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.

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).

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.

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.

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 %.

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.

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.

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.