Розробка енергоощадної електромагнітної імпульсної активації феритизаційної переробки гальванічних відходів

This paper considers the prospect of improving the level of environmental safety of industrial enterprises resulting from the implementation of a resource-saving technology for processing the wastes of galvanic production by a ferritization method using the electromagnetic pulse activation of the process. The influence of different activation techniques of the ferritization process has been experimentally determined: thermal and electromagnetic pulse at stable technological parameters (СΣ=10.41 g/dm3; Z=4/1; рН=10.5; τ=25 min; ʋ=0.15 m3/h) on the degree of extraction of heavy metal ions from galvanic wastes. It has been shown that the best processing indicators were achieved at the following mode characteristics for generating electromagnetic pulse discharges: the amplitude of magnetic induction 0.298 Tl, the frequency of pulses from 0.5 to 10 Hz. Such an activation technique ensures the proper degree of heavy metal ions extraction – 99.97 % enabling the use of purified solutions at an enterprise water circulation system. A structural study has been performed into the phase composition and physical properties of ferritization sediments. The environmentally safe ferritization sediments that were obtained under the thermal and electromagnetic pulse activation techniques are characterized by a high degree of compaction, exceeding 90 %, and the crystalline structure with the maximum content of ferrite phases with magnetic properties. In addition, as shown by experiments on heavy metal leaching, these sediments are characterized by a high degree of their immobilization, which reaches 99.96 %, in contrast to galvanic sludge from the neutralization of wastewater, <97.83 %. The method of electromagnetic pulse activation also has the undeniable energy advantages compared to the high-temperature one: energy costs are reduced by more than 42 %. The proposed process for galvanic waste processing by the improved method of ferritization prevents pollution of the environment, ensures efficient and rational use of water, raw materials, and energy in the system of galvanic productionРассматривается перспектива повышения уровня экологической безопасности промышленных предприятий в результате реализации ресурсосберегающей технологии переработки отходов гальванических производств методом ферритизации с электромагнитной импульсной активацией процесса. Экспериментально определено влияние различных способов активации процесса феритизации: термического и электромагнитного импульсного при постоянных технологических параметрах (СΣ=10,41 г/дм3; Z=4/1; рН=10,5; τ=25 мин; ʋ=0,15 м3/ч) на степень извлечения ионов тяжелых металлов из гальванических отходов. Показано, что лучшие показатели переработки были достигнуты при следующих режимных характеристик генерации электромагнитных импульсных разрядов: амплитуде магнитной индукции 0,298 Тл, частоте импульсов от 0,5 до 10 Гц. Таким способ активации обеспечивает надлежащий степень извлечения ионов тяжелых металлов – 99,97 % для использования очищенных растворов в оборотной системе водоснабжения предприятия. Выполнены структурные исследования фазового состава и физических свойств осадков ферритизации. Экологически безопасные ферритизационные осадки, полученные термическим и электромагнитным импульсным способами активации характеризуются високим ступенем уплотнения более 90 %, кристаллической структурой с максимальным содержанием ферритных фаз с магнитными свойствами.Кроме того, как показали эксперименты по выщелачиванию тяжелых металлов, эти осадки характеризуются высокой степенью их иммобилизации, который достигает 99,96 %, в отличие от гальванических шламов нейтрализации сточных вод <97,83 %. Метод электромагнитной импульсной активации имеет и неоспоримые энергетические преимущества по сравнению с высокотемпературным: энергозатраты снижаются более чем на 42 %. Предложенный процесс переработки гальванических отходов усовершенствованным методом феритизации предотвращает загрязнение окружающей среды, обеспечивает эффективное и рациональное использование воды, сырья и энергии в системе гальванического производстваРозглядається перспектива підвищення рівня екологічної безпеки промислових підприємств в результаті реалізації ресурсозберігаючої технології переробки відходів гальванічних виробництв методом феритизації з електромагнітною імпульсною активацією процесу. Експериментально визначено вплив різних способів активації процесу феритизації: термічного та електромагнітного імпульсного при сталих технологічних параметрах (СΣ=10,41 г/дм3; Z=4/1; рН=10,5; τ=25 хв; ʋ=0,15 м3/год) на ступінь вилучення іонів важких металів з гальванічних відходів. Показано, що найкращі показники переробки були досягнуті при наступних режимних характеристиках генерації електромагнітних імпульсних розрядів: амплітуді магнітної індукції 0,298 Тл, частоті імпульсів від 0,5 до 10 Гц. Такий спосіб активації забезпечує належний ступінь вилучення іонів важких металів – 99,97 % для використання очищених розчинів в оборотній системі водопостачання підприємства. Виконано структурні дослідження фазового складу і фізичних властивостей осадів феритизації. Екологічно безпечні феритизаційні осади, які отримані при термічному і електромагнітному імпульсному способах активації характеризуються високим ступенем ущільнення більш ніж 90 %, кристалічною структурою з максимальним вмістом феритних фаз з магнітними властивостями. Крім того, як показали експерименти з вилуговування важких металів, ці осади характеризуються високим ступенем їх іммобілізації, який сягає 99,96 %, на відміну від гальванічних шламів нейтралізації стічних вод <97,83 %. Метод електромагнітної імпульсної активації має і незаперечні енергетичні переваги в порівнянні з високотемпературним: енергозатрати знижуються більш ніж на 42 %. Запропонований процес переробки гальванічних відходів удосконаленим методом феритизації запобігає забрудненню навколишнього середовища, забезпечує ефективне і раціональне використання води, сировини та енергії в системі гальванічного виробництв

