ІННОВАЦІЇ У ПЕРЕРОБЦІ ВІДХОДІВ ТВЕРДИХ СПЛАВІВ ТА ЦИРКУЛЯРНА ЕКОНОМІКА ДЛЯ СТАЛОГО РОЗВИТКУ ПРОМИСЛОВОСТІ
Hard alloys, particularly cemented carbides like tungsten carbide-cobalt (WC-Co), are critical for industries such as manufacturing, mining, and aerospace due to their exceptional hardness and wear resistance. However, the scarcity of tungsten and ethical concerns surrounding cobalt mining necessita...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля Национальной академии наук Украины
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://altis-ism.org.ua/index.php/ALTIS/article/view/469 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Tooling materials science |
Institution
Tooling materials science| _version_ | 1860742123830116352 |
|---|---|
| author | Швець, Василь Папіж, Юлія Ащеулова, Олександра Пащенко, Олександр Пащенко, Діана |
| author_facet | Швець, Василь Папіж, Юлія Ащеулова, Олександра Пащенко, Олександр Пащенко, Діана |
| author_sort | Швець, Василь |
| baseUrl_str | http://altis-ism.org.ua/index.php/ALTIS/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-03-26T08:19:14Z |
| description | Hard alloys, particularly cemented carbides like tungsten carbide-cobalt (WC-Co), are critical for industries such as manufacturing, mining, and aerospace due to their exceptional hardness and wear resistance. However, the scarcity of tungsten and ethical concerns surrounding cobalt mining necessitate sustainable recycling to reduce reliance on virgin materials and mitigate environmental impacts. This article investigates advancements in recycling technologies for hard alloy waste, emphasizing hydrometallurgical and electrochemical methods to enhance recovery efficiency and align with circular economy principles. Experimental results demonstrate that hydrometallurgical leaching with eco-friendly citric acid achieves 92% WC and 85% cobalt recovery, while electrochemical anodic dissolution yields 88% WC and 95% cobalt, surpassing traditional zinc process efficiencies (85% WC, 70% Co). These methods reduce energy consumption by 29% (50 MJ/kg vs. 70 MJ/kg) and eliminate hazardous waste streams, offering environmental benefits. Recycled WC-Co powders, when integrated into additive manufacturing via laser powder bed fusion, produce components with Vickers hardness (1420 HV) comparable to virgin materials (1450 HV), enabling closed-loop production systems. Lifecycle analysis (LCA) quantifies a 30–40% reduction in global warming potential (3.5 kg CO₂ eq/kg vs. 5.2 kg CO₂ eq/kg) and resource depletion, aligning with UN Sustainable Development Goal 12 (Responsible Consumption and Production). Cost analyses indicate 20–25% savings ($9.5–10/kg vs. $12/kg for zinc), but scalability remains limited by high capital costs (e.g., $500,000 for electrochemical plants) and the absence of standardized quality metrics (e.g., hardness ≥1400 HV, purity ≥98%). Future directions include AI-driven process optimization using machine learning to enhance leaching parameters, nanotechnology for binder-free WC ceramics, and global standards for recycled material certification. By reducing dependency on critical raw materials and fostering resource efficiency, these advancements support sustainable industrial development. Interdisciplinary collaboration among materials scientists, environmental engineers, and policymakers is essential to overcome barriers and scale these technologies, ensuring hard alloy recycling contributes to a resilient, circular economy. |
| first_indexed | 2026-03-26T16:19:32Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs2.altis-ism.org.ua:article-469 |
| institution | Tooling materials science |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-03-26T16:19:32Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля Национальной академии наук Украины |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs2.altis-ism.org.ua:article-4692026-03-26T08:19:14Z INNOVATIONS IN THE RECYCLING OF HARD ALLOY WASTE AND CIRCULAR ECONOMY FOR SUSTAINABLE INDUSTRY DEVELOPMENT ІННОВАЦІЇ У ПЕРЕРОБЦІ ВІДХОДІВ ТВЕРДИХ СПЛАВІВ ТА ЦИРКУЛЯРНА ЕКОНОМІКА ДЛЯ СТАЛОГО РОЗВИТКУ ПРОМИСЛОВОСТІ Швець, Василь Папіж, Юлія Ащеулова, Олександра Пащенко, Олександр Пащенко, Діана hard alloys, cemented carbides, tungsten carbide, recycling, circular economy, hydrometallurgy, electrochemical recovery, additive