Preview

Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
№ 6 (2018)
Скачать выпуск PDF

Металлургия цветных металлов

4-11 179
Аннотация

Экспериментально и теоретически исследованы технические решения жидкостной экстракции меди органическими экстрагентами из сернокислых растворов, позволяющие нивелировать негативное влияние выделяющихся при взаимо­действии катионов меди с оксимами ионов водорода на извлечение меди в органическую фазу и повысить технико-эконо­мические показатели процесса. Для снижения объема перерабатываемых растворов изучена экстракция меди раствором экстрагента в разбавителе из предварительно полученного сгущенного осадка меди путем добавления карбоната натрия. Последующие операции очистки органической фазы меди от примесей металлов и реэкстракции осуществлялись извест­ными в жидкостной экстракции методами. Экспериментально установлено, что применение предварительного концен­трирования меди в осадке позволяет повысить ее содержание в экстрагенте в 3—4 раза — до 1 г на 1 % (абс.) содержания оксима в органической фазе. Для быстрого расслаивания и полного извлечения меди требуется поддерживать соотно­шение: 2 моля оксима на 1 моль меди в осадке. Рассчитаны зависимости параметров стадий экстракции меди из сгущен­ного осадка раствора и промывки экстракта. Показано, что характеристики экстракционной системы можно повысить использованием меди из раствора эмульсии экстрагента, полученной перемешиванием раствора оксима в разбавителе и водного раствора карбоната натрия. По результатам экспериментов введение эмульсии экстрагента с карбонатом натрия в первую ступень экстракционного процесса позволяет значительно повысить коэффициент распределения меди и мак­симально насытить экстрагент по меди. Наибольшее извлечение меди из раствора достигается при мольном соотношении карбоната и оксима в эмульсии, равном 1 : 2. Предложенные технические решения при экстракции меди позволяют по­высить коэффициенты распределения и максимально увеличить рабочую емкость экстрагента. В результате уменьшения числа участвующих в экстракции фаз существенно снижаются объемы экстракционной аппаратуры и затраты на очистку рафината от продуктов деструкции экстрагента и разбавителя. Предложенные способы экстракции могут использовать­ся для извлечения меди из природных и технологических сернокислых растворов, например из шахтных вод и растворов, образующихся при переработке минерального сырья и техногенных отходов.

12-19 142
Аннотация
В лабораторных условиях исследовано влияние основных параметров электролиза цинка из щелочного цинкатного раствора на выход по току и расход электроэнергии. В качестве варьируемых параметров выбраны концентрации цинка (начальная и конечная), плотность тока и температура. Электролиты использовали как модельные (приготовленные из стандартных реактивов), так и реальные, полученные выщелачиванием прокаленного промпродукта переработки цинксодержащих пылей черной металлургии. Показано, что выход цинка по току может быть достаточно высоким (более 90 %) даже при начальной концентрации цинка в щелочном электролите 10 г/дм3. Однако для этого требуются низкие токовые нагрузки (100–400 А/м2), использование которых для промышленного электролиза с получением порошкообразного металла нецелесообразно, так как по мере развития поверхности катодного осадка фактическая плотность тока будет снижаться, в том числе ниже предельного тока диффузии комплексных ионов. При этом ожидается рост укрупненных дендритов с образованием «короткозамкнутых» участков в межэлектродном пространстве, что в целом будет снижать выход цинка по току. Укрупненные лабораторные исследования по электролизу цинка из реального цинкатного раствора позволили определить наиболее энергоэффективные (с наибольшим выходом цинка по току и наименьшим расходом электроэнергии) параметры процесса: плотность тока 1000–2000 А/м2; температура электролита 50–80 °С; исходная концентрация цинка 20–50 г/дм3; остаточная концентрация цинка не менее 15 г/дм3. В этих условиях будут обеспечиваться высокий выход по току (85–95 %) и приемлемый расход электроэнергии (2,28–3,20 кВт·ч/кгZn). Для «истощенного» цинкатного раствора с содержанием цинка 10 г/дм3 максимальный выход по току (более 90 %) реализуется при плотности тока j = 125 А/м2, близкой к плотности тока диффузии (около 95,7 А/м2). При j > 500 А/м2 выход по току значительно снижается, что обусловлено интенсивным выделением водорода. При исследованиях на укрупненной электролизной ячейке выполнена качественная оценка получаемого катодного осадка (по видимым размерам кристаллов).
20-30 126
Аннотация
Актуальность работы обусловлена необходимостью создания экологически безопасной, высокопроизводительной и экономичной комплексной технологии вакуумной дистилляции по переработке свинецсодержащих промпродуктов и отходов, в частности сплава, полученного при восстановлении силикатного шлака от плавки медеэлектролитного шлама (SPA) с целью получения товарных моноэлементных концентратов сурьмы, свинца и серебра. Выполнены лабораторные исследования по переработке сплава SPA и расчеты равновесных фазовых диаграмм (VLE – vapor liquid equilibrium) «температура–состав» (Т–х) для анализа поведения бинарных сплавов Sb–Pb и Pb–Ag в процессе переработки, предварительного выбора температуры и давления системы, оценки эффективности разделения компонентов в следующих условиях: Т = 900÷2100 К, Р = 1÷133 Па, τ = 8÷16 ч. Изучено влияние температуры и давления в системе, продолжительности возгонки на полноту извлечения и степень разделения сурьмы, свинца и серебра из сплава SPA. При построении равновесных фазовых диаграмм VLE расчет коэффициентов активности компонентов бинарных сплавов выполнен с помощью объемной модели молекулярного взаимодействия (MIVM – мolecular interaction volume model). Получена информация о влиянии температуры и глубины вакуума на степень возгонки и разделения металлов из Sb–Pb- и Pb–Ag-композиций различного состава. Рассчитаны давления насыщенного пара для Sb (р* = 273,664÷67436,9 Па), Pb (0,149÷485,9 Па) и Ag (5,054·10–5÷6,558 Па) при Т = 1073÷1773 К. Показано, что высокие значения отношения давлений (р*Sb /р*Pb = 1832,98÷ ÷138,79, р*Pb /р*Ag = 2948,16÷74,09) и коэффициента разделения (lgβSb = 2,099÷3,33 и lgβPb = 1,813÷3,944) создают теоретические предпосылки для селективного выделения этих металлов вакуумной дистилляцией, когда последовательно сурьма и свинец обогащаются в газовой фазе (βSb > 1, βPb > 1), а серебро – в жидкой. Установлено, что мольная доля трудновозгоняемых свинца/серебра в газовой фазе уPb /уAg = (1,55÷982)·10–3/(36÷772)·10–3 увеличивается с ростом температуры 894÷1601/1399÷2099 К, давления 1,33÷133 Па и содержания металла в сплаве хPb/хAg = 0,9÷0,9999/0,9÷0,99. С использованием MIVM рассчитаны коэффициенты активности сурьмы γSb = 0,832÷0,999, свинца γPb = 0,474÷1,0 и серебра γAg = 0,331÷0,999 для Sb/Pb- и Pb/Ag-сплавов состава 0,1÷0,9/0,9÷0,1 в исследованном температурном диапазоне. Практическая значимость выявленных зависимостей количества и состава продуктов возгонки полиметаллических сплавов от указанных параметров процесса обусловлена разработкой принципиальной технологии переработки сплава SPA вакуумной дистилляцией.