Розробка енергоощадної електромагнітної імпульсної активації феритизаційної переробки гальванічних відходів

This paper considers the prospect of improving the level of environmental safety of industrial enterprises resulting from the implementation of a resource-saving technology for processing the wastes of galvanic production by a ferritization method using the electromagnetic pulse activation of the process. The influence of different activation techniques of the ferritization process has been experimentally determined: thermal and electromagnetic pulse at stable technological parameters (СΣ=10.41 g/dm3; Z=4/1; рН=10.5; τ=25 min; ʋ=0.15 m3/h) on the degree of extraction of heavy metal ions from galvanic wastes. It has been shown that the best processing indicators were achieved at the following mode characteristics for generating electromagnetic pulse discharges: the amplitude of magnetic induction 0.298 Tl, the frequency of pulses from 0.5 to 10 Hz. Such an activation technique ensures the proper degree of heavy metal ions extraction – 99.97 % enabling the use of purified solutions at an enterprise water circulation system. A structural study has been performed into the phase composition and physical properties of ferritization sediments. The environmentally safe ferritization sediments that were obtained under the thermal and electromagnetic pulse activation techniques are characterized by a high degree of compaction, exceeding 90 %, and the crystalline structure with the maximum content of ferrite phases with magnetic properties. In addition, as shown by experiments on heavy metal leaching, these sediments are characterized by a high degree of their immobilization, which reaches 99.96 %, in contrast to galvanic sludge from the neutralization of wastewater, <97.83 %. The method of electromagnetic pulse activation also has the undeniable energy advantages compared to the high-temperature one: energy costs are reduced by more than 42 %. The proposed process for galvanic waste processing by the improved method of ferritization prevents pollution of the environment, ensures efficient and rational use of water, raw materials, and energy in the system of galvanic productionРассматривается перспектива повышения уровня экологической безопасности промышленных предприятий в результате реализации ресурсосберегающей технологии переработки отходов гальванических производств методом ферритизации с электромагнитной импульсной активацией процесса. Экспериментально определено влияние различных способов активации процесса феритизации: термического и электромагнитного импульсного при постоянных технологических параметрах (СΣ=10,41 г/дм3; Z=4/1; рН=10,5; τ=25 мин; ʋ=0,15 м3/ч) на степень извлечения ионов тяжелых металлов из гальванических отходов. Показано, что лучшие показатели переработки были достигнуты при следующих режимных характеристик генерации электромагнитных импульсных разрядов: амплитуде магнитной индукции 0,298 Тл, частоте импульсов от 0,5 до 10 Гц. Таким способ активации обеспечивает надлежащий степень извлечения ионов тяжелых металлов – 99,97 % для использования очищенных растворов в оборотной системе водоснабжения предприятия. Выполнены структурные исследования фазового состава и физических свойств осадков ферритизации. Экологически безопасные ферритизационные осадки, полученные термическим и электромагнитным импульсным способами активации характеризуются високим ступенем уплотнения более 90 %, кристаллической структурой с максимальным содержанием ферритных фаз с магнитными свойствами.