В комиксе Дональда Дака 1996 года изобретатель Джайро Гирлуз изобрел супермашину, которая сортирует дешевый лом и металл, ссыпанный в трубу, а из другой трубы выходит золото и блестящие новые монеты. Теперь ученые SINTEF пытаются сделать то же самое.
В одном из лабораторных залов SINTEF Materials and Chemistry на улице Глёсхауген в Тронхейме доминирует четырехметровый серебристый прибор. И трубопроводы, и кабели еще не установлены, а его «крышка» до сих пор лежит на полу, ожидая установки весной этого года.
Тем не менее, это машина, в которую расплавленный нечистый алюминий будет заливаться сверху, подвергаться процессу рафинирования и выходить через два выхода в виде чистого алюминия и загрязненного металла соответственно.
Ряд проектов по всему миру пытались перерабатывать и очищать алюминий таким образом, но пока с ограниченным успехом. Ученые SINTEF, по крайней мере, не знают о каких-либо положительных результатах в литературе, поэтому сейчас они сами предпринимают попытку. Уже более десяти лет они работают над своей машиной для переработки и очистки загрязненного алюминия. В мае этого года они узнают, удалось ли им это.
Оборудование
В левой части гигантской машины находится система очистки: расплавленный алюминий с температурой около 660 градусов по Цельсию заливается через вертикальную изолированную трубу и распространяется по горизонтальному каналу сразу под ним. Затем всю систему слегка наклоняют, и большой вращающийся винт, сделанный из графита, заставляет (удалять) затвердевшие кристаллы, находящиеся в равновесии с чистым алюминием, подниматься вверх к самой горячей точке, в то время как примеси оседают в более прохладной части. Здесь температура будет около 650 градусов. Сегодня винт вынут из машины и лежит на салазках, образующих правую сторону машины.
В различных частях машины установлено около 40 нагревательных элементов, что дает ученым полный контроль над температурой.
Цели
Сегодня в мире перерабатывается около 9,9 млн тонн металлолома в год. В ближайшем будущем ожидается поступление большего количества такого лома, в том числе из зданий, срок службы которых истекает через пятьдесят или шестьдесят лет.
«Hydro стремится повысить уровень переработки и к 2020 году перерабатывать миллион тонн алюминия в год. Компания оказывает финансовую поддержку этому проекту более десяти лет», - говорит Энн Квитилд из SINTEF. «Сегодня Hydro закупает металлолом у торговцев металлоломом, помимо собственных ресурсов компании. Но поддон металлолома представляет собой смесь многих вещей, например, загрязненных железом. Некоторое из этого можно отделить магнитным полем, но многое остается. Нечистый металл можно использовать в продуктах, которые не обязательно должны быть чистыми, например, в некоторых компонентах автомобилей, но не в алюминиевой кухонной фольге, которая должна быть из чрезвычайно чистого алюминия. Для Hydro важно иметь возможность извлекать такие чистые продукты из металлолома».
Проблема в том, что каждый раз, когда металл перерабатывается, доля нежелательных элементов в расплаве возрастает. Это сейчас доставляет промышленности такие серьезные проблемы, что она иногда вынуждена добавлять чистый алюминий (удалять в плавку), чтобы не получить "мусорные сплавы".
Если все пойдет хорошо, наша рафинировочная печь сможет обратить эту тенденцию вспять. Мы можем удалить нежелательные примеси, такие как железо, на грязном конце и получить чистый алюминий на чистом конце, где он может быть таким же чистым как первичный металл. Мы даже можем сделать его чище, чем первичный, но тогда мы должны начать учитывать экономику процесса», - говорит Арне Нордмарк, научный коллега Анны Квитилд.
История процесса
Кристиан Сименсен и его коллеги из SINTEF Materials and Chemistry в Осло начали проект более десяти лет назад. Сименсен работал в австралийской компании Comalco Ltd в конце 80-х и участвовал в экспериментальной очистке на экспериментальных алюминиевых заводах в рамках проекта, в котором участвовали Comalco и CSIRO, австралийский исследовательский совет.
«Испытания прошли успешно, - говорит Симонсен, - и они произвели алюминий высокой чистоты. Но Comalco продолжила строительство полномасштабной системы, которая потерпела неудачу, потому что материалы печи были недостаточно качественными. печь провисла, (удалить и) ее внутренние поверхности подверглись коррозии и загрязнению расплава, после чего предприятие приняло решение прекратить испытания.
Аппарат SINTEF отличается от аппарата Comalco, но используемый принцип идентичен; процесс Паттинсона, изобретенный в 1833 году.
Одно и то же
Энн Квитилд специализируется на переработке алюминия. Она знает, что мы никогда не сможем избавиться от примесей в металле; все, что идет в процесс очистки, может быть отделено только разными способами.
"То же самое и с процессом, над которым мы сейчас работаем: если мы добавим алюминий, содержащий 2% железа, в расплаве все еще будет 2%, когда он появится, но мы можем выбрать в равных количествах взять 3,9% железа с "грязной" стороны и 0,1% с чистой стороны, или 3,5% с грязной стороны и 0,5% с чистой стороны. Все зависит от того, как мы проведем процесс. Мы можем даже настроить его на производство полностью чистого переработанного алюминия. Но на данный момент наиболее важным является повышение качества алюминия до качества, пригодного для повторного использования, и идея состоит в том, чтобы отделить достаточное количество содержащихся в нем примесей».
Тестирование весной
Проектная группа находится на последнем году самофинансируемых исследований при дополнительной поддержке Исследовательского совета Норвегии и компании Hydro. В ходе большого испытания в мае в аппарат будет загружено 50 кг загрязненного алюминия, извлечено из него чистым/грязным концом и подвергнуто последующему анализу.
«Следующие шаги будут зависеть от результатов теста», - говорит Арне Нордмарк. «Одна вещь, которую нам нужно будет сделать, - это найти правильный баланс между степенью чистоты и временем, необходимым для ее достижения. Чем дольше мы продолжаем процесс, тем чище будет конечный продукт».
«Да, мы взволнованы», - добавляет Энн Квитилд, и было бы, конечно, неплохо, если бы после завершения теста мы могли бы сказать, как Джайро Гирлоуз: «Как видите, это чертовски просто!"