Металлургия редких и благородных металлов

31-41 283
Аннотация

Представлен обзор способов получения титанатов перовскитоподобной структуры и допирования их редкоземельны­ми элементами. Освещены результаты научных исследований авторов из разных стран, связанных с изучением влияния допирования титанатов структуры перовскита редкоземельными элементами на их электромагнитные свойства. Содер­жание работы также включает в себя сведения о применении титанатов перовскитоподобной структуры в различных отраслях промышленности. На примере титаната бария (BaTiO3) проведен сравнительный анализ некоторых морфоло­гических свойств (крупность частиц, структура) и электромагнитных характеристик (диэлектрическая проницаемость, температура Кюри, модуль продольных колебаний (d33)) порошков, полученных (и допированных) разными методами. Описаны методики получения BaTiO3 различными способами — сольвотермическим, гидротермалным, золь-гель мето­дом, химическим осаждением и твердофазным спеканием. Представлены результаты исследований влияния изменения технологических параметров (температура, рН, состав исходной смеси материалов и концентрация реагентов) на фазу, морфологию и скорость образования частиц BaTiO3 при гидротермальном синтезе (с использованием в качестве исход­ных материалов BaCl2, TO4 и NaOH). Также в работе приведены результаты экспериментов по изучению влияния мощ­ности микроволнового излучения при твердофазном спекании BaCO3 и ТЮ2 на диэлектрические и сегнетоэлектрические свойства керамики BaTiO3. В результате анализа способов получения BaTiO3 и допирования его редкоземельными эле­ментами установлено, что в настоящее время к наиболее перспективным технологиям получения материалов перовски- топодобной структуры с заданными свойствами можно отнести гидротермальный способ и твердофазное спекание, в том числе с применением СВЧ-излучения.

Обработка металлов давлением

42-50 174
Аннотация

Проведена прошивка алюминиевых слитков, полученных наполнительным литьем, в двухвалковом стане винтовой прокатки с направляющими линейками на оправках различной формы со сферической рабочей частью — сплошной, с углублением и полой. Оправки имели одинаковый диаметр калибрующего участка. Прошивка осуществлялась при тем­пературе слитков 400 °С. Исследовано влияние формы оправки на изменение наружного диаметра и толщины стенки по длине гильзы, а также плотности гильзы по длине. Для измерения плотности гильз они были разрезаны на 15 равных по толщине колец, плотность которых определялась с помощью гидростатического взвешивания. Экспериментальные исследования смоделированы с помощью вычислительных сред конечно-элементного анализа. Получение слитка напол­нительным литьем моделировалось с помощью ProCAST, а прошивки — QForm. Путем компьютерного моделирования также оценивались изменения диаметра, толщины стенки и плотности гильз по длине. Проведено сравнение результатов экспериментальных исследований и компьютерного моделирования с целью оценки адекватности полученных моделей в QForm. Отличие данных по плотности не превышает 2 %, по размерам гильз — 20 %. Полученные результаты позволили установить влияние формы прошивной оправки на точность получаемых гильз и их плотность. С точки зрения точности размеров получаемых гильз наиболее предпочтительно использовать полую оправку или оправку с углублением. Каждая из рассмотренных схем прошивки позволяет уплотнить до истинной плотности весь объем гильзы, за исключением при- торцевых областей, где плотность ниже на 1 %.

