к.ф.-м.н., доцент, директор Департамента коммерциализации технологий
010008, Алматинская область, Нур-Султан, ул. Сатпаева, 2
Cand. Sci. (Phys.-math.), Assist. Professor, Director of the Technology Commercialization Department
Nur-Sultan
д.т.н., доцент кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов
119049, Москва, Ленинский проспект, 4
Dr. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Functional Nanosystems and High-Temperature Materials”
Moscow
к.т.н., доцент кафедры электроснабжения и возобновляемых источников энергии
050013, Алматы, ул. Байтурсынова 126
Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Power Supply and Renewable Energy Sources
Almaty
д.ф.-м.н., профессор кафедры физического материаловедения
119049, Москва, Ленинский проспект, 4
Dr. Sci. (Phys.-math.), Professor of the Chair of Physical Materials
Moscow
к.ф.-м.н., старший научный сотрудник кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов
119049, Москва, Ленинский проспект, 4
Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Research of the Chair “Functional Nanosystems and High-Temperature Materials”
Moscow
Работа посвящена разработке экономичного метода получения дорогостоящих и востребованных на рынке нанопорошков α-Fe2O3 и γ-Fe2O3 из отхода металлургического производства – замасленной прокатной окалины, образующейся при механической очистке горячекатаной стальной полосы в окалиноломателях. Экспериментально определены наиболее значимые параметры химико-металлургического процесса получения и основные свойства получаемых материалов. Исследования свойств исходных материалов и нанодисперсных продуктов проводили методами рентгеновской дифрактометрии, энергодисперсионной спектроскопии, сканирующей и просвечивающей микроскопии, а также мессбауэровской спектрометрии. Температурные и полевые зависимости намагниченности порошков построены по данным измерений на вибрационном магнитометре. Показано, что прокатная окалина состоит из трех основных фаз: вюстита, магнетита и гематита в соотношении 6:8:7 (по массе) соответственно. Исходную окалину активировали в магнитной мельнице в токе водорода и растворяли в смеси соляной и азотной кислот. Полученные растворы использовали для получения нанокристаллического гематита α-Fe2O3 химико-металлургическим методом, основными этапами которого являлись осаждение гидроксида щелочью при постоянном значении pH, отмывка, сушка и дегидратация. Маггемит γ-Fe2O3 получали из гематита в две стадии: на первой стадии проводили восстановление водородом, а на второй – образовавшийся магнетит окисляли на воздухе. Частицы синтезированных нанодисперсных порошков оксидов находятся в агрегированном состоянии. Частицы α-Fe2O3 имеют сферическую, а γ-Fe2O3 – палочкообразную форму. По данным мессбауэровской спектроскопии в решетках обоих оксидов содержатся магний, алюминий, кремний, хром и марганец, перешедшие из исходной окалины. Эти элементы определяют магнитные свойства нанопорошков α-Fe2O3 и γ-Fe2O3. Комплекс свойств нанодисперсных порошков гематита и маггемита, полученных из отходов металлургического производства (прокатной окалины), позволяет рекомендовать их для применения в качестве катализаторов, в системах очистки промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов, для изготовления маркеров анализа крови.
The work is devoted to development of cost-efficient method of processing of metallurgical waste – oily rolling scale formed during hot-rolled steel strip mechanical cleaning in descaling mills. The most significant parameters of chemical metallurgical process for producing expensive and highly marketed products – α-Fe2O3 and γ-Fe2O3 nanopowders – have been experimentally determined. The properties of initial materials and nanodispersed products were studied by X-ray diffractometry, energy dispersive spectroscopy, scanning and transmission microscopy, and Mössbauer spectrometry. Temperature and field dependences of powders magnetization were built according to vibration magnetometer measurements. It is shown that rolling scale consists of three main phases: wustite, magnetite and hematite in a ratio of 6:8:7 by weight, respectively. The initial scale was activated in magnetic mill in stream of hydrogen and dissolved in mixture of hydrochloric and nitric acids. The resulting solutions were used to obtain α-Fe2O3 nanocrystalline hematite by chemical-metallurgical method, the main stages of which were hydroxide precipitation with alkali at constant pH, washing, drying, and dehydration. γ-Fe2O3 maghemite was obtained from hematite in two stages. At the first stage, hydrogen reduction was carried out, and at the second stage, the magnetite obtained was oxidized in air. Particles of synthesized nanodispersed oxide powders are in aggregated state. Particles of α-Fe2O3 are spherical, and γ-Fe2O3 are rod-shaped. According to Mössbauer spectroscopy, the lattices of both oxides contain magnesium, aluminum, silicon, chromium, and manganese that have passed from the initial scale. These elements determine magnetic properties of α-Fe2O3 and γ-Fe2O3 nanopowders. Set of properties of nanodispersed hematite and maghemite powders obtained from metallurgical waste (rolling scale) allows us to recommend their application as catalysts, in industrial wastewater heavy metal ions treatment systems, and in production of blood analysis markers.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.