Кроме того, как показали эксперименты по выщелачиванию тяжелых металлов, эти осадки характеризуются высокой степенью их иммобилизации, который достигает 99,96 %, в отличие от гальванических шламов нейтрализации сточных вод <97,83 %. Метод электромагнитной импульсной активации имеет и неоспоримые энергетические преимущества по сравнению с высокотемпературным: энергозатраты снижаются более чем на 42 %. Предложенный процесс переработки гальванических отходов усовершенствованным методом феритизации предотвращает загрязнение окружающей среды, обеспечивает эффективное и рациональное использование воды, сырья и энергии в системе гальванического производстваРозглядається перспектива підвищення рівня екологічної безпеки промислових підприємств в результаті реалізації ресурсозберігаючої технології переробки відходів гальванічних виробництв методом феритизації з електромагнітною імпульсною активацією процесу. Експериментально визначено вплив різних способів активації процесу феритизації: термічного та електромагнітного імпульсного при сталих технологічних параметрах (СΣ=10,41 г/дм3; Z=4/1; рН=10,5; τ=25 хв; ʋ=0,15 м3/год) на ступінь вилучення іонів важких металів з гальванічних відходів. Показано, що найкращі показники переробки були досягнуті при наступних режимних характеристиках генерації електромагнітних імпульсних розрядів: амплітуді магнітної індукції 0,298 Тл, частоті імпульсів від 0,5 до 10 Гц. Такий спосіб активації забезпечує належний ступінь вилучення іонів важких металів – 99,97 % для використання очищених розчинів в оборотній системі водопостачання підприємства. Виконано структурні дослідження фазового складу і фізичних властивостей осадів феритизації. Екологічно безпечні феритизаційні осади, які отримані при термічному і електромагнітному імпульсному способах активації характеризуються високим ступенем ущільнення більш ніж 90 %, кристалічною структурою з максимальним вмістом феритних фаз з магнітними властивостями. Крім того, як показали експерименти з вилуговування важких металів, ці осади характеризуються високим ступенем їх іммобілізації, який сягає 99,96 %, на відміну від гальванічних шламів нейтралізації стічних вод <97,83 %. Метод електромагнітної імпульсної активації має і незаперечні енергетичні переваги в порівнянні з високотемпературним: енергозатрати знижуються більш ніж на 42 %. Запропонований процес переробки гальванічних відходів удосконаленим методом феритизації запобігає забрудненню навколишнього середовища, забезпечує ефективне і раціональне використання води, сировини та енергії в системі гальванічного виробництв

Structural properties of full-scope AlN/BN compounds investigated using ab initio calculations

In the last few decades, aluminum nitride (AlN) and boron nitride (BN) have become a point of interest to many researchers and scholars from different disciplines around the world. Due to its attractive properties, AlN has been successfully used in various applications, starting from advanced ceramics materials, additive for grain size control in micro-alloyed steels, through optoelectronics and microelectronics, and finally to semiconductors. On the other hand, BN has broad applications in various fields, such as 2D material, lubricant material, superhard and semiconductor material as well as many others. This study focuses on the mixed AlN/BN compounds, in particular, boron-rich AlN and aluminum-rich BN systems, thus having the entire range of AlN/BN compositions. The special focus was on structural properties investigated using the hybrid B3LYP method. Important structural properties were investigated to offer novel technological and industrial applications of mixed AlN/BN materials.International Conference on Structural Integrity 2023 (ICSI 2023

Higher borides and oxygen-enriched Mg-B-O inclusions as possible pinning centers in nanostructural magnesium diboride and the influence of additives on their formation

