Учёные Южно-Уральского государственного университета предложили новый метод, который позволяет по известному химическому составу определить, из каких именно веществ состоит материал и в каком количестве. Разработка открывает новые возможности для решения практических задач металлургии и экологии.
Работа выполняется в рамках гранта Российского научного фонда и связана с актуальной промышленной проблемой: переработкой пыли электродуговых сталеплавильных печей.
При производстве стали образуется значительное количество пыли, содержащей цинк, железо и другие элементы. В России такие отходы накапливаются в огромных объёмах – миллионы тонн – и зачастую просто складируются, создавая экологические риски.
«Переработка пыли электродуговых печей, если и ведётся, то чаще всего по технологии вельцевания, – отмечает заведующий лабораторией проблем физико-химии и газодинамики ЮУрГУ Юрий Капелюшин. – Однако этот процесс осложняется наличием хлора. Большая часть пыли его содержит, и перед переработкой необходимо удалять токсичные компоненты. Кроме того, образуется дополнительный отход – железосодержащий клинкер».
Для решения этой задачи в ЮУрГУ разрабатываются подходы, включающие предварительную подготовку и брикетирование материалов, позволяющие получать вторичное сырьё для металлургии.
В ходе выполнения проекта возникла необходимость в проведении теоретических исследований, направленных на более точное определение фазового состава материалов. Разработка соответствующего метода была выполнена профессором ЮУрГУ Александром Дрозиным.
Дело в том, что любой материал можно описать двумя способами. Первый – это элементный состав, то есть какие химические элементы входят в вещество и в каком количестве.
Однако гораздо важнее фазовый состав – конкретные соединения, из которых состоит материал. Именно он определяет свойства вещества и его поведение в технологических процессах.
Это можно сравнить с анализом текста. Элементный состав – это набор букв, из которых он состоит. Но смысл возникает только тогда, когда эти буквы объединяются в слова и структуры. Так и в материалах: важно не только, какие элементы присутствуют, но и в какие соединения они объединены.
Определить фазовый состав напрямую сложно: существующие методы требуют сложного оборудования и дают заметные погрешности.
Предложенный метод решает эту проблему. По известному элементному составу с помощью математической модели рассчитывается наиболее вероятное сочетание соединений в материале. Программа автоматически подбирает такой вариант, при котором расчётные данные максимально совпадают с экспериментальными.
Для реализации метода создана программа в Microsoft Excel, которая выполняет все необходимые расчёты и позволяет быстро получать результат.
Разработка может применяться в металлургии, геохимии, производстве материалов и экологических исследованиях.
В частности, новый метод уже используется для анализа пыли электродуговых печей и разработки технологий её переработки. Это открывает возможность не только снижать экологическую нагрузку, но и возвращать ценные компоненты в производство.
Таким образом, учёные ЮУрГУ предложили подход, который объединяет фундаментальные методы анализа и реальные задачи промышленности, позволяя глубже понимать структуру материалов и эффективнее использовать ресурсы.