Разработка научно-технологических основ получения нанопорошков из техногенного сырья и модифицирования материалов с применением энергомеханической обработки

Представлены результаты комплексного исследования свойств нанопорошков железа в ходе их получения химико-металлургическим методом, обеспечивающие получение продукта с заданной дисперсностью, морфологией и фазовым составом из сырья различной природы: солей, техногенных отходов, железорудных материалов и окалины. Разработаны: комплекс приемов, позволяющих регулировать дисперсность и морфологию гидроксидных осадков; технологические схемы, позволяющие максимально полно извлечь вольфрам из отвалов Тырныаузского ГОК и пыли, образующейся при заточке твердосплавного инструмента, молибден из отработанных алюмокобальтмолибденовых катализаторов гидроочистки нефтепродуктов марок АКМ и ГО-70, железо из отходов индийского железорудного концентрата и железной окалины прокатного производства (Казахстан). Представлены кинетические закономерности восстановления наноразмерных и микрокристаллических оксидов подгруппы железа в неподвижном слое без и при наложении магнитного поля в условиях энергомеханической обработки в вихревом магнитом поле, а также в тонких слоях на поверхности вращающегося магнитного барабана. Разработана и подтверждена на практике эмпирическая модель механизма и кинетики процесса восстановления наноразмерных частиц оксидов металлов, позволяющая рассчитать время их восстановления водородом в тонких слоях, где влияние молекулярной диффузии газа практически отсутствует. Разработана конструкция модуля для восстановления нанопорошков группы железа в тонких слоях на поверхности магнитного барабана непрерывного действия с возможностью масштабирования путем совмещения нескольких модулей в одной установке. Сконструирована установка на основе аппарата вихревого слоя, определены режимы ее работы, позволяющие равномерно распределять наночастицы в смесях металлических и оксидных частиц микронного размера с производительностью обработки до 80 кубометров модифицируемого материала за смену. Представлены данные о применении установки вихревого слоя для модифицирования наночастицами следующих материалов: микронных порошков железа и вольфрама, огнеупорных смесей, порошков для 3D-печати методом селективного лазерного плавления. Проведено сравнение свойств модифицированных образцов и изделий, изготовленных по традиционным технологиям. Показана эффективность использования нанопорошков железа для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (цинка, меди и свинца).