Развитие технологических принципов комплексной переработки алюминийсодержащего сырья с повышенным содержанием калия на основе передовых цифровых технологий и систем обработки больших объёмов данных для получения традиционных и новых функциональных материалов

Хорошо известно, что производство алюминия представляет собой основу ведущих секторов промышленности и обеспечивает стабильный рост любой национальной экономики. Россия занимает в этом ряду одно из ведущих мест, а Объединённая Компания РУСАЛ является мировым лидером производства первичного алюминия. В то же время, особенности отечественной сырьевой базы, связанные с недостаточным объёмом запасов высококачественных бокситов, привели к необходимости использования альтернативных видов сырья, на котором работает большинство отечественных предприятий. Наибольшей сложностью отличается технология переработки щелочных алюмосиликатных пород и концентратов, но по оценкам ведущих специалистов роль этого ресурса будет неизменно возрастать в связи с ростом мирового потребления алюминия и исчерпанием запасов высококачественных бокситов. При этом опережающее значение имеют щелочные алюмосиликаты с повышенным содержанием калия, как перспективное сырьё для попутного производства широко востребованных и дорогостоящих соединений калия, а также ассоциированного с ним рубидия. Не зависимо от типа сырья, содержащего калий в своём составе, его переработка приводит к плохо предсказуемым изменениям, как состава применяемых технологических системах, так и показателей протекающих в них процессов. Это существенно затрудняет переход к интенсивным производственным технологиям и возможность эффективного использования такого сырья в существующем металлургическом комплексе.Ранее выполненные исследования в некоторой степени раскрывают роль калия в технологических процессах глинозёмного производства, но, в большинстве случаев, информация носит отрывочный и несистемный характер, особенно в отношении процессов массовой кристаллизации, которые широко применяются в современных технологиях и отличаются высокой чувствительностью к химическому и ионному составу кристаллообразующей среды. Полноценное применение существующих наработок дополнительно затруднено отсутствием соответствующих баз данных, позволяющих использовать имеющуюся информацию в интеллектуальных производственных технологиях.Научная значимость, ожидаемых результатов заключается в получении систематизированной информации о состоянии систем глинозёмного производства, протекающих процессах, достигаемых технологических показателях и принципиальных технологических решениях, обеспечивающих возможность эффективной переработки алюминийсодержащего сырья с повышенным содержанием калия.Конкретная задача проекта заключается в развитии научно-технологических принципов комплексной переработки алюминийсодержащего сырья с повышенным содержанием калия для улучшения показателей производства традиционной продукции и получения новых видов функциональных материалов на основе использования цифровых, интеллектуальных технологий доступных для внедрения в существующем производственном комплексе. И включает:- получение систематизированных данных о свойствах, особенностях равновесного и метастабильного состояния систем глинозёмного производства, изменяющихся под воздействием ионов калия;- установление кинетических закономерностей процессов, протекающих в таких системах;- выявление морфологических и ростовых особенностей формирования продукционных свойств гидроксида и оксида алюминия, попутных и технологически значимых промежуточных продуктов.- разработку технологических принципов, обеспечивающих возможность эффективной переработки алюминийсодержащего сырья с повышенным содержанием калия.- разработку алгоритмов для создания и эффективного использования баз данных в рамках математического моделирования процессов глинозёмного производства.Достижимость решения поставленной задачи связана с тем, что современная теория и технология переработки алюминийсодержащего сырья представляет собой глубоко проработанное и продолжающее развиваться учение, непосредственно связанное с производственным сектором. При этом отечественная научно-технологическая школа переработки алюминийсодержащего сырья имеет длительный исторический период развития, начиная с 20-ых годов прошлого века, что позволило сформировать и эффективного использовать на производстве базовые научные положения по теории производства глинозёма, алюминия и попутной продукции. Созданная теория основана на закономерностях физики, химии, физической химии и других наук, а технологические положения проверены заводским опытом. Это позволяет говорить о существовании развитой научно-технологической базы, которая является фундаментом для разработок, проводимых в данной научной сфере, и создаёт необходимые предпосылки для решения поставленной задачи.Возможность получения запланированных результатов обусловлена опытом творческого коллектива, его профессиональной подготовкой, а также успешной реализацией целого ряда научных проектов применительно к решению актуальных вопросов металлургического производства и смежных секторов экономики. Большинство исполнителей имеют многолетний стаж научно-педагогической работы, а научно-исследовательская деятельность заявленных для участия в проекте молодых учёных, аспирантов и студентов непосредственно связана с объектом исследования по проекту. Проблема переработки алюминийсодержащего сырья с повышенным содержанием калия достаточно хорошо известна специалистам в области производства глинозёма. При переработке бокситового сырья накопление калия, оказывает негативное влияние на качество глинозёма, устойчивость алюминатных растворов, потери глинозёма с отвальными шламами, эффективность оборота щёлочи и ряд других технологических показателей. В наибольшей степени с такими проблемами сталкиваются при переработке бокситов, содержащих заметные количества щелочных алюмосиликатов, что известно из публикаций китайских, американских и австралийских исследователей. В то же время решение данной проблемы отсутствует. В отечественной практике заметное место занимает переработка щелочных алюмосиликатов, в связи с чем неизбежно накопление калия в системах глинозёмного производства и является основой для его выделения в виде карбонатов или сульфатов. Это поддерживает заметный интерес отечественных исследователей к данному вопросу, особенно в связи с моделированием технологических процессов, но отсутствие необходимой информации делает эту задачу трудно разрешимой. Из отечественных публикаций известен интерес к переработке сырья с повышенным содержанием калия ряда месторождений восточной Сибири и Хибинского массива в связи с возможностью производства востребованной и дорогостоящей продукции, но этот вопрос требует глубокой и всесторонней технологической проработки. Подобный опыт отсутствует за рубежом, что практически исключает исследования и публикации в данной области. В то же время неизменно возрастает интерес к проблеме переработки высококремнистого сырья в странах, не обладающих собственными запасами бокситов, что подтверждается заметным ростом числа публикаций по данному вопросу (Китай, Иран, Египет и др.), и говорит о необходимости поддержания существующего у России приоритета в данной сфере.