Возможность применения техногенных образований от производства щебня в качестве абразивного материала для пескоструйной обработки стали

Проведен анализ возможности применения техногенных минеральных образований – отсевов дробления Седельниковского щебеночного карьера (Средний Урал) в качестве абразивного материала для пескоструйной обработки стали. Такой минеральный материал является потенциальным более дешевым и доступным сырьем для пескоструйной обработки металлических изделий в сравнении с применяемыми в производстве аналогами (купершлак, кварцевый песок, металлическая дробь и электрокорунд). Методы исследования включают оптическую микроскопию, сканирующую электронную микроскопию, рентгено-флюоресцентную спектроскопию. Очистка стальных пластин осуществлялась на пескоструйном аппарате. Для измерения шероховатости поверхности пластин применялся профилометр. Приведена вещественная характеристика исследуемых абразивных песков: отсевы дробления Седельниковского щебеночного карьера, купершлак, кварцевый песок, металлическая дробь и электрокорунд. Установлено, что характеристики применяемых в данной работе распространенных абразивных материалов и техногенных образований (отсевов дробления) по качеству полученной поверхности стальных пластин после пескоструйной обработки близки между собой. Сами отсевы дробления относятся к 4 классу опасности, имеют среднюю плотность (около 3,0 г/см3), практически не содержат вредных примесей (в отличие от кварцевого песка и купершлака). Обрабатываемая поверхность после применения отсевов дробления имеет более гладкую поверхность с показателем шероховатости Ra = 7,6 (для фракции 0,1–0,5 мм) по сравнению с другими абразивными песками, по которым показатель шероховатости Ra доходит до 15.

Власов И. А., Федоров С. А., Петренко А. С. Возможность применения техногенных образований от производства щебня в качестве абразивного материала для пескоструйной обработки стали // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 12-1. – С. 62–77. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_121_0_62.

Исследование выполнено в рамках государственного задания ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет» № 075-03-2025-325 от 16.01.2025.

Власов Игорь Александрович¹ — младший научный сотрудник, e-mail: vlasovbkpost@bk.ru, ORCID ID: 0009-0002-1842-8497,
Федоров Сергей Андреевич¹ — канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник; старший научный сотрудник, Институт металлургии имени академика Н.А. Ватолина УрО РАН, e-mail: saf13d@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-4201-5177,
Петренко Артур Сергеевич — директор, ООО «Седельниковский щебеночный карьер», e-mail: 2006099@mail.ru,
¹ Уральский государственный горный университет.

Федоров С.А., e-mail: saf13d@mail.ru.

1. Генкель А. В., Гришин И. А., Бурмистров К. В., Великанов В. С. Повышение эффективности производства щебня и способы применения отсевов дробления // Горная промышленность. — 2015. — № 6. — С. 64—64. 

2. Бурученко А. Е., Харук Г. Н., Сергеев А. А. Использование отсевов дробления известковых пород в керамическом производстве // Строительные материалы. — 2019. — № 9. — С. 22—27. DOI: 10.31659/0585-430X-2019-774-9-22-27. 

3. Хафизова Э. Н., Панченко Ю. Ф., Панеченко Д. А. Применение технологических отходов дробления горных пород при разработке составов цементных бетонов // Вестник СибАДИ. — 2021. — Т. 18. — № 6. — С. 790—799. DOI: 10.26518/2071-7296-2021-18-6-790-799. 

4. Benarchid Y., Taha Y., Argane R., Benzaazoua M. Application of Quebec recycling guidelines to assess the use feasibility of waste rocks as construction aggregates // Resources Policy. 2018, vol. 59, pp. 68—76. DOI: 10.1016/j.resourpol.2018.01.004. 

5. Barbudo A., Agrela F., Ayuso J., Jiménez J. R., Poon C. S. Statistical analysis of recycled aggregates derived from different sources for sub-base applications // Construction and Building Materials. 2012, vol. 28, no. 1, pp. 129—138. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2011.07.035. 

6. Kang M. S., Lee K. H., Suh Y. C., Kim I. S. Application of screenings by-product of crushing rock in quarry as lean concrete pavement // Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute. 2012, vol. 6, no. 4, pp. 75—81. 

7. Касторных Л. И., Крюков П. С. Комплексное использование отсевов дробления при производстве сборных железобетонных изделий // Молодой исследователь Дона. — 2021. — Т. 32. — № 5. — С. 44—51. 

8. Moretti E., Belloni E., Agosti F. Innovative mineral fiber insulation panels for buildings: Thermal and acoustic characterization // Applied Energy. 2016, vol. 169, pp. 421—432. DOI: 10.1016/j. apenergy.2016.02.048. 

9. Заева А. Г., Полозов В. С. Перспективы использования отсевов дробления в производстве звукоизоляционных панелей / IX Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Защита от повышенного шума и вибрации». — СПб., 2023. — С. 280—284. 

10. Бинь М., Сяобин Ч., Лу С., Кунься В., Цзин Х. Повышение коррозионной стойкости азотированной в плазме тлеющего разряда стали AISI 1045 с помощью предварительной пескоструйной обработки // Металловедение и термическая обработка металлов. — 2018. — № 12. — С. 52—57. 

11. Horodek P., Eseev M. K., Kobets A. G. Studies of stainless steel exposed to sandblasting // Nukleonika. 2015, vol. 60, pp. 721—724. DOI: 10.1515/nuka-2015-0129. 

