Электрический импульс для алюминия: как учёные «перезагрузили» боксит

Российские исследователи из ГЕОХИ РАН, МГУ и УрФУ предложили принципиально новый подход к переработке боксита — ключевого сырья для производства алюминия. Вместо того чтобы бороться с примесями железа уже после выщелачивания, они решили задачу заранее: с помощью электрического тока модифицируют структуру руды, ещё до попадания в реактор Байера.

Это не улучшение процесса — это изменение логики переработки: от пассивного отделения к активному управлению химическим составом частиц. Разработка, поддержанная Минобрнауки РФ, опубликована в журнале Minerals и открывает путь к переработке ранее невостребованных запасов.

Железо — не мусор, а инструмент

Проблема классического способа Байера в том, что при высоком содержании железа и кремния значительная часть алюминия остаётся заблокированной в остатках. До 15% ценного металла теряется, а объём красного шлама — одного из самых сложных экологических объектов — растёт.

Новая технология использует другой принцип: при пропускании постоянного тока через суспензию боксита в щелочном растворе происходит внутренняя трансформация железосодержащих фаз. За два часа более 65% железа переходит в магнитную форму — магнетит, а его остатки оседают на катоде в виде чистого металлического покрытия.

Такая преобработка делает зёрна руды «прозрачными» для последующего выщелачивания: глинозем легче извлекается, а техпроцесс становится эффективнее.

Выход за пределы технологии

Результат — увеличение извлечения алюминия до 90%, что на 5 процентных пунктов выше, чем при использовании стандартной схемы. Это особенно важно для низкосортных месторождений, которые раньше считались экономически невыгодными.

Помимо повышения выхода металла, метод даёт мощный побочный эффект: шлам становится менее опасным. Железо в нём фиксируется в форме маггемита — соединения, которое легко удаляется магнитной сепарацией. Это снижает токсичность отходов и позволяет рассматривать их как потенциальное вторсырьё.

Почему это работает? 

Ключ к успеху — в понимании микроскопических процессов. Исследователи применили мессбауэровскую спектроскопию, чтобы точно установить, какие минеральные фазы образуются в ходе обработки. Именно так было доказано: основной продукт — маггемит (γ-Fe₂O₃) — формируется на границе раздела фаз, блокируя дальнейшую реакцию.

Это же объяснило и ограничение: после 50–60 минут эффективность резко замедляется. Плотная поверхностная корка становится барьером для тока и ионного обмена. Теперь задача — не увеличивать время, а управлять процессом: импульсный ток, периодическое перемешивание, контроль pH.

«Мы больше не просто разделяем — мы перестраиваем руду изнутри», — говорит Дмитрий Валеев из ГЕОХИ РАН, один из участников проекта.

От лаборатории к промышленности

Сегодня метод протестирован на модельных системах, но его потенциал огромен:

• Возможность освоить десятки миллионов тонн ранее игнорировавшихся запасов;
• Снижение зависимости от импорта качественного сырья;
• Перезагрузка старых производств без полной замены оборудования.

Технология может стать ядром новых модульных решений — особенно в регионах с доступной электроэнергией и развитой горнодобывающей базой.

Итог: химия нового уровня

Разработка — не просто усовершенствование, а сдвиг парадигмы. Вместо того чтобы принимать руду такой, какая она есть, учёные научились её готовить. Это шаг от сырьевой конъюнктуры к технологическому контролю.

В условиях глобального дефицита качественных ресурсов и давления на экологию такие решения становятся не просто выгодными — они превращаются в стратегические.