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.