Студенты КузГТУ разрабатывают технологии для получения редких и ценных элементов

Магистрант Кузбасского государственного технического университета Андрей Головачёв занимается получением концентратов редких и редкоземельных элементов из золы уноса кузнецких углей. Уникальность работы в том, что на данный момент редкие и редкоземельные элементы выделяют из «классических» месторождений. Ученые КузГТУ предлагают для этого использовать в качестве сырья отходы ТЭЦ И ГРЭС. Таким образом решаются актуальные для региона и России задачи: переработать отходы и получить продукты с высокой добавленной стоимостью.

В 2020 г. студент разработал методику и в результате химического выщелачивания и ионной флотации получил концентраты с низким выходом редкоземельных элементов (РЗЭ). Иными словами, с минимальной возможностью их выделения. Для максимального результата было решено измельчить золошлаковые материалы (ЗШМ), разделить их на компоненты, чтобы было легче получить редкие и редкоземельные элементы.

Химический и компонентный состав ЗШМ, как отмечает студент, многообразный. Практически все присутствующие там элементы – начиная от макрокомпонентов – железа и алюминия – и заканчивая микрокомпонентами – галлием, германием и РЗЭ – представляют ценность для промышленности.

– Из соединений циркония, иттрия, стронция и лантаноидов производят конструкционную керамику, топливные элементы и высокотемпературные сверхпроводники. Из германия – оптоволокно, светодиоды, линзы в инфракрасных камерах и спектроскопах, сверхпроводники, электрические чипы и т.д. Разработка технологии извлечения редких и редкоземельных элементов из золошлаков, в частности, из золы уноса, поможет утилизировать отходы и улучшить экологическую ситуацию в регионе, – уверен студент гр. ХНм-201 Андрей Головачёв.

Однако прежде чем выделить редкие ценные элементы, нужно разделить золошлаки на составные части. ЗШМ содержат легкую золу уноса, тяжелые шлаки, недожог – несгоревшие частицы угля, обладающие потенциалом к повторному использованию в качестве топлива, а также алюмосиликатные полые микросферы, которые можно применять в строительных материалах, и магнитную фракцию. Под руководством директора ИХНТ, профессора, д-ра хим. наук Татьяны Черкасовой студент измельчил 150 г ЗШМ, провел эксперименты методом флотации и разделил ЗШМ на горючую и негорючую фракции. Следующий этап работы – анализ содержания и выявление ценных компонентов.

Другие ценные элементы планирует извлечь из отходов углепотребления студентка гр. ХТб-181 Елизавета Легочёва. Сейчас она разрабатывает технологию для полного выделения из золошлаков компонентов с магнитными свойствами. Полученные вещества можно использовать в промышленности – а именно в металлургии для получения полифункциональных материалов достаточно высокой чистоты. Пока состоялся только первый этап исследования. Студентка выделила магнитную фракцию золошлаковых отходов Кемеровской ГРЭС.

– Такую сепарацию пока не проводят в промышленных масштабах, но работы, посвященные этому, есть. Способ сепарации не уникален. Уникальность в том, что в этом случае отходы углепотребления можно рассматривать как техногенное месторождение железосодержащей руды, выделять и использовать в дальнейшем для производства, например, легированных сталей высокого качества. Плюс к этому мы перерабатываем отходы, которые на данный момент просто складируются. Эта инновация может заинтересовать предприятия теплоэнергетики и металлургии, – рассказала третьекурсница.

В магнитной фракции исследуемой золы уноса, по мнению студентки, содержатся, помимо железа, кобальт и никель. Кроме того, из редкоземельных элементов – гадолиний, тербий, гольмий, эрбий. Под руководством канд. хим. наук, доцента кафедры химии, технологии неорганических веществ и наноматериалов Анастасии Тихомировой молодой исследователь продолжит изучение состава магнитной фракции золы уноса.

Результаты научной работы студенты представили на секции «Химия и технология неорганических веществ» конференции «Россия молодая-2021». И Елизавета Легочёва, и Андрей Головачёв работают по своим темам в рамках НОЦ «Кузбасс».

Также в рамках XIII Всероссийской, 66-й научно-практической конференции «Россия молодая» студенты, аспиранты, магистранты и другие участники работали в секциях «Химическая технология твердого топлива», «Технология основного органического и нефтехимического синтеза», «Процессы, машины и аппараты химических производств» и других.