможно за счет предварительного, перед установкой в расплав, нагрева обожженного анода до 90-100 градусов, что существенно повышает производительность электролизера и снижает трудозатраты на его обслуживание, связанные с извлечением из электролита отколовшихся кусков анода», - сообщил И. Сысоев.
По данным грантополучателя В. Ершова, в результате деятельности заводов по производству алюминия образуется большое количество твердых техногенных отходов, состоящих из углерода и соединений фтора, натрия и серы, а также газообразные выбросы в атмосферу (фтористый водород, диоксид серы, смолы). Если степень вреда от промышленных газов можно значительно снизить, применяя более совершенные (герметичные) типы укрытий электролизеров и более совершенные системы газоочистки, то в отношении твердых отходов требуется разработка новых решений, обеспечивающих утилизацию с получением легко реализуемых (вторичных) продуктов.
«Алюминиевая промышленность является основным потребителем фтористых солей и по темпам роста, объему производства занимает ведущее место в цветной металлургии. Основной задачей переработки отходов является извлечение из них фтора и его соединений. За годы развития алюминиевой промышленности на территории промышленных площадок заводов было накоплено до нескольких сотен тысяч тонн твердых фторуглеродсодержащих отходов (как правило, состоящих из хвостов флотации угольной пены, пыли электрофильтров, шламов содовой газоочистки, отходов капитального ремонта электролизеров). Хранение этих отходов требует специально оборудованных и дорогостоящих сооружений - шламовых полей. В настоящее время в районе расположения алюминиевых заводов практически отсутствуют площади для строительства новых шламонакопителей. К тому же, практически невозможно достичь идеальной гидроизоляции шламовых полей, что влечет за собой неорганизованные потери ценных для электролиза компонентов и оказывает дополнительную нагрузку на экологию промышленных регионов», - рассказывает В. Ершов.
В связи с этим, предложено провести ряд исследований, направленных на получение фтористых солей из отходов производства алюминия. Затем эти соли (далее полезный продукт) будут вновь использоваться в алюминиевой промышленности, создавая тем самым, модель безотходного производства.
Совместно с коллегами из Института металлургии и химической технологии им С.Б. Леонова (и Физико-технического института), В. Ершов намерен провести комплексную научно-исследовательскую работу. В первую очередь, им предстоит определить параметры технологического процесса гидрохимической и высокотемпературной обработки отходов. Далее следует разработка аппаратурно-технологической схемы комплексной технологии и работа над созданием способа выделения углеродных наноструктур из графитовой части отходов в виде товарного продукта.
Результатом исследований станет создание запатентованной ресурсосберегающей экологически приемлемой технологии получения фтористых солей, а также попутных востребованных углеродсодержащих продуктов из фторсодержащих отходов алюминиевого производства.
Список обладателей гранта пополнил еще один иркутянин - Спартак Хуцишвили (Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН).
Отметим, что на соискание президентского гранта для молодых российских ученых (кандидатов наук) в 2016 г. от ИРНИТУ было подано семь заявок. Всего на конкурс поступило 2259 заявок из разных регионов страны. Победителями названы 400 российских ученых, занимающихся исследованиями в области математики и механики, физики и астрономии, химии, новых материалов и химических технологий, биологии и науки о жизни, общественных и гуманитарных наук, медицины, технических и инженерных наук, сельскохозяйственных наук, а также информационно-телекоммуникационных систем и технологий.
Более подробной информацией о грантах и стипендиях Президента РФ можно ознакомиться на официальном сайте Совета по грантам Президента РФ https://grants.extech.ru/grants/res/index.php?TZ=K&year=2016&mlevel=4-2-2-1
