Патентное свидетельство из Германии получили сотрудники ИРНИТУ Александр Немаров, Виктор Кондратьев и Антонина Карлина. Они запатентовали устройство для флотации наноразмерных и микроразмерных структур, которое может применяться при извлечении данных частиц из техногенных отходов кремниевого производства. Полученные нанопродукты могут значительно улучшить свойства строительных и конструкционных материалов - бетона, асфальта, металла, красок и резины.
Зарубежный патент свидетельствует о высоком уровне научно-исследовательских работ, которые проводятся в рамках совместного проекта Инженерно-технологического центра Объединенной Компании «РУСАЛ» и ИРНИТУ, которые выиграли конкурс по Постановлению Правительства РФ N 218 (кооперация вузов и предприятий). Согласно проекту до конца 2018 года должна быть разработана комплексная ресурсосберегающая технология.
Ранее сотрудники иркутского «политеха» запатентовали способ извлечения углеродных наночастиц и наночастиц диоксида кремния из шламов газоочистки электротермического производства кремния с помощью флотации (разделения мелких твёрдых частиц в водной суспензии или растворе). Использование предлагаемой технологии обеспечивает получение товарных целевых продуктов, что значительно снижает себестоимость нанопродуктов, расширяет сырьевую базу для их производства.
Одним из авторов устройства для флотации является ведущий научный сотрудник научно-исследовательской части (НИЧ) ИРНИТУ Александр Немаров, на счету которого более 10 зарубежных патентов.
Он отметил, что техногенные отходы металлургического производства со шламового поля содержат углерод и кремнийсодержащие материалы. Они образуются в результате термического, химического воздействий компонентов кремнезем-углеродистой шихты и других процессов. Данные мелкодисперсные продукты реакции, в том числе, имеющие наноразмеры, попадают в систему газоочистки, на выходе из которой смешиваются с водой и поступают в шламохранилище. Техногенные отходы представляют собой материал, содержащий значительное количество наночастиц углерода и шариков диоксида кремния - SiO2 (до 20 и 70% соответственно). Остается только извлечь эти частицы из шлама и разделить по составу.
Ученые считают, что наиболее простым, дешевым и эффективным способом выделения и разделения компонентов шлама является флотация. Флотационные технологии и оборудование широко используются в горнодобывающей промышленности, в обогащении, в металлургии и в химии. Технической задачей при использовании флотации для переработки шлама газоочистки является подбор и оптимизация технологических параметров, поскольку мелкодисперсные частицы очень плохо флотируются.
Флотационная машина представляет собой смонтированную в металлическом каркасе камеру, куда подается смесь сырья с определенными реагентами. При перемешивании с подачей воздуха образуются воздушные пузырьки. Вместе с воздушными пузырьками одни частички смеси поднимаются в виде пены и выходят наружу, представляя собой концентрат углеродных наноструктур. Другие частички хорошо смачиваются водой и остаются внутри камеры – это диоксид кремния. Таким образом, происходит разделение двух продуктов, которые могут найти применение в самых разных областях, улучшая характеристики материалов.
Для обеспечения эффективного захвата из пульпы наночастиц углерода и переноса их в пенный продукт разработчики предложили в процессе аэрации подавать исходные пузырьки воздуха размером не более 50•10-6 м. При этом важно поддерживать определенную высоту слоя пены в ламинарном режиме, что обеспечивает эффективное удаление наночастиц углерода из флотационной камеры.
«Флотационную машину можно сравнить со стиральной - она «отстирывает» ценные компоненты. При классической флотации, которая применяется на российских производствах, из-за не оптимальной системы аэрации мелкие частицы «выносятся», как в камерный, так и в пенный продукты. В этом случае даже существенно гидрофилизированные наночастицы SiO2 переходят в пену.
При разработке своего устройства мы взяли за основу австралийскую флотомашину Джеймсона, получившую признание при флотации угольных шламов и удалении органических примесей. Однако применение зарубежной флотомашины предусматривает большие энергозатраты, поскольку пена обильно поливается водой (85 кубометров в час), чтобы исключить в ней лишний продукт. Наше устройство может работать без полива водой пенного слоя.
В Технопарке ИРНИТУ создана лабораторная модель флотационной установки, которая уже апробирована на наноразмерных структурах. Поставщиком сырья (пылевые отходы) является ЗАО «Кремний» (г. Шелехов). Мы провели много экспериментов, получив хорошие результаты - выход углерода составил 96%», - рассказал А. Немаров.
Инновационный модуль для очистки технологических газов и улавливания нано-дисперсной пыли в рамках совместного проекта ИРНИТУ и Инженерно-технологического центра Объединенной Компании «РУСАЛ» планируется построить и запустить в эксплуатацию в 2018 году. Один из вариантов его размещения - ООО «СУАЛ-Кремний-УРАЛ», расположенный в г. Каменск-Уральский Свердловской области. Планируется ежегодно улавливать свыше 6,5 тыс. тонн дисперсной пыли, которая будет разделяться на нужные концентраты по содержанию углерода и диоксида кремния.