manufacturing, lifecycle analysis, sustainability, critical materials, industry standards тверді сплави, цементовані карбіди, карбід вольфраму, переробка, циркулярна економіка, гідрометалургія, електрохімічне вилучення, адитивне виробництво, аналіз життєвого циклу, сталий розвиток, критичні матеріали, промислові стандарти Hard alloys, particularly cemented carbides like tungsten carbide-cobalt (WC-Co), are critical for industries such as manufacturing, mining, and aerospace due to their exceptional hardness and wear resistance. However, the scarcity of tungsten and ethical concerns surrounding cobalt mining necessitate sustainable recycling to reduce reliance on virgin materials and mitigate environmental impacts. This article investigates advancements in recycling technologies for hard alloy waste, emphasizing hydrometallurgical and electrochemical methods to enhance recovery efficiency and align with circular economy principles. Experimental results demonstrate that hydrometallurgical leaching with eco-friendly citric acid achieves 92% WC and 85% cobalt recovery, while electrochemical anodic dissolution yields 88% WC and 95% cobalt, surpassing traditional zinc process efficiencies (85% WC, 70% Co). These methods reduce energy consumption by 29% (50 MJ/kg vs. 70 MJ/kg) and eliminate hazardous waste streams, offering environmental benefits. Recycled WC-Co powders, when integrated into additive manufacturing via laser powder bed fusion, produce components with Vickers hardness (1420 HV) comparable to virgin materials (1450 HV), enabling closed-loop production systems. Lifecycle analysis (LCA) quantifies a 30–40% reduction in global warming potential (3.5 kg CO₂ eq/kg vs. 5.2 kg CO₂ eq/kg) and resource depletion, aligning with UN Sustainable Development Goal 12 (Responsible Consumption and Production). Cost analyses indicate 20–25% savings ($9.5–10/kg vs. $12/kg for zinc), but scalability remains limited by high capital costs (e.g., $500,000 for electrochemical plants) and the absence of standardized quality metrics (e.g., hardness ≥1400 HV, purity ≥98%). Future directions include AI-driven process optimization using machine learning to enhance leaching parameters, nanotechnology for binder-free WC ceramics, and global standards for recycled material certification. By reducing dependency on critical raw materials and fostering resource efficiency, these advancements support sustainable industrial development. Interdisciplinary collaboration among materials scientists, environmental engineers, and policymakers is essential to overcome barriers and scale these technologies, ensuring hard alloy recycling contributes to a resilient, circular economy. Тверді сплави, зокрема цементовані карбіди, такі як карбід вольфраму-кобальт (WC-Co), є ключовими для галузей виробництва, гірничодобувної промисловості та аерокосмічної індустрії завдяки їхній винятковій твердості та зносостійкості. Однак дефіцит вольфраму та етичні проблеми, пов’язані з видобутком кобальту, вимагають сталого підходу до переробки, щоб зменшити залежність від первинної сировини та мінімізувати екологічний вплив. У цій статті досліджуються новітні технології переробки відходів твердих сплавів із акцентом на гідрометалургійні та електрохімічні методи, які підвищують ефективність вилучення та відповідають принципам циркулярної економіки. Експериментальні результати показують, що гідрометалургійне вилуговування з використанням екологічно безпечної лимонної кислоти забезпечує 92% вилучення WC та 85% кобальту, тоді як електрохімічне анодне розчинення дає 88% WC та 95% кобальту, перевищуючи ефективність традиційного цинкового процесу (85% WC, 70% Co). Ці методи знижують енергоспоживання на 29% (50 МДж/кг проти 70 МДж/кг) та усувають небезпечні відходи, що забезпечує екологічні переваги. Перероблені порошки WC-Co, застосовані в адитивному виробництві через лазерне спікання порошкового шару, дозволяють отримати матеріали з твердістю (1420 HV), порівнянною з первинними матеріалами (1450 HV), сприяючи замкненим циклам виробництва. Аналіз життєвого циклу (LCA) показує зниження потенціалу глобального потепління на 30–40% (3.5 кг CO₂ екв/кг проти 5.2 кг CO₂ екв/кг) та скорочення виснаження ресурсів, що відповідає Цілі сталого розвитку ООН 12 (Відповідальне споживання та виробництво). Аналіз витрат вказує на економію 20–25% ($9.5–10/кг проти $12/кг для цинкового процесу), але проблеми масштабування, такі як високі капітальні витрати ($500,000 для електрохімічних установок) та відсутність стандартизованих показників якості (наприклад, твердість ≥1400 HV, чистота ≥98%), залишаються. Майбутні напрями розвитку включають оптимізацію процесів за допомогою штучного інтелекту, використання нанотехнологій для сплавів WC без зв’язуючих та розробку глобальних стандартів сертифікації перероблених матеріалів. Ці досягнення зменшують залежність від критичних матеріалів, сприяючи сталому розвитку промисловості через міждисциплінарну співпрацю. Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля Национальной академии наук Украины 2025-11-21 Article Article application/pdf http://altis-ism.org.ua/index.php/ALTIS/article/view/469 Інструментальне матеріалознавство; Том 1 № 28 (2025): Інструментальне матеріалознавство; 349-363 Инструментальное материаловедение; Том 1 № 28 (2025): Інструментальне матеріалознавство; 349-363 Tooling materials science; Vol 1 No 28 (2025): Tooling materials Science; 349-363 2708-7328 2708-731X en http://altis-ism.org.ua/index.php/ALTIS/article/view/469/404 Авторське право (c) 2025 Інструментальне матеріалознавство |
| spellingShingle | тверді сплави цементовані карбіди карбід вольфраму переробка циркулярна економіка гідрометалургія електрохімічне вилучення адитивне виробництво аналіз життєвого циклу сталий розвиток критичні матеріали промислові стандарти Швець, Василь Папіж, Юлія Ащеулова, Олександра Пащенко, Олександр Пащенко, Діана ІННОВАЦІЇ У ПЕРЕРОБЦІ ВІДХОДІВ ТВЕРДИХ СПЛАВІВ ТА ЦИРКУЛЯРНА ЕКОНОМІКА ДЛЯ СТАЛОГО РОЗВИТКУ ПРОМИСЛОВОСТІ |
| title | ІННОВАЦІЇ У ПЕРЕРОБЦІ ВІДХОДІВ ТВЕРДИХ СПЛАВІВ ТА ЦИРКУЛЯРНА ЕКОНОМІКА ДЛЯ СТАЛОГО РОЗВИТКУ ПРОМИСЛОВОСТІ |
| title_alt | INNOVATIONS IN THE RECYCLING OF HARD ALLOY WASTE AND CIRCULAR ECONOMY FOR SUSTAINABLE INDUSTRY DEVELOPMENT |
| title_full | ІННОВАЦІЇ У ПЕРЕРОБЦІ ВІДХОДІВ ТВЕРДИХ СПЛАВІВ ТА ЦИРКУЛЯРНА ЕКОНОМІКА ДЛЯ СТАЛОГО РОЗВИТКУ ПРОМИСЛОВОСТІ |
| title_fullStr | ІННОВАЦІЇ У ПЕРЕРОБЦІ ВІДХОДІВ ТВЕРДИХ СПЛАВІВ ТА ЦИРКУЛЯРНА ЕКОНОМІКА ДЛЯ СТАЛОГО РОЗВИТКУ ПРОМИСЛОВОСТІ |
| title_full_unstemmed | ІННОВАЦІЇ У ПЕРЕРОБЦІ ВІДХОДІВ ТВЕРДИХ СПЛАВІВ ТА ЦИРКУЛЯРНА ЕКОНОМІКА ДЛЯ СТАЛОГО РОЗВИТКУ ПРОМИСЛОВОСТІ |
| title_short | ІННОВАЦІЇ У ПЕРЕРОБЦІ ВІДХОДІВ ТВЕРДИХ СПЛАВІВ ТА ЦИРКУЛЯРНА ЕКОНОМІКА ДЛЯ СТАЛОГО РОЗВИТКУ ПРОМИСЛОВОСТІ |
| title_sort | інновації у переробці відходів твердих сплавів та циркулярна економіка для сталого розвитку промисловості |
| topic | тверді сплави цементовані карбіди карбід вольфраму переробка циркулярна економіка гідрометалургія електрохімічне вилучення адитивне виробництво аналіз життєвого циклу сталий розвиток критичні матеріали промислові стандарти |
| topic_facet | hard alloys cemented carbides tungsten carbide recycling circular economy hydrometallurgy electrochemical recovery additive manufacturing lifecycle analysis sustainability critical materials industry standards тверді сплави цементовані карбіди карбід вольфраму переробка циркулярна економіка гідрометалургія електрохімічне вилучення адитивне виробництво аналіз життєвого циклу сталий розвиток критичні матеріали промислові стандарти |
| url | http://altis-ism.org.ua/index.php/ALTIS/article/view/469 |
| work_keys_str_mv | AT švecʹvasilʹ innovationsintherecyclingofhardalloywasteandcirculareconomyforsustainableindustrydevelopment AT papížûlíâ innovationsintherecyclingofhardalloywasteandcirculareconomyforsustainableindustrydevelopment AT aŝeulovaoleksandra innovationsintherecyclingofhardalloywasteandcirculareconomyforsustainableindustrydevelopment AT paŝenkooleksandr innovationsintherecyclingofhardalloywasteandcirculareconomyforsustainableindustrydevelopment AT paŝenkodíana innovationsintherecyclingofhardalloywasteandcirculareconomyforsustainableindustrydevelopment AT švecʹvasilʹ ínnovacííupererobcívídhodívtverdihsplavívtacirkulârnaekonomíkadlâstalogorozvitkupromislovostí AT papížûlíâ ínnovacííupererobcívídhodívtverdihsplavívtacirkulârnaekonomíkadlâstalogorozvitkupromislovostí AT aŝeulovaoleksandra ínnovacííupererobcívídhodívtverdihsplavívtacirkulârnaekonomíkadlâstalogorozvitkupromislovostí AT paŝenkooleksandr ínnovacííupererobcívídhodívtverdihsplavívtacirkulârnaekonomíkadlâstalogorozvitkupromislovostí AT paŝenkodíana ínnovacííupererobcívídhodívtverdihsplavívtacirkulârnaekonomíkadlâstalogorozvitkupromislovostí |