Предотвращение пожаров и взрывов при производстве дисперсного натриетермического порошка циркония из фторцирконата калия

Актуальность проблемы обоснована растущей потребностью промышленности в дисперсных порошках циркония, получаемых по различным технологиям из рудных цирконовых концентратов, добываемых на территории страны. Параметры вскрытия и гидропереработки рудного цирконового концентрата подбираются таким образом, чтобы обеспечивать высокую степень очистки от примесей, а также заданную крупность и морфологию фторцирконата калия. Рассмотрена пожарная опасность технологии получения порошка циркония натриетермического в плавильной печи без подовой зоны. Показано, что помимо определения параметров технологических операций для получения готового продукта требуется обеспечение пожаровзрывобезопасных условий их проведения. Проведен комплекс исследований с образцами порошка циркония различных партий, в частности, определена температура самовоспламенения, линейная скорость распространения фронта горения по слою в зависимости от влажности образца, содержание воды в образце, оценена энергия зажигания слоя и возможность тушения огнетушащими порошковыми составами. Проанализированы механизмы, влияющие на самовозгорание увлажнённого и замороженного порошка циркония. Показана необходимость проведения технологических операций с порошком циркония под слоем воды, в том числе и хранение готового продукта. Исследовано влияние процесса замораживания порошка циркония натриетермического на его пожароопасность. Предложены технические защитные меры для обеспечения безопасности технологических процессов.

Штуца М. Г., Топорков А. В., Чибисов А. Л., Федоткин Д. В., Инчиков А. П. Предотвращение пожаров и взрывов при производстве дисперсного натриетермического порошка циркония из фторцирконата калия // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 1. – С. 16–26. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_1_0_16.

Штуца Михаил Георгиевич¹ — д-р техн. наук, заместитель технического директора — руководитель проекта по перспективной продукции, e-mail: shtutsa-mg@yandex.ru,
Топорков Александр Валерьевич¹ — главный инженер проекта, e-mail: AVToporkov71@yandex.ru,
Чибисов Андрей Леонидович — д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник, Некоммерческое партнерство «Национальная академия наук пожарной безопасности», e-mail: chibisov2@mail.ru,
Федоткин Дмитрий Вячеславович — д-р техн. наук, профессор, НИТУ МИСИС, e-mail: fdv982@mail.ru,
Инчиков Андрей Павлович — канд. техн. наук, заместитель начальника отдела, ФГБУ ВНИИПО МЧС России, e-mail: apinchikov@mail.ru,
¹ АО «Чепецкий механический завод» (АО «ЧМЗ»).

Федоткин Д.В., e-mail: fdv982@mail.ru.

1. Perks C., Mudd G. Titanium, zirconium resources and production: A state of the art literature review // Ore Geology Reviews. 2019, vol. 107, pp. 629—646. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2019.02.025. 

2. Загайнов С. В., Рейнбах О. Е. Керамическая промышленность как основная отрасль потребления циркона // Российский экономический интернет-журнал. — 2017. — № 1. — С. 1—9.

3. Alekseeva T. I., Galevsky G. V., Rudneva V. V., Galevsky S. G. Application of zirconium carbide:Assessment, determination of dominant trends and prospects // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018, vol. 411, no. 1, article 012007. DOI: 10.1088/1757-899X/411/1/012007.

4. Портнова Е. Н. Способы повышения механических характеристик керамики на основе диборидов циркония и гафния (обзор) // Вестник Пермского университета. Серия: Химия. — 2020. — № 10(2). — С. 180—190. DOI: 10.17072/2223-1838-2020-2-180-190.

5. Ахунова Д. Р., Попова Н. А., Лукин Е. С., Пашков О. Д., Кучеряев К. А. Композиционная керамика на основе диоксида циркония для твердотопливных элементов (обзор) // Успехи в химии и химической технологии. — 2022. — № 36(3). — С. 13—15.

6. Харитонов Д. В., Шинкевич А. И., Малышева Т. В. Потенциал российской сырьевой базы циркония для производства огнеупорных материалов на основе ZrO2 // Черные металлы. — 2022. — Т. 8. — С. 17—21. DOI: 10.17580/chm.2022.08.03.

7. Bordeenithikasem P., Stolpe M., Elsen A., Hofmann D. C. Glass forming ability, flexural strength, and wear properties of additively manufactured Zr-based bulk metallic glasses produced through laser powder bed fusion // Additive Manufacturing. 2018, vol. 21, pp. 312—317.