12. Bechikh A., Klinkova O., Maalej Y., Tawfiq I., Nasri R. Sandblasting parameter variation effect on galvanized steel surface chemical composition, roughness and free energy // International Journal of Adhesion and Adhesives. 2020, vol. 102, article 102653. DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2020.102653. 

13. Liebman A. J. Surface preparation values and sandblasting economics // Corrosion. 1950, vol. 6, no. 5, pp. 151—157. DOI: 10.5006/0010-9312-6.5.151. 

14. Gu W. F., Diao J., Liu L., Ge W. S., Li H. Y., Xie B. Investigation of properties of air-quenched steel slag as sandblasting abrasive // JOM. 2021, vol. 73, no. 10, pp. 2995—2999. DOI: 10.1007/ s11837-021-04819-3. 

15. Азизов Р. О., Вохидов А. А., Мирзамидинов И. М., Дадоджонов М. Повышение качества поверхности стальных деталей пескоструйной обработкой // Политехнический вестник. Серия: Инженерные исследования. — 2019. — № 1. — С. 103—109. 

16. Полянский С. Н., Бутаков С. В., Александров В. А., Ольков Обработка поверхности струйными методами // Аграрный вестник Урала. — 2015. — Т. 142. — № 12. — С. 43—47. 

17. Шахрей А. О., Шаталина Е. Д., Куц Л. Е. Сравнительный анализ влияния пескоструйной и лазерной импульсной обработки на получение адгезионно-прочных функциональных покрытий на поверхности нержавеющей стали / Вторая Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы и направления развития металловедения и термической обработки металлов и сплавов». — Курск, 2021. — С. 100—104. 

18. Fatuyi O. A., Aliu E. T. Glass surface decoration by sandblasting technique: A case study // Arts and Design Studies. 2019, pp. 19—26. 

19. Зайнуллина Л. И., Фаррахов Р. Г., Рамазанов И. А., Хаматдинов Р. З., Дюрягин В. С., Парфенов Е. В. Влияние пескоструйной обработки и плазменно-электролитического оксидирования на качество поверхности дентальных имплантатов // Современные технологии в медицине. — 2023. — Т. 15. — № 6. — С. 40—48. DOI: 10.17691/stm2023.15.6.05. 

20. Rescic S., Tiano P., Fratini F., Manganelli Del Fà R. The micro-sandblasting technique as a new tool for the evaluation of the state of conservation of natural stone and mortar surfaces // European Journal of Environmental and Civil Engineering. 2013, vol. 17, no. 2, pp. 113—127. DOI: 10.1080 /19648189.2012.751227. 

21. Stephenson D., Spear T., Seymour M., Cashell L. Airborne exposure to heavy metals and total particulate during abrasive blasting using copper slag abrasive // Applied Occupational and Environmental Hygiene. 2002, vol. 17, no 6, pp. 437—443. 

22. Минязев Д. В. Абразивные материалы для пескоструйной обработки // Наука и образование сегодня. — 2017. — Т. 17. — № 6. — С. 30—34. 

23. Ковалев И. В. Пескоструйная и абразивоструйная обработка с применением роботизированных технологий // Инновационные технологии в машиностроении, образовании и экономике. — 2020. — Т. 27. — № 2. — С. 29—31. 

24. Krupicz B., Tarasiuk W., Barsukov V. G., Sviridenok A. I. Experimental evaluation of the influence of mechanical properties of contacting materials on gas abrasive wear of steels in sandblasting systems // Journal of Friction and Wear. 2020, vol. 41, pp. 1—5. DOI: 10.3103/S1068366620010110. 

25. Zulkarnain I., Mohamad Kassim N. A., Syakir M. I., Abdul Rahman A., Md Yusuff M. S., Mohd Yusop R., Keat N. O. Sustainability-based characteristics of abrasives in blasting industry // Sustainability. 2021, vol. 15, no. 13, p. 8130. DOI: 10.3390/su13158130. 

26. Balza J. C., Zujur D., Gil L., Subero R., Dominguez E., Delvasto P., Alvarez Sandblasting as a surface modification technique on titanium alloys for biomedical applications: abrasive particle behavior // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2013, vol. 45, no. 1, article 012004. DOI: 10.1088/1757-899X/45/1/012004. 

27. Kern M., Thompson V. P. Effects of sandblasting and silica-coating procedures on pure titanium // Journal of Dentistry. 1994, vol. 22, no. 5, pp. 300—306. DOI: 10.1016/0300-5712(94)90067-1. 

28. Guerrero-Vaca G., Carrizo-Tejero D., Rodríguez-Alabanda Ó., Romero P. E., Molero E. Experimental study for the stripping of PTFE coatings on Al-Mg substrates using dry abrasive materials // Materials. 2020, vol. 13, no. 3, article 799. DOI: 10.3390/ma13030799. 

29. Hubbs A. F., Minhas N. S., Jones W., Greskevitch M., Battelli L. A., Porter D. W., Goldsmith W. T., Frazer D., Landsittel D. P., Ma J. Y. C., Barger M., Hill K., Schwegler-Berry D., Robinson V. A., Castranova V. Comparative pulmonary toxicity of 6 abrasive blasting agents // Toxicological Sciences. 2011, vol. 61, no. 1, pp. 135—143. DOI: 0.1093/toxsci/61.1.135. 

30. Нетета С. В., Сарсенгалиев А. М. Исследование влияния воздушно-абразивной обработки и лазерного модифицирования поверхности на эффективность нанесения адгезионно-прочных функциональных покрытий / XVII Международная научно-практическая конференция «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации». — Курск, 2022. — С. 308—314.