Стереть в порошок: ИСМАН разработал новый эффективный способ переработки титановой стружки

В Институте структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова Российской академии наук нашли новый метод переработки отходов титана в порошок  с помощью СВС

 Черноголовка, 30.09.2023 – Дом ученых НЦЧ РАН

В Институте структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова ученые нашли новый метод переработки отходов титана в порошок, с помощью самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) [1].

Титан [2] и титановые сплавы являются одними из наиболее перспективных материалов, которые сегодня активно применяются в аэрокосмической, энергетической и медицинской областях. Часто в процессе изготовления изделий из титана образуется значительное количество отходов, но из-за отсутствия какой-либо эффективной технологии по переработке, эта стружка просто складируется или идет на переплавку.

Ученые ИСМАН нашли способ оптимизировать этот процесс  — они научились перерабатывать титановую стружку в порошок, который в дальнейшем можно использовать для изготовления разных титановых компонентов и изделий. В основе этой технологии лежит  сжигание в режиме СВС — самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).

Этапы технологии таковы:

1. Отходы титана (стружку) очищают от загрязнений.
2. Стружку размещают в специальном реакторе высокого давления, который представляет собой полый толстостенный стальной цилиндр.
3. Реактор закрывают и подают водород [3] под необходимым давлением.
4. Полученную смесь поджигают, после чего запускается процесс СВС, где водород выделяет тепло при взаимодействие с титаном.
5. Это тепло распространяется на соседний слой титана, запуская аналогичную реакцию. Так повторяется от слоя к слою, по всему объему стружки.
6. После насыщения водородом (в ходе СВС) титановая стружка изменяет свои свойства и становится очень хрупкой.
7. Хрупкую стружку титана с легкостью измельчают в порошок, размером частиц менее 0,1 мм.
8. Далее водород из измельченного порошка можно легко удалить, поместив порошок в печь и нагревая его при определенной температуре в вакууме.
9. Получается готовый к использованию порошок титана.

Особенностью данного метода является его низкая себестоимость и высокая энергоэффективность, так как для прохождения данной реакции необходимо затратить небольшое количество энергии на поджиг, а далее горение проходит без внешних энергозатрат, просто за счет собственного тепла. Важным  фактором является  и то, что  эта технология никак не вредит окружающей среде и позволяет сберечь природные ресурсы.

Примечания:

1. СВС – самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Это протекание реакции горения, в котором тепловыделение локализовано в слое и передается от слоя к слою путем теплопередачи.
2. Титан (Ti) — металл, известный своей прочностью и легкостью по весу. Одним из основных свойств титана является его высокая коррозионная стойкость. Как правило, исходным материалом для производства титана и его соединений служит диоксид титана со сравнительно небольшим количеством примесей.
3. Водород (H) — самый распространённый химический элемент во Вселенной. На Земле встречается в основном в виде соединений. Водород взаимодействует с простыми и сложными веществами и способен проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.

Рисунок 1 Стружка титана, СВС, Порошок титана (ИСМАН)

Евгений Петров, Анна Дацюк