Сотрудник ИРНИТУ Михаил Кузьмин предлагает очищать алюминий от примесей методом фракционной кристаллизации

28 декабря 2015 года//Наука

Сотрудник ИРНИТУ Михаил Кузьмин предлагает усовершенствованную технологию рафинирования (очистки) алюминия от примесей железа и кремния. По данной тематике молодой учёный успешно защитил кандидатскую диссертацию на базе Иркутского технического университета в декабре текущего года.

Как подчеркнул М. Кузьмин, алюминиевая промышленность является одной из ключевых отраслей Иркутской области и вносит существенный вклад в экономику региона. Основная задача предприятий алюминиевой промышленности, особенно в условиях кризиса - повышение качества готовой продукции. Один из эффективных способов - совершенствование процесса рафинирования алюминия, т.е. его очистки от примесей.

«В алюминиевом производстве существуют большие объёмы чернового металла, производимого электролизёрами перед выходом на капитальный ремонт. Содержание примесей железа и кремния в таком металле значительно увеличивается. В настоящее время единственным способом получения алюминия технических марок из данного металла является его «расшихтовка» большим количеством алюминия с низким содержанием железа и кремния. Таким образом, разработка нового эффективного способа рафинирования чернового алюминия является актуальной задачей», - пояснил М. К узьмин.

Способ очистки, который разработал молодой ученый в рамках своего исследования, основан на принципе фракционной кристаллизации, т.е. перераспределении примесей между жидкой и твердой фазой в процессе кристаллизации алюминия. В отличие от более известного электролитического, кристаллизационное рафинирование отличается высокой энергоэффективностью, экологической безопасностью и низкими затратами на реализацию.

В ходе диссертационного исследования М. Кузьмин разработал установку, позволяющую осуществлять кристаллизационное рафинирование алюминия в лабораторных условиях. Принцип её действия основан на выделении примесей железа и кремния из алюминиевого расплава за счёт его быстрого охлаждения и введения в поверхностный слой металла массивного стального кристаллизатора.

Методом математического планирования эксперимента были определены оптимальные параметры рафинирования: глубина погружения кристаллизатора в расплав (0,3 см), начальная температура расплава (740–770 °С), время нахождения кристаллизатора в расплаве (30–65 с), скорость вращения кристаллизатора в диапазоне (0–30 об/мин). Установлено, что на степень очистки алюминия от примесей наибольшее влияние оказывает глубина погружения кристаллизатора в алюминиевый расплав.

В ходе работы М. Кузьмин определил перспективы реализации разработанного способа рафинирования алюминия на предприятиях алюминиевой промышленности. Предложена усовершенствованная технологическая схема электролитического производства алюминия с организацией дополнительной стадии кристаллизационного рафинирования «чернового» металла, а также отдельная аппаратурная схема его реализации.

Молодым ученым представлен расчёт показателей экономической эффективности внедрения способа кристаллизационного рафинирования алюминия в производство на примере Иркутского алюминиевого завода. Срок окупаемости проекта составил – 2,3 года, а дополнительная прибыль от его реализации – $154 тыс. в год.

Перспективность промышленной реализации разработанного способа обусловлена высокой степенью очистки алюминия. В случае соблюдения оптимальных параметров процесса можно добиться снижения концентрации железа в 5 раз (с 1,5 до 0,3 % (масс.) и кремния – в 3,6 раза (с 0,25 до 0,07 % (масс.) в очищаемом металле.

Отметим, что на разработанный способ кристаллизационного рафинирования в Роспатенте была оформлена и зарегистрирована заявка на изобретение. Также по результатам диссертационного исследования М. Кузьмин опубликовал 16 научных статей, в том числе шесть – в журналах, рекомендованных ВАК.

По мнению молодого учёного, проведенное исследование является крайне актуальным для Иркутской области, так как на её территории расположены крупнейшие заводы, специализирующиеся на выпуске алюминиевой продукции. Среди них ОАО «РУСАЛ Братск» (БрАЗ) и филиал ОАО «РУСАЛ Братск» в г. Шелехов (ИркАЗ).

К предложенному аспирантом ИРНИТУ способу очистки алюминия проявило высокую заинтересованность руководство Иркутского алюминиевого завода (г. Шелехов), а также НТЦ «Легкие металлы» (Красноярский край). Отметим, что директор НТЦ «Легкие металлы» заслуженный металлург РФ Пётр Поляков выступил официальным оппонентом соискателя. Вторым оппонентом стал советник ЗАО «РУСАЛ Глобал Менеджмент Б.В.» профессор Василий Крюковский. Диссертация подготовлена под руководством профессора ИРНИТУ, Заслуженного деятеля науки и техники РФ Альберта Бегунова.

Ольга Балабанова
Фото предоставлено Михаилом Кузьминым


Вернуться