Специалисты Южно-Уральского государственного университета предложили экономически выгодный способ переработки остатков медного производства. Из этих отходов планируется выпускать чугунные шары для измельчения руды, угля и других промышленных материалов.
Ирина Медведева
Павел Гамов, заведующий кафедрой пирометаллургических и литейных технологий ЮУрГУ. Источник: пресс-служба ЮУрГУ
Первый этап переработки шлаков
Гигантские тёмные отвалы шлака — постоянная трудность для городов, где развита металлургия. Отходы после выплавки меди накапливаются миллионами тонн и почти не используются повторно.
В Челябинской области подобная ситуация сложилась вокруг Карабашского завода, где шлаковые горы стали частью пейзажа. Исследователи из ЮУрГУ, работающие в области металлургии, доказывают, что эти остатки могут быть полезными. Эксперименты продолжаются уже более семи лет и дают обнадёживающие результаты.
«Сначала мы установили, что из отходов реально выделить железо, необходимое промышленности. Однако в нём неизбежно присутствует нежелательный элемент — медь, — поясняет Павел Гамов, заведующий кафедрой пирометаллургических и литейных технологий ЮУрГУ. — Мы определили производственную сферу, где примесь меди в железе не создаёт проблем. Это изготовление чугунных мелющих тел».
Шары из чугуна, используемые для дробления сырья, выпускаются по всему миру, но для их производства обычно требуются дорогие материалы. Учёные из Челябинска разработали способ делать их из шлака. Первым этапом становится отделение железа от прочих компонентов, содержащихся в отходах.
Затем используется высокая температура: углерод как восстановитель забирает у железа кислород. В печи остаётся металл, который можно сразу использовать для отливки чугунных шаров. После всех операций, однако, остаётся ещё некоторый остаток.
«Выбрасывать неизбежные отходы было бы неправильно: это не решает проблему утилизации полностью, — отмечает Павел Гамов. — Необходимо создать технологию, позволяющую получать из остатка пригодный для промышленности материал. Мы рассматриваем несколько вариантов. К концу текущего года отберём самые многообещающие с точки зрения экономики».
Иллюстративное фото. Источник: buzzypost.com
Второй этап переработки
Второй этап работы учёных сосредоточен на снижении себестоимости конечного продукта. По оценкам исследователей, использование шлаковых отходов вместо традиционной руды позволяет сократить затраты на сырьё втрое.
При этом сами мелющие шары — расходный материал: на горно-обогатительных комбинатах они изнашиваются за несколько недель и требуют постоянного обновления.
Если технология ЮУрГУ докажет свою надёжность в промышленных масштабах, рынок сбыта будет гарантирован многолетними контрактами. Потенциальными заказчиками уже называют предприятия Урала и Сибири, где перерабатывают медь, цинк и железную руду.
К концу 2026 года коллектив кафедры планирует запустить опытно-промышленную линию на площадке компании «Инженерный центр АС Теплострой». Оборудование проектируется с учётом местных энергетических мощностей и доступности углеродных восстановителей — в Челябинской области действуют коксохимические производства.
Технология не требует дефицитных компонентов: всё необходимое либо есть в регионе, либо может быть доставлено по железной дороге с соседних предприятий. Это снижает логистические риски и ускоряет внедрение.
По оценкам учёных, полный цикл от загрузки шлака до готовых шаров займёт около четырёх часов. Для сравнения: традиционная выплавка чугуна из руды требует не менее восьми часов, а с учётом транспортировки и подготовки сырья — до двух суток.
Такая временная экономия позволяет гибко реагировать на заказы и снижает энергопотребление на тонну продукции. Лабораторные испытания уже подтвердили, что износостойкость шаров из шлака не уступает аналогам из первичного чугуна, а по однородности структуры даже превосходит их.
Перспектива масштабирования метода
Успех проекта может изменить подход к утилизации отходов в российской металлургии. Если технология внедрится на Карабашском заводе, её смогут адаптировать для медеплавильных производств Норильска, Мончегорска и Ревды.
По предварительным расчётам, только в Челябинской области на переработку пригодно около пяти миллионов тонн накопленного шлака — этого хватит для выпуска сотен тысяч тонн чугунных шаров.
Параллельно учёные изучают возможность извлечения из отходов редкоземельных металлов, что многократно увеличило бы ценность технологии. Первые результаты этого направления ожидаются в начале 2027 года.
Проект выполняется благодаря гранту губернатора Челябинской области. К концу 2025 года учёные обязаны представить готовую для внедрения технологию. Также исследование поддерживает компания «Инженерный центр АС Теплострой», которая занимается производством металлических изделий.
Специалисты Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) активно разрабатывают инновационные методы утилизации отходов металлургических печей, в частности, рециклинга пыти и окалины от электродуговых сталеплавильных агрегатов.
Еще одна перспективная разработка ученых ЮУрГУ — нейросеть, способная оценивать прочность металлических конструкций за доли секунды, тогда как классические методы требуют на это несколько часов.