Проведен анализ технологических схем переработки сульфидных и окисленных медных руд, реагентных режимов, технологического оборудования, показателей флотационного обогащения на ряде отечественных и зарубежных обогатительных фабрик и производств. На рудоподготовительном переделе в первой стадии измельчения широко применяются мельницы само- и полусамоизмельчения, что позволяет исключить среднее и мелкое дробление. Альтернативным вариантом является использование измельчающих валков высокого давления, позволяющих сократить электроэнергию по сравнению с само- и полусамоизмельчением. Отмечен рост применения большеобъемного и высокопроизводительного рудоподготовительного, флотационного оборудования для поддержания качества и количества производимого продукта. На стадии доизмельчения концентрата основной флотации широкое распространение, помимо шаровых мельниц, получили мельницы тонкого и сверхтонкого доизмельчения различных конфигураций. Проведен анализ используемых флотационных реагентов для повышения эффективности процесса разделения, показан отечественный и зарубежный подход к выбору флотационных реагентов. Отмечено, что на зарубежных обогатительных фабриках часто применяют комбинацию, состоящую из основного и дополнительного собирателей. Приведены сведения о флотационных реагентах, используемых при обогащении медных сульфидных и окисленных руд, и их расходах. Рассмотрена комбинированная схема флотационно-гидрометаллургической переработки смешанной медной руды месторождения Удокан. Сделаны выводы о современных тенденциях в переработке медных руд, в том числе выборе оборудования.

В интервале значений критерия Архимеда 5—60 применительно к условиям работы барботажного агрегата «Победа» методом холодного моделирования исследованы гидрогазодинамические закономерности продувки жидкости газом с помощью боковой фурмы в защитной газовой оболочке. Прозрачный реактор лабораторной установки изготовлен в масштабе 1 : 10. Диаметр цилиндрического сопла фурмы составил 5 мм, толщина кольцевого зазора — 1 мм, угол наклона к горизонту в рабочем положении реактора — 12°. Показано, что взаимодействие воздуха с водой при его избыточном давлении 10⁵ Н/м² протекает в режиме пульсирующей струи и носит циклический характер с разной амплитудой максимального размера факела и разным временем его достижения. На участке прямолинейного развития струи l_min ≤ l ≥ l_max, в зависимости от значений критерия Архимеда для раздельного и совместного течения газа в оболочке и центральном канале, выявлены динамические границы первичной зоны вблизи сопел. Динамический напор пульсации факела в точках экстремума изменяется в интервале 6,00 • 10^-58,26 • 10^-4 Па. Получены эмпирические уравнения длин прямолинейного и полного участков развития струи и высоты выбросов жидкости в зависимости от величин критерия Архимеда. Обнаружен промежуточный между кольцевой и цилиндрической погруженными струями слой эжектированной жидкости. При равенстве критериев Архимеда подачи воздуха в оболочку и центральный канал для величин Аr_об = Аr_ц = 25 на расстоянии 0,0094—0,0116 м от среза сопел сохраняется совместное осевое течение газов. В результате выполненных исследований следует предполагать, что на участке 9—11 см от кладки плавильного агрегата «Победа» взаимодействие кислорода дутья центрального канала двухпроводной фурмы с окружающим расплавом не происходит.

Для деталей, работающих на трение в машиностроении, применяются антифрикционные оловянные бронзы и, в частности, бронза БрО10С2Н3. Обычно для получения изделий из этой бронзы используется метод наполнительного литья в металлические формы. В настоящей работе исследовали возможность получения заготовок из бронзы БрО10С2Н3 методами горячей экструзии и непрерывного литья вверх. Были установлены температура и скорость горячей экструзии, а также скорость вытягивания при непрерывном литье, позволяющие избежать возникновения дефектов. Показано, что горячая экструзия очень сильно измельчает зерно до 1,7 мкм, а при литье вверх, наоборот, размер зерна увеличивается в сравнении с методом наполнительного литья. Что же касается микроструктуры, то при горячей экструзии и непрерывном литье вверх происходит измельчение кристаллов интерметаллидной фазы Y-Cu₃Sn. При этом в структуре бронзы после горячей экструзии можно наблюдать крупные скопления частиц (Pb), что, по всей видимости, приводит к снижению коэффициента трения. Максимальная твердость и прочностные свойства при растяжении характерны для прутков, полученных методом горячей экструзии при 600 °С, а наибольшее относительное удлинение было обнаружено в прутках, полученных методом непрерывного литья вверх. Трибологические исследования, проведенные по схеме «вал — частичный вкладыш» в среде керосина со стальным контртелом, показали, что применение горячей экструзии для получения прутков приводит к 10-кратному увеличению износостойкости и 3-кратному снижению коэффициента трения в сравнении со слитками, изготовленными наполнительным литьем. При этом для прутков, полученных методом непрерывного литья вверх, наоборот, наблюдается уменьшение износостойкости. В связи с вышесказанным можно рекомендовать метод горячей экструзии для получения заготовок из бронзы БрО10С2Н3 наравне с литьем.

