Новые материалы и технологии: российские ученые переходят на экологичное производство

Ученые Южно-Уральского государственного университета создали технологию безотходного производства, которая позволит избавиться от техногенных отходов в металлургии. Металлы будут восстанавливаться из сплавов и применяться в производстве повторно.«Зеленые» технологииМатериаловедение является одним из трех приоритетных направлений развития Южно-Уральского государственного университета наряду с цифровой индустрией и экологией. В связи с этим вуз занимается реализацией проектов по созданию и применению уникальных материалов и сплавов высокого качества, улучшению технологических процессов, утилизации отходов металлургического производства, опасных для окружающей среды.

 

Безотходное производство и экологичные технологии, внедрение которых обеспечит защиту окружающей среды, — две наиболее важные тенденции в современной металлургии. В настоящее время ученые по всему миру занимаются оптимизацией технологических процессов, созданием сорбентов, очищающих воду и почву, а также способов утилизации промышленных отходов. В этом направлении реализуется проект ученых Южно-Уральского государственного университета.

 

Уже сегодня научным коллективом разработана технология, позволяющая перерабатывать техногенные отходы для повторного применения.Фото: Мелющие шары, изготовленные из восстановленных компонентов техногенных отходов«Основное направление нашей деятельности — это восстановление и переработка техногенных отходов, которые скопились за долгие годы металлургического производства по всему миру. Мы разрабатываем способы извлечения из этих отходов полезных компонентов, чтобы в дальнейшем использовать их. Восстанавливая металлы, мы производим из них продукты, применяющиеся в металлургии и нефтегазовой промышленности. Кроме того, мы занимаемся переработкой руд, из которых нельзя извлечь компоненты традиционными способами», — рассказывает заведующий кафедрой пирометаллургических процессов Политехнического института ЮУрГУ, кандидат технических наук, доцент Павел Гамов.

 

Из восстановленных металлов изготавливаются пропанты, представляющие собой гранулированный материал, применяемый в нефтегазовой промышленности и позволяющий повысить эффективность отдачи нефтяных скважин. Кроме того, ученые также используют восстановленные металлы в производстве мелющих шаров для металлургии и горнодобывающей промышленности, которые, подобно мельнице, измельчают рудный материал.В числе других проектов университета, реализуемых в этом направлении, также находится сорбент, производимый из промышленных отходов. В своем составе он имеет двухкальциевый силикат, способный поглощать тяжелые металлы из воды и почвы. Сегодня его внедрением в производство заинтересованы европейские индустриальные партнеры.

 

Целью другого проекта вуза является создание новой экологичной и энергоэффективной технологии нанесения твердохромных покрытий. Для изготовления длинномерных хромированных заготовок (от 1 до 6 метров) необходимы большие ванные, содержащие вредный для здоровья человека хромовый электролит. Учеными создаются три установки с мобильными маленькими ванными, в которых заготовки обрабатываются медленно вдоль всей длины. Такая технология исключает контакт хромового электролита с окружающей средой. Кроме того, она позволяет получить более качественные детали, которые в дальнейшем найдут применение в судо- и машиностроении, нефтегазовой промышленности и металлургии.

 

Важно отметить, что в Южно-Уральском государственном университете реализуются также другие приоритетные направления материаловедения. Одно из них — работа с композитными материалами, их применение и обработка. Так, учеными создана новая конструкция пневмоцилиндра из сверхпрочных и легких материалов нового поколения. Корпус пневмоцилиндра из полимерных композитов (стекло-, углепластик и другие материалы) будет весить почти в три раза меньше, чем сопоставимый по прочности металлический. В связи с этим конструкция нового пневмоцилиндра перспективна не только для самолето- или ракетостроения, но и для применения в надводном и подводном судостроении, где важен минимальный вес конструкций.

 

В числе наиболее перспективных современных материалов также находится графитопласт, получаемый из графита и полимерного связующего. Преимуществами материала являются легкость (материал в 3 раза легче титана), высокая прочность, термоустойчивость и электропроводность. Сегодня он применяется в военной и гражданской авиации, производстве токосъемных элементов для электротранспорта. В настоящее время учеными создана модель технологического процесса, которая позволяет найти необходимые параметры обработки материала для получения из него высокопрочного изделия с заданными свойствами.Кроме того, из стеклопластика учеными сконструирована маска электропоезда «Ласточка», находящегося в эксплуатации «Российских железных дорог». Новая конструкция кабины машиниста весит на 70% меньше, чем металлическая. Снижение массы позволяет обеспечить энергоэффективность транспортного средства: чем меньше будет весить поезд, тем больший пассажиропоток он сможет обеспечить.

 

Также важно отметить междисциплинарные проекты, реализуемые в области материаловедения. Например, ученые ЮУрГУ занимаются исследованием функциональных свойств гексаферрита стронция — магнитного материала, который может быть использован в качестве функционального элемента для машино- и приборостроения. Монокристаллы интересны промышленности тем, что способны обеспечить высокий уровень качества конечного продукта, имеют более широкий спектр применений и минимальное количество дефектов.Кроме того, в настоящее время ученые занимаются цифровизацией технологических операций, созданием математических моделей оборудования. Таким образом, многие проекты реализуются на стыке трех приоритетных направлений развития вуза и отвечают требованиям современности.