The study of high pressure (2 GPa) synthesized MgB2-based materials allows us to conclude that higher borides (with near MgB12 stoichiometry) and oxygen-enriched Mg-B-O inclusions can be pinning centers in nanostructural magnesium diboride matrix (with average grain sizes of 15-37 nm). It has been established that additions of Ti or SiC as well as manufacturing temperature can affect the size, amount and distribution of these inclusions in the material structure and thus, influence critical current density. The superconducting behavior of materials with near MgB12 stoichiometry of matrix is discussed.Comment: 4 pages, 1 figues, presented at VORTEX VI-2009, accepted for Physica

Дослідження очистки відпрацьованих електролітів нікелювання методом феритизації

Considerable attention has been paid recently to the development of comprehensive recycling of industrial wastewater, which provides for an appropriate degree of purification for both organization of circulation water supply, and subsequent disposal of waste of water treatment. The improved ferritization process, which allows decreasing original concentration of nickel ions in depleted electrolytes of nickel plating from 50–100 g/dm3 to <0.2 mg/dm3, was presented. The experimental ferrite-reactor with the use of the traditional thermal and electromagnetic pulse method of activation of ferritization process in the range of generating frequencies of up to 0.9 kHz was developed. Economic benefits of the use of the electromagnetic pulse activation compared to the high temperature one were identified. Kinetics of extraction of nickel and iron ions from aqueous solutions was explored. The impact of the basic technological parameters of ferritization at different ways of activation was experimentally determined. The most effective results of treatment of highly concentrated wastewater were achieved using the electromagnetic pulse (T=20 °C) and thermal (T=70 °C) way of activation of the ferritization process at the original ration of concentration Fe2+/Ni2+ within 3/1–4/1, total concentration of ions of heavy metals of 20–25 g/dm3, original pH of the reaction mixture of 9.5 and duration of ferritization process of 15 min. Research into phase composition and physical properties of ferritization sediments was performed. Comparative analysis of sediment volumes at different ways of compaction was carried out. Sediments are mainly characterized by the crystalline structure, ferromagnetic properties, and considerable chemical resistance. This provides for actual environmental ways of recycling, which makes it possible to avoid the loss of valuable and, at the same time, toxic metal – nickel. The proposed comprehensive process of recycling liquid industrial waste prevents pollution of the environment, ensures effective and efficient use of water, raw materials, and power in the system of galvanic production.В последнее время значительное внимание уделяется разработке комплексной переработке промышленных сточных вод, которая обеспечивает как надлежащий степень очистки для организации оборотного водоснабжения, так и последующую утилизацию отходов очистки воды. Представлен усовершенствованный процесс феритизации, который позволяет уменьшить исходные концентрации ионов никеля в отработанных электролитах никелирования с 50–100 г/дм3 до <0,2 мг/дм3. Разработан экспериментальный феррит-реактор с использованием традиционного термического и электромагнитного импульсного способа активации процесса феритизации в диапазоне генерирующих частот до 0,9 кГц. Установлены экономические преимущества использования электромагнитной импульсной активации по сравнению с высокотемпературной. Исследована кинетика извлечения ионов никеля и железа из водных растворов. Экспериментально определено влияние основных технологических параметров феритизации при различных способах активации. Наииболее эффективные результаты очистки высококонцентрированных сточных вод были достигнуты с применением электромагнитного импульсного (Т=20 °С) и термического (Т=70 °С) способов активации процесса феритизации при исходном соотношении концентрации Fe2+/Ni2+ в пределах 3/1–4/1, суммарной концентрации ионов тяжелых металлов 20–25 г/дм3, начальном рН реакционной смеси 9,5 и продолжительности процесса феритизации 15 мин. Выполнены исследования фазового состава и физических свойств осадков феретизации. Осуществлен сравнительный анализ объемов осадков при различных способах уплотнения. Осадки в основном характеризуются кристаллической структурой, ферромагнитными свойствами и значительной химической стойкостью. Это обеспечивает реальные экологические пути утилизации, которые позволяют избежать потерь ценного и одновременно токсичного металла – никеля. Предложенный комплексный процесс переработки жидких промышленных отходов предотвращает загрязнение окружающей среды, обеспечивает эффективное и рациональное использование воды, сырья и энергии в системе гальванического производстваОстаннім часом значна увага приділяється розробці комплексної переробки промислових стічних вод, що забезпечує як належний ступінь очистки для організації оборотного водопостачання, так і подальшу утилізацію відходів очищення води. Представлено удосконалений процес феритизації, який дозволяє зменшити вихідні концентрації іонів нікелю у відпрацьованих електролітах нікелювання з 50–100 г/дм3 до <0,2 мг/дм3. Розроблено експериментальний ферит-реактор з використанням традиційного термічного та електромагнітного імпульсного способу активації процесу феритизації в діапазоні генеруючих частот до 0,9 кГц. Встановлені енергетичні переваги використання електромагнітної імпульсної активації в порівнянні з високотемпературною. Досліджено кінетику вилучення іонів нікелю та заліза з водних розчинів. Експериментально визначено вплив основних технологічних параметрів феритизації при різних способах активації. Найефективніші результати очистки висококонцентрованих стічних вод були досягнуті із застосуванням електромагнітного імпульсного (Т=20 ºС) та термічного (Т=70 ºС) способів активації процесу феритизації при вихідному співвідношенні концентрацій Fe2+/Ni2+ в межах 3/1–4/1, сумарній концентрації іонів важких металів 20–25 г/дм3, початковому рН реакційної суміші 9,5, тривалості процесу феритизації 15 хв. Виконано дослідження фазового складу і фізичних властивостей осадів феритизації. Здійснено порівняльний аналіз об’ємів осадів при різних способах ущільнення. Осади здебільшого характеризуються кристалічною структурою, феромагнітними властивостями і значною хімічною стійкістю. Це забезпечує реальні екологічні шляхи утилізації, що дозволяє уникнути втрат цінного та водночас токсичного металу – нікелю. Запропонований комплексний процес переробки рідких промислових відходів запобігає забрудненню навколишнього середовища, забезпечує ефективне і раціональне використання води, сировини та енергії в системі гальванічного виробництв