В данной работе c помощью расчетов в программе «Thermo-Calc» (база данных TCAl4.0) раскрываются ранее не изученные данные о фазовом составе и характере кристаллизации сплавов системы Al—Mg—Si—Ce в области литейных алюминиево-магниевых сплавов двухфазного состава (Al) + Mg₂Si. Показано, что в процессе кристаллизации возможно формирование фаз (Al), Al₄Ce, Mg₂Si, Al₈Mg₅. При 4 % Mg и концентрациях (Si + Се) = 1,5 % одновременное повышение Ce и уменьшение Si с точек 0,2 и 1,3 % способствуют последовательному протеканию реакций L + (Al) + Al₄Ce и L + (Al) + Al₄Ce + Mg₂Si; это позволяет предположить, что фаза Al₄Ce может ограничивать рост эвтектических включений фазы Mg₂Si. Более того, при температуре 20 °C такое изменение концентраций способствует одновременному росту содержаний фаз Al₄Ce и Al₈Mg₅, что также сопровождается снижением количества силицида магния. При добавлении Се в сплав Al—4%Ce—0,5%Si доля Mg2Si практически постоянна во всем интервале кристаллизации (1,34 %), но при этом каждые 0,1 % Ce повышают долю интерметаллида c Ce на 0,17 %, и при 0,7 % Ce доли двух фаз становятся равнозначными. При изучении фазового состава при характерных температурах отжига 400 и 550 °C было выявлено, что вследствие растворения фазы Al₈Mg₅ происходит пересыщение твердого раствора (Al), и каждые 0,1 % Ce повышают долю Mg в твердом растворе (Al): в первом случае — на 0,005 %, а во втором — на 0,01 %, что свидетельствует о потенциале положительного влияния Се на упрочнение матрицы. На основании результатов был сделан вывод о целесообразности добавления в сплав Ce в количестве до 0,7 %, что незначительно уменьшает температуру ликвидуса (до ~636+638 °C), но на ~30 °C снижает температуру неравновесного солидуса до 421 °C. В то же время при постоянной температуре образования фазы Mg₂Si (581 °C) с добавкой Ce расширяется интервал кристаллизации эвтектики (Al) + Al₄Ce, что может компенсировать снижение литейных свойств. Сплав Al—4%Ce—0,5%Si—0,7%Ce имеет следующий фазовый состав: Al₄Ce — 1,19 %, соотношение [Mg₂Si/Al₄Ce] = 0,89, доля Al₈Mg₅ — 7,92 % при 20 °C, концентрации Mg в твердом растворе (Al) — 3,22 и 3,36 % при температурах 400 и 550 °C соответственно. Представленные результаты обосновывают составы и температурные режимы получения литейных алюминиево-магниевых сплавов с церием, оказывающим модифицирующее влияние на эвтектические включения Mg₂Si.

Предложены технологические режимы получения деформированных полуфабрикатов (листов толщиной 2 и 1 мм) из экспериментального сплава Al—4,5%Zn—2,5%Mg—2,5%Ca—0,5%Fe—0,2%Zr—0,1%Sc, включающие термомеханическую обработку при температурах t = 400450 °С и степенях деформации до 98 %, а также смягчающий отжиг при t = 350400 °С в течение 1—2 ч для листового проката. Установлено, что литая структура состоит из эвтектических фаз (Al, Zn)₄Ca, Al₁₀CaFe₂, размером от 5 до 25 мкм, а также неравновесной Т-фазы Al₂Mg₃Zn₃, расположенных по границам дендритных ячеек (Al). Цирконий и скандий образуют с алюминием твердый раствор в результате кристаллизации. После горячей прокатки структура 2 мм