8. Meng X., Yan K., Pan Z., Zhang Y., Liu J., Shi L., Wu Y. Study on mechanism and dynamics of inert powder explosion inhibitor inhibiting aluminum powder explosion // Advanced Powder Technology. 2022, vol. 33, no. 11. DOI: 10.1016/j.apt.2022.103773.

9. Волокитина Е. А., Антропова И. П., Тимофеев К. А., Труфаненко Р. А. Современное состояние и перспективы использования имплантатов из циркониевых керамических материалов в травматологии и ортопедии // Гений ортопедии. — 2024. — Т. 30. — № 1. — С. 114—123. DOI: 10.18019/1028-4427-2024-30-1-114-123.

10. Бережко П. Г., Забродина О. Ю., Царев М. В., Мокрушин В. В., Царева И. А., Канунов А. Е., Пичугина С. А. Изучение процессов агрегирования и дезагрегирования частиц высокодисперсного порошка циркония // Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. — 2023. — № 14(2). — С. 33—40.

11. Ларичкин Ф. Д., Воробьев А. Г., Новосельцева В. Д., Попова Г. И., Серебрянная Л. С. Цирконий: ресурсы, рынки, перспективы // Цветные металлы. — 2013. — № 11. — С. 17—21.

12. Быховский Л. З., Ремизова Л. И., Чеботарева О. С. Циркониевое сырье России: состояние и перспективы освоения минерально-сырьевой базы // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. — 2017. — № 2. — С. 11—18. 

13. Хатков В. Ю., Боярко Г. Ю., Болсуновская Л. М., Дибров А. М., Диброва Ю. А. Российская циркониевая промышленность: актуальные проблемы сырьевого обеспечения // Горная наука и технологии (Россия). — 2023. — № 8(2). — С. 128—140. DOI: 10.17073/2500-0632-2023-02-83.

14. Орлов В. М., Крыжанов М. В., Лещинская А. Г., Ярошенко В. В., Коршунов К. В. Получение и физико-химические свойства кальциетермического порошка циркония в качестве компонента пиротехнических составов // Физика горения и взрыва. — 2022. — Т. 58. — № 3. — С. 128—132. DOI: 10.15372/FGV20220313.

15. Валеев С. М.-А., Гусев П. Т., Левченкова О. Н., Лещинская А. Г., Орлов В. М., Федорова Л. А., Ярошенко В. В. Технология порошка циркония: проблемы и решения // Труды Кольского научного центра РАН. — 2018. — Т. 9. — № 2-1. — С. 242—247. DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.242-247.

16. Сорокин Д. В., Орлов В. М., Крыжанов М. В. Исследование кальциетермического восстановления оксида циркония // Труды Кольского научного центра РАН. — 2018. — Т. 9. — № S6. — С. 71—76. DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.PRIL.71-76.

17. Орлов В. М., Федорова Л. А., Калинников В. Т., Ярошенко В. В., Валеев С. М-А. Натриетермическая технология производства порошков циркония // Цветные металлы. — 2012. — № 8. — С. 72—76. 

18. Wainwright E. R., Weihs T. P. Microstructure and ignition mechanisms of reactive aluminum—zirconium ball milled composite metal powders as a function of particle size // Journal of Materials Science. 2020, vol. 55, pp. 14243—14263. DOI: 10.1007/s10853-020-05031-5.

19. Antony K. C., Klepfer H. H. Dispersion-strengthened zirconium alloys // Journal of the Less Common Metals. 1965, vol. 8, no. 1, pp. 36—46. DOI: 10.1016/0022-5088(65)90055-X.

20. Tian Ma, Yong Huang, Jinlong Yang, Jintao He, Lei Zhao Preparation of spherical zirconia powder in microemulsion system and its densification behavior // Materials & Design. 2004, vol. 25, no. 6, pp. 515—519. DOI: 10.1016/j.matdes.2004.01.008.

21. Топорков А. В., Редькин А. Н., Зиганшин А. Г., Копарулина Е. С., Штуца М. Г. Опытно-промышленные испытания получения натриетермического порошка циркония в плавильной печи без подовой зоны / Материалы V Всероссийской научно-технической конференции «Материалы и технологии нового поколения для перспективных изделий авиационной и космической техники». Электронное издание. — 2021. — С. 197—208.