Дослідження очистки відпрацьованих електролітів нікелювання методом феритизації

Considerable attention has been paid recently to the development of comprehensive recycling of industrial wastewater, which provides for an appropriate degree of purification for both organization of circulation water supply, and subsequent disposal of waste of water treatment. The improved ferritization process, which allows decreasing original concentration of nickel ions in depleted electrolytes of nickel plating from 50–100 g/dm3 to <0.2 mg/dm3, was presented. The experimental ferrite-reactor with the use of the traditional thermal and electromagnetic pulse method of activation of ferritization process in the range of generating frequencies of up to 0.9 kHz was developed. Economic benefits of the use of the electromagnetic pulse activation compared to the high temperature one were identified. Kinetics of extraction of nickel and iron ions from aqueous solutions was explored. The impact of the basic technological parameters of ferritization at different ways of activation was experimentally determined. The most effective results of treatment of highly concentrated wastewater were achieved using the electromagnetic pulse (T=20 °C) and thermal (T=70 °C) way of activation of the ferritization process at the original ration of concentration Fe2+/Ni2+ within 3/1–4/1, total concentration of ions of heavy metals of 20–25 g/dm3, original pH of the reaction mixture of 9.5 and duration of ferritization process of 15 min. Research into phase composition and physical properties of ferritization sediments was performed. Comparative analysis of sediment volumes at different ways of compaction was carried out. Sediments are mainly characterized by the crystalline structure, ferromagnetic properties, and considerable chemical resistance. This provides for actual environmental ways of recycling, which makes it possible to avoid the loss of valuable and, at the same time, toxic metal – nickel. The proposed comprehensive process of recycling liquid industrial waste prevents pollution of the environment, ensures effective and efficient use of water, raw materials, and power in the system of galvanic production.В последнее время значительное внимание уделяется разработке комплексной переработке промышленных сточных вод, которая обеспечивает как надлежащий степень очистки для организации оборотного водоснабжения, так и последующую утилизацию отходов очистки воды. Представлен усовершенствованный процесс феритизации, который позволяет уменьшить исходные концентрации ионов никеля в отработанных электролитах никелирования с 50–100 г/дм3 до <0,2 мг/дм3. Разработан экспериментальный феррит-реактор с использованием традиционного термического и электромагнитного импульсного способа активации процесса феритизации в диапазоне генерирующих частот до 0,9 кГц. Установлены экономические преимущества использования электромагнитной импульсной активации по сравнению с высокотемпературной. Исследована кинетика извлечения ионов никеля и железа из водных растворов. Экспериментально определено влияние основных технологических параметров феритизации при различных способах активации. Наииболее эффективные результаты очистки высококонцентрированных сточных вод были достигнуты с применением электромагнитного импульсного (Т=20 °С) и термического (Т=70 °С) способов активации процесса феритизации при исходном соотношении концентрации Fe2+/Ni2+ в пределах 3/1–4/1, суммарной концентрации ионов тяжелых металлов 20–25 г/дм3, начальном рН реакционной смеси 9,5 и продолжительности процесса феритизации 15 мин. Выполнены исследования фазового состава и физических