51-57 148
Аннотация
В результате анализа научно-технической литературы и практических данных было установлено, что изменение пара- метров литья слитков при применении различных конструкций кристаллизаторов позволяет варьировать степень из- мельчения зеренной структуры слитков в достаточно широком диапазоне, что должно отражаться на условиях экстру- зии профилей из алюминиевых сплавов и их физико-механических характеристиках. Поэтому целью настоящей работы  являлась оценка влияния степени измельчения зеренной структуры слитков сплава 6063 на деформационные и ско- ростные параметры прессования и механические свойства получаемых профилей. Для исследований было использова- но несколько партий слитков диаметром 178 мм из сплава 6063, отлитых в промышленных условиях, а также профили,  полученные методом прямого прессования на горизонтальном гидравлическом прессе усилием 18 МН, подвергнутые  закалке и старению. Оценка размера зерна в гомогенизированных слитках проводилась методом световой микроскопии  на оптическом микроскопе Olimpus, а испытания механических свойств – на универсальной испытательной машине  Inspect 20 кН-1. Установлено, что исходный размер зерна в структуре слитка оказывает значительное влияние как на пла- стичность заготовок при прессовании, так и на конечную структуру и механические свойства профильной продукции из  алюминиевых сплавов. Анализируя полученные результаты, можно заключить, что повышение прочностных характери- стик пресс-изделий из слитков с более измельченной структурой связано с тем, что в структуре металла после его дефор- мации сохраняется мелкое зерно, а пластичность литого металла растет с увеличением степени измельчения зеренной  структуры в слитке. В связи с этим повышаются эффективность закалки профильной продукции и скорость истечения  металла при прессовании.

Литейное производство

58-71 127
Аннотация

На основании исследований фракционного, химического и фазового составов Al-содержащих шлаков различного происхождения установлено, что они являются многокомпонентными системами, состоящими из металлической и неметаллической частей. В составе неметаллической части имеются водорастворимые и водонерастворимые соединения. Предложена практическая схема рециклирования Al-содержащих шлаков для выделения водонерастворимого компонента с целью его дальнейшего использования в качестве вторичного огнеупорного обсыпочного материала (ВтОМ). Установлено положительное влияние ВтОМ на качество огнеупорных керамических форм при литье по выплавляемым моделям и чистоту поверхности алюминиевых опытных отливок. Его применение способствует повышению прочности огнеупорных керамических форм в 9 раз по сравнению с формой из кварцевого песка, а также увеличению газопроницаемости на 15 и
33 % по сравнению с формами из электрокорунда и кварцевого песка соответственно. Исследованы процессы формирования огнеупорной керамической формы, получаемой на основе ВтОМ. С позиции коллоидной химии теоретически обоснован механизм взаимодействия частиц обсыпочного материала с суспензией. При формировании слоев керамической формы с использованием ВтОМ образуются отрицательно заряженные мицеллы гидроксида алюминия. Взаимодействие разноименно заряженных мицелл Al(OH)3 и SiO2 способствует плотному прилеганию частиц вторичного огнеупорного обсыпочного материала друг к другу. Теоретическое обоснование процессов формирования слоев керамической формы с применением ВтОМ позволяет объяснить снижение показателей шероховатости в 3,7 раза на поверхности отливок из сплава АК9ч при литье по выплавляемым моделям по сравнению со стандартными технологическими процессами.

Металловедение и термическая обработка

72-76 118
Аннотация

Изучена возможность повышения механических свойств керамического материала системы TaSi2–SiC путем армирования нановолокнами карбида кремния, формирующими in situ в волне горения СВС-системы. Для получения нановолокон, а также повышения экзотермичности реакционных смесей применялась энергетическая добавка политетрафтор-этилена (ПТФЭ) C2F4. С помощью метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза при использовании механического активирования исходных реакционных смесей была получена керамика 70%TaSi2 + 30%SiC, в которой карбид кремния находится в виде округлых зерен и дискретных нановолокон. Спеченные с помощью горячего прессования армированные керамические образцы имели относительную плотность до 98 %, твердость 19,0–19,2 ГПа и трещиностойкость 7,5–7,8 МПа·м1/2, что заметно превосходит трещиностойкость ранее полученной без добавок ПТФЭ керамики близкого состава.

Хроника



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