Алюминий на сегодняшний день в основном получают далеко не безвредным способом — электролизом. Восстановление металла из его оксида — глинозёма (Al₂О₃) ведут в электролитической ванне с угольными электродами. В качестве электролита используется расплав фторсодержащего соединения криолита — Na₃AlF₆. (Напомним, что фторсодержащие вещества токсичны.)

Экологический вред, который наносят алюминиевые заводы, нередко приводит к их закрытию.

Такой процесс оказывает разрушительное влияние на окружающую среду, поскольку сопряжён с выбросами загрязняющих веществ в атмосферу и образованием твёрдых отходов. К их числу относятся угольная пена, образующаяся в результате неполного сгорания и эрозии анода в электролизере, а также пыль, оседающая в электрофильтрах на первой стадии очистки отходящих газов. В состав этих твёрдых отходов входят такие опасные соединения, как криолит, хиолит (3AlF₃·5Na), фторид натрия (NaF) и смолистые вещества.

В настоящее время наиболее эффективным считается двухстадийное гидрохимическое разложение фторуглеродсодержащих отходов. Специалисты ищут эффективный способ одностадийного процесса. Активные исследования в области переработки отходов электролитического производства алюминия ведутся и в России и за рубежом, но экономически обоснованных, применимых на практике результатов почти нет.

Оригинальное решение, позволяющее превращать фторсодержащие соединения в полезные и безопасные вещества, предложили учёные Политехнического института Сибирского федерального университета (СФУ, Красноярск). В основе нового метода лежит гидроударная резонансная технология.

Основные элементы предложенного гидроударного аппарата — сопловой блок и модулятор потока. При прохождении пульпы через сопловой блок с высокой скоростью она подвергается серии интенсивных гидравлических ударов. В результате в движущемся турбулентном потоке генерируются импульсы высокого давления и развивается мощная кавитация (образование полостей, заполненных газом, паром или их смесью, кавитационных пузырьков). При этом в среде создаются условия для протекания так называемых звукохимических реакций. Это класс химических и физико-химических реакций, возникающих под действием акустических колебаний — обычно ультразвукового диапазона. Самая распространённая из них — расщепление воды на ионы Н⁺ и ОН^–.

Благодаря развивающимся звукохимическим реакциям в гидроударном аппарате происходят диспергирование, эмульгирование и собственно выщелачивание фтористых соединений. Так что на выходе сразу получаются обесфторенные (не содержащие ионы фтора) углеродсодержащее сырьё и раствор фтористых солей. Фтористые соли могут служить сырьём для полезных производств — получения вторичного криолита, который, в свою очередь, может вновь использоваться в производстве алюминия, а также стекла, эмалей и плавиковой кислоты. Из углеродсодержащего сырья, выделяемого в виде твёрдого осадка, предлагается получать топливные брикеты, для этого к нему можно добавлять стружки или опилки — отходы деревообрабатывающего производства. Также углеродсодержащее сырьё можно возвращать обратно в цикл производства алюминия для приготовления угольных анодов.

Примерная стоимость гидроударного резонансного комплекса составит 1,5—2 млн рублей. Обслуживать его смогут 2—3 человека. Размещать такие комплексы можно непосредственно на шламовом поле или в технологической цепочке производства алюминия — рядом с местом образования отходов.

Проектом уже заинтересовалась ведущая российская компания — производитель алюминия.

№8, 2013