свойств осадков феретизации. Осуществлен сравнительный анализ объемов осадков при различных способах уплотнения. Осадки в основном характеризуются кристаллической структурой, ферромагнитными свойствами и значительной химической стойкостью. Это обеспечивает реальные экологические пути утилизации, которые позволяют избежать потерь ценного и одновременно токсичного металла – никеля. Предложенный комплексный процесс переработки жидких промышленных отходов предотвращает загрязнение окружающей среды, обеспечивает эффективное и рациональное использование воды, сырья и энергии в системе гальванического производстваОстаннім часом значна увага приділяється розробці комплексної переробки промислових стічних вод, що забезпечує як належний ступінь очистки для організації оборотного водопостачання, так і подальшу утилізацію відходів очищення води. Представлено удосконалений процес феритизації, який дозволяє зменшити вихідні концентрації іонів нікелю у відпрацьованих електролітах нікелювання з 50–100 г/дм3 до <0,2 мг/дм3. Розроблено експериментальний ферит-реактор з використанням традиційного термічного та електромагнітного імпульсного способу активації процесу феритизації в діапазоні генеруючих частот до 0,9 кГц. Встановлені енергетичні переваги використання електромагнітної імпульсної активації в порівнянні з високотемпературною. Досліджено кінетику вилучення іонів нікелю та заліза з водних розчинів. Експериментально визначено вплив основних технологічних параметрів феритизації при різних способах активації. Найефективніші результати очистки висококонцентрованих стічних вод були досягнуті із застосуванням електромагнітного імпульсного (Т=20 ºС) та термічного (Т=70 ºС) способів активації процесу феритизації при вихідному співвідношенні концентрацій Fe2+/Ni2+ в межах 3/1–4/1, сумарній концентрації іонів важких металів 20–25 г/дм3, початковому рН реакційної суміші 9,5, тривалості процесу феритизації 15 хв. Виконано дослідження фазового складу і фізичних властивостей осадів феритизації. Здійснено порівняльний аналіз об’ємів осадів при різних способах ущільнення. Осади здебільшого характеризуються кристалічною структурою, феромагнітними властивостями і значною хімічною стійкістю. Це забезпечує реальні екологічні шляхи утилізації, що дозволяє уникнути втрат цінного та водночас токсичного металу – нікелю. Запропонований комплексний процес переробки рідких промислових відходів запобігає забрудненню навколишнього середовища, забезпечує ефективне і раціональне використання води, сировини та енергії в системі гальванічного виробництв

Effect of aluminum addition on the structure and electronic properties of boron nitride

The influence of the structure type on the boron nitride (BN) properties such as excellent thermal and chemical stability and super hardness is well known. The effect of aluminum addition on four different structure types of boron nitride (wurtzite, h-BN, sphalerite, and rock salt) and its electronic properties have been investigated in our study. Here we present an ab initio study of the B1-xAlxN solid solutions for (x ​= ​0; 0.125; 0.25; 0.375 and 0.5), and corresponding structure-property relationship. Novel structures have been discovered in new Al-rich boron nitride compounds and some of them indicate AlN-BN layer separation. Electronic properties have been studied in great detail using hybrid B3LYP approximation. Present results suggest great diversity of the electronic properties generated by adding aluminum to boron nitride and that by using these predicted modifications in various investigated AlN-BN compounds, one could obtain fine-tuning of the band gap in boron nitride electroceramics

