Металлургические заводы выбрасывают в атмосферу огромное количество углекислого газа, а кроме того оставляют большое количество шлаков. Небольшое количество шлаков вторично перерабатывается для нужд дорожного строительства, но в основном он скапливается в отвалах – портит пейзаж и загрязняет землю.
Команда химиков ЮУрГУ (Андрей Ефремов, Дамир Галимов, студенты Дарья Ракова, Рустам Шакиров, Карина Карагаева) под руководством доцентов кафедры экологии и химической технологии Татьяны Крупновой и Ольги Раковой задумалась: нельзя ли, чтобы один вредный фактор хотя бы частично нейтрализовал другой?
Оказалось, что действительно, металлургические шлаки могут поглощать углекислый газ, связывая его надолго и надежно.
Представим себе, что шлак – это губка, пропитанная щелочными веществами – ларнитом и периклазом (соединениями кальция и магния).
Если пропустить через эту губку воду с растворенным углекислым газом, то кальций и магний «схватывают» CO₂ и превращают его в мел и доломит – твердые, химически стабильные карбонаты.
Исследователи тестировали несколько видов отходов металлургического производства: шлаки доменные, конвертерные, электросталеплавильные и так называемые «внепечные» (образующиеся при доводке стали в агрегате «ковш-печь»).
Для эксперимента шлаки смешивали с водой, добавляли углекислый газ в 10%-ной концентрации и выдерживали 30 минут при комнатной температуре. Затем с помощью термического анализа определяли, сколько образовалось карбонатов.
Лучшими «ловцами» углекислого газа оказались внепечные шлаки кислородно-конвертерного производства (АКП ККЦ). Не удивительно, ведь в их составе 60% ларнита и 4,6% периклаза, активно вступающих в реакцию.
А вот доменные шлаки, которых на комбинатах больше всего, при тех же условиях показали самую низкую эффективность.
ИК-спектроскопия и рентгенофазовый анализ подтвердили результат: в шлаках появились новые карбонатные фазы, а значит углекислый газ никуда не делся, он «упакован» и «доставлен по адресу».
Кстати, и дорожные покрытия из шлаков, прошедших карбонизацию, становятся прочнее!
.jpg)
Эксперимент исследовал лишь прямую карбонизацию (поглощение углекислого газа) шлаков, а существует ещё и косвенная – поэтому ученые планируют продолжить своё исследование.
«Необходимо продолжить изучение процесса карбонизации других видов шлаков, рассмотреть протекание процесса косвенной карбонизации, подобрать оптимальные условия. Дальнейшая работа должна быть направлена на разработку технологического оформления процесса улавливания выбросов и карбонизации металлургических шлаков, уточнение параметров и характеристик протекания реакций в реальных условиях», – говорит доцент кафедры экологии и химической технологии ЮУрГУ Татьяна Крупнова.
В перспективе результат может быть использован для создания природосберегающих металлургических технологий, когда собственные отходы производства, шлаки, помогали бы заводам бороться с загрязнением воздуха.
Работа опубликована в «Вестнике ЮУрГУ», в серии Химия.