Preview

Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
№ 2 (2018)
Скачать выпуск PDF

Обогащение руд цветных металлов

4-12 204
Аннотация

Предложен способ извлечения загрязняющих компонентов из сметок алюминиевого производства с целью дальнейшего их возврата в электролизер. Для обогащения материала предлагается следующая схема переработки: измельчение – классификация – обратная флотация – сгущение. В работе для наиболее полного удаления оксидов кремния и железа при флотации сметок используется флотореагент Flotigam 7266 компании «Clariant» (Германия), представляюший собой смесь первичных жирных алкиламинов. Для удаления углеродных частиц использовалось сочетание соснового масла в смеси с керосином. Флотация проводилась на флотомашине ФМЛ 0,3. Исходный материал, камерный продукт и хвосты анализировались на содержание углерода и оксидов алюминия, железа и кремния с использованием рентгеноспектрального (РСА), рентгенофазового (РФА) и химического методов анализа. Установлено, что переработка общей массы материала не позволяет получить продукт с приемлемым содержанием оксидов кремния и железа. На основании РФА различных фракций исходного материала предложена переработка фракций материала, содержащих минимальное количество загрязняющих веществ (углерода, оксидов кремния и железа). По результатм РСА различных фракций материала для переработки методом флотации были выбраны две фракции: –0,071 мм и +5,0 мм. При переработке первой из них получен камерный продукт приемлемого качества. Из крупной электролитсодержащей фракции (+5,0 мм) получен продукт с высоким содержанием глинозема и фторсодержащих компонентов при небольших концентрациях углерода и оксида железа, но значительным количеством оксида кремния. Дальнейшее использование данного продукта возможно для получения алюмокремниевых сплавов.

Металлургия цветных металлов

13-20 144
Аннотация

Рассматриваются результаты исследования кинетики окисления окатышей из медного концентрата Гайского горно- обогатительного комбината в условиях регулируемого конвективного тепло- и массообмена при минимальном значении радиационной составляющей теплообмена между потоком нагретого (до 450–700 °С) газообразного окислителя (воздуха) и окатышем. Отмечается, что с увеличением расхода воздуха скорость начальных стадий окисления снижается, хотя расчетами установлено, что подвод окислителя к поверхности окатыша не должен лимитировать этот процесс. Приводятся выведенные автором формулы для определения продолжительности нагрева окатыша до температур начала окисления и нагретого воздуха. Установлено, что с увеличением механической прочности окатышей скорость и полнота их окисления снижаются. Положительное влияние повышения расхода окислителя (воздуха) на скорость окисления в условиях отсутствия внешнедиффузионного торможения объясняется уменьшением продолжительности нагрева окатыша. При температурах 450–500 °С и прочности окатышей 718,1 и 932,0 Н экспериментальное значение энергии активации (Е = 155,1÷ 337,1 кДж/моль) характерно для кинетического или переходного режима, а при 500–700 °С – для диффузионного (Е = = 33,3÷57,4 кДж/моль). Определен коэффициент эффективной диффузии в порах оксидного слоя для изотермического участка кинетической кривой при температуре 600 °С. Диффузия на указанном участке осуществляется в режиме Кнудсена.

21-27 143
Аннотация

Приведены результаты исследования влияния предварительной термической обработки измельченных электронных отходов при температуре 450 °С на степень извлечения меди при последующем выщелачивании материала растворами азотной кислоты. В качестве объектов исследования были выбраны отходы электронной промышленности, в частности автомобильные микросхемы и компьютерные печатные платы. Экспериментальным путем выявлено, что доля органической фазы в их составе колеблется в пределах 20–25 % от массы измельченного сырья. По результатам термогравиметрического и рентгенофлуоресцентного анализов установлено, что максимальная степень удаления органики и образование оксидных форм металлов наблюдаются в интервале температур 400–450 °С. Получена математическая модель процесса выщелачивания меди из электронных отходов растворами HNO3. Найдены оптимальные параметры проведения процесса: температура в системе 75 °С, продолжительность выщелачивания 150 мин, концентрация кислоты 4 М, обеспечивающие максимальное извлечение меди в раствор (98 %). Проведен сравнительный анализ процессов выщелачивания двух типов сырья (после термической обработки и без таковой). Экспериментально подтверждено, что для сырья после предварительного отжига наблюдается более полное выщелачивание меди из электронных отходов растворами азотной кислоты меньшей концентрации по сравнению с образцами без термической обработки. Доказано, что последняя обуславливает фазовые изменения в составе исследуемого объекта, а именно переход металлов в их оксидные формы, что положительно влияет на степень извлечения меди из электронных отходов при последующем азотно-кислом выщелачивании.

28-33 140
Аннотация

Представлен разработанный авторами способ получения черновой сурьмы с низким содержанием мышьяка из антимонатного концентрата, содержащего 47,77 % Sb и 0,17 % As. Основу концентрата составляет гексагидроксоантимонат натрия, или минерал мопунгит. При восстановлении концентрата коксом по традиционной технологии получена черновая сурьма с повышенным содержанием мышьяка – 0,34 %. Для его снижения в черновом металле до 0,1 % и исключения отдельной стадии рафинирования сурьмы от мышьяка предложена восстановительная плавка в присутствии плюмбита натрия или оксида свинца, в результате которой получена черновая сурьма с содержанием мышьяка 0,07–0,1 %. Процесс восстановительной плавки антимонатного концентрата на черновую сурьму проводился в печи с силитовыми нагревателями в алундовых тиглях с навесками шихты 100–150 г. Содержание основного металла и примесей в черновой сурьме определялось химическим и атомно-абсорбционным способами. Форма нахождения мышьяка в концентрате оценивалась рентгенофазовым анализом с использованием автоматизированного дифрактометра ДРОН-3 (CuKα-излучение, β-фильтр). Показано концентрирование мышьяка в шлаковой фазе в виде диарсената свинца Pb2As2O7. Проведены термогравиметрические исследования процесса восстановительной плавки шихты, состоящей из антимонатного концентрата, оксида свинца и кокса, в результате которых установлено, что процесс образования металлической сурьмы протекает в интервале температур 445–950 °С.

Литейное производство

34-42 225
Аннотация

Для сознательного управления процессом кристаллизации металлов с целью получения заданной микроструктуры слитка используют различные физические поля, которые при воздействии на расплав изменяют его внутреннее состояние, а значит, и кинетику кристаллизации. В работе описаны термодинамика и кинетика процесса кристаллизации алюминия при обработке расплава магнитным полем. Создана достаточно простая экспериментальная установка, позволяющая изучать процессы воздействия магнитного поля на расплавы алюминия или других металлов и сплавов. Она состоит из нескольких основных узлов: (1) электропечи; (2) водоохлаждаемого медного кристаллизатора, совмещенного с электро- магнитной катушкой; (3) механического устройства для быстрого перемещения тигля с расплавом алюминия; (4) системы контроля и управления температурой расплава; (5) электронной части для записи и обработки информации. Экспериментально установлено, что магнитное поле изменяет температуру фазового равновесия расплав–кристалл, скрытую теплоту фазового перехода и температуру переохлаждения расплава при кристаллизации. Показано, что изменение этих параметров приводит к уменьшению радиуса критических зародышей и увеличению скорости их зарождения. Получены температурно-временные зависимости процесса кристаллизации. Выявлено, что при обработке расплава алюминия магнитным полем время кристаллизации уменьшается. Анализ алюминиевых образцов, полученных под воздействием магнитного поля, показал, что их структура имеет более мелкие зерна, чем у образцов, не подверженных такой обработке.

Обработка металлов давлением

43-49 198
Аннотация

Показана актуальность работ, направленных на создание новых сплавов системы Al–Mg, легированных скандием, которые характеризуются выгодным сочетанием эксплуатационных и механических свойств, таких, как свариваемость, коррозионная стойкость и достаточная прочность. В промышленных условиях получены плоские слитки из экспериментального скандийсодержащего сплава размерами 560×1360×4520 мм. Для вырезанных из них заготовок с максимальной толщиной 40 мм были разработаны и опробованы режимы термообработки и листовой прокатки. В качестве оборудования для прокатки использовали стан ДУО 330 с гладкими валками с начальным диаметром 330 мм и шириной бочки 540 мм. В результате экспериментальных исследований, заключающихся в подготовке заготовок к прокатке (гомогенизационный отжиг и фрезерование граней), горячей прокатке при температуре 450 °C, холодной прокатке до толщины 3 мм и отжиге холоднодеформированных полуфабрикатов при температуре 350 °C в течение 3 ч, получены деформированные полуфабрикаты, изготовленные по различным схемам обжатий при прокатке и прошедшие термообработку. Максимальная степень суммарной деформации при прокатке заготовок до толщины 3 мм составила 92,5 %, а вытяжка за проход изменялась от 1,04 до 1,2. С помощью универсальной испытательной машины LFM400 с усилием 400 кН в соответствии с ГОСТ 1497-84 определены механические свойства деформированных и отожженных полуфабрикатов различной толщины из экспериментального сплава и выявлены закономерности их изменения в зависимости от суммарной степени деформации при прокатке. Установлено, что при прокатке полос из экспериментального скандийсодержащего алюминиевого сплава с увеличением суммарной степени деформации временное сопротивление разрыву и предел текучести металла растут, а относительное удлинение снижается, что соответствует общим представлениям теории обработки металлов давлением. Анализ механических свойств полученных полуфабрикатов показал, что уровень прочностных и пластических характеристик достаточно высок, при этом временное сопротивление разрыву достигает для холоднодеформированных образцов 453–481 МПа, предел текучести металла – 429÷457 МПа, а относительное удлинение – 3,8–5,0 %. Применение отжига дало возможность повысить относительное удлинение до 14–16 % при достаточно высоких значениях предела текучести (до 277 МПа). Результаты проведенных исследований позволили разработать режимы литья, прокатки и отжига для получения полуфабрикатов из сплава системы Al–Mg, экономнолегированного скандием в пределах 0,10–0,14 %, которые будут использоваться при освоении технологий обработки в промышленных условиях.

Металловедение и термическая обработка

50-58 213
Аннотация

Расчетными методами с помощью программного обеспечения Thermo-Calc проанализированы изотермические сечения диаграммы сплава Al–Fe–Si–Zr при температурах 450 °С и 600 °С, а также политермические сечения при концентрациях кремния до 2 мас.% и циркония до 1 мас.%. Показано, что в равновесных условиях благоприятного фазового состава, состоящего из алюминиевого твердого раствора (Al), фазы Al8Fe2Si и Zr, полностью входящего в состав твердого раствора (Al) в процессе получения литой заготовки, можно добиться при концентрациях кремния 0,27–0,47 мас.%. Для реализации в неравновесных условиях вышеперечисленных структурных составляющих и обеспечения вхождения Zr в состав (Al) экспериментальные слитки получали при повышенной скорости охлаждения (более 10 K/с). Металлографический анализ литой структуры экспериментальных образцов выявил желательную структуру при содержаниях в сплаве 0,25 мас.% Si и 0,3 мас.% Zr. Микроструктура сплава Al–1%Fe–0,3%Zr–0,5%Si также содержит эвтектику (Al) + Al8Fe2Si, но при ступенчатом отжиге при 600 °С отмечена частичная трансформация фазы Al8Fe2Si в Al3Fe. Структура сплава с 0,25 мас.% Si в состоянии отжига при 600 °С содержит фрагментированные частицы вырожденной эвтектики (Al) + + Al8Fe2Si по границам дендритных ячеек. Установлено, что соотношение Si : Fe = 1 : 2 в сплаве оказывает положительное влияние на его механические свойства, особенно на твердость, без существенного снижения удельной электропроводности в процессе отжига, что объясняется образованием в структуре частиц фазы Al8Fe2Si компактной морфологии. Более того, кремний ускоряет распад твердого раствора по цирконию, о чем свидетельствуют экспериментальные графики зависимости твердости и удельного электросопротивления от ступени отжига. С помощью функции оптимизации при заданных параметрах твердости и удельного электросопротивления наилучший комплекс свойств показал сплав Al–1%Fe–0,3%Zr–0,25%Si в состоянии отжига при 450 °С.

59-76 341
Аннотация

Кальций является одним из самых распространенных, а следовательно, дешевых металлов на Земле. Долгое время его применяли для модифицирования и легирования сплавов тяжелых металлов, в частности свинца и меди. В качестве модификатора его используют в чугунах и сталях. Сравнительно недавно кальций стали применять для легирования легких сплавов на основе алюминия и магния. В настоящем обзоре рассмотрены области применения металлического кальция, его влияние на структуру и свойства разных сплавов. За последние несколько лет были проведены систематические исследования сплавов на основе алюминиево-кальциевой эвтектики и установлено, что они обладают литейными свойствами не хуже, чем у силуминов, также их можно подвергать горячей и холодной прокатке с высокими степенями деформации. Были построены тройные и более сложные диаграммы состояния систем, включающих кальций, исследованы многокомпонентные сплавы на их основе. Все это позволило наметить несколько групп новых перспективных Ca-содержащих алюминиевых сплавов: (1) сплавы, упрочняемые без закалки за счет выделения при отжиге наноразмерных частиц фаз Al3Zr, Al3Sc и Al3(Zr,Sc); (2) высокопрочные сплавы, легированные традиционными элементами-упрочнителями алюминиевого твердого раствора, цинком и магнием; (3) сплавы композитного типа, имеющие в структуре более 20 % эвтектических интерметаллидов. Все эти материалы имеют пониженную плотность, улучшенный комплекс эксплуатационных свойств, повышенную коррозионную стойкость и высокую технологичность при производстве литых и деформированных полуфабрикатов.



ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)