Novel boron‐rich aluminum nitride advanced ceramic materials

Aluminum nitride (AlN) and boron nitride (BN) are well-known ceramic materials with numerous valuable properties, whereas recently there is a growing field of research on the AlN/BN advanced ceramic materials. Here, we present a study on boron-rich AlN, structural and electronic properties, and structure–property relationship. Several AlxB1−xN solid solutions (x = 1,.875,.75, and.625) have been investigated, and structure optimization has been performed for four different structure types: h-BN, wurtzite, sphalerite, and rock salt. First-principles calculations were performed using hybrid B3LYP functional. New modifications and compounds have been predicted as a function of boron concentration in AlN, and especially, interesting phase transitions were found at extreme pressure conditions. Electronic properties and band structures were computed, and the possibility for bandgap tuning has been discovered. The present study, and especially the structure–property relationship, gives new possibilities for bandgap engineering in boron-rich AlN electroceramic materials. © 2022 The American Ceramic Society

Novel boron-rich aluminum nitride advanced ceramic materials

Aluminum nitride (AlN) and boron nitride (BN) are well-known ceramic materials with numerous valuable properties, whereas recently there is a growing field of research on the AlN/BN advanced ceramic materials. Here, we present a study on boron-rich AlN, structural and electronic properties, and structure–property relationship. Several AlxB1−xN solid solutions (x = 1, .875, .75, and .625) have been investigated, and structure optimization has been performed for four different structure types: h-BN, wurtzite, sphalerite, and rock salt. First-principles calculations were performed using hybrid B3LYP functional. New modifications and compounds have been predicted as a function of boron concentration in AlN, and especially, interesting phase transitions were found at extreme pressure conditions. Electronic properties and band structures were computed, and the possibility for bandgap tuning has been discovered. The present study, and especially the structure–property relationship, gives new possibilities for bandgap engineering in boron-rich AlN electroceramic materials

Development of Ferritization Processing of Galvanic Waste Involving the Energy­saving Electromagnetic Pulse Activation of the Process

This paper considers the prospect of improving the level of environmental safety of industrial enterprises resulting from the implementation of a resource-saving technology for processing the wastes of galvanic production by a ferritization method using the electromagnetic pulse activation of the process. The influence of different activation techniques of the ferritization process has been experimentally determined: thermal and electromagnetic pulse at stable technological parameters (СΣ=10.41 g/dm3; Z=4/1; рН=10.5; τ=25 min; ʋ=0.15 m3/h) on the degree of extraction of heavy metal ions from galvanic wastes. It has been shown that the best processing indicators were achieved at the following mode characteristics for generating electromagnetic pulse discharges: the amplitude of magnetic induction 0.298 Tl, the frequency of pulses from 0.5 to 10 Hz. Such an activation technique ensures the proper degree of heavy metal ions extraction – 99.97 % enabling the use of purified solutions at an enterprise water circulation system. A structural study has been performed into the phase composition and physical properties of ferritization sediments. The environmentally safe ferritization sediments that were obtained under the thermal and electromagnetic pulse activation techniques are characterized by a high degree of compaction, exceeding 90 %, and the crystalline structure with the maximum content of ferrite phases with magnetic properties. In addition, as shown by experiments on heavy metal leaching, these sediments are characterized by a high degree of their immobilization, which reaches 99.96 %, in contrast to galvanic sludge from the neutralization of wastewater, <97.83 %. The method of electromagnetic pulse activation also has the undeniable energy advantages compared to the high-temperature one: energy costs are reduced by more than 42 %. The proposed process for galvanic waste processing by the improved method of ferritization prevents pollution of the environment, ensures efficient and rational use of water, raw materials, and energy in the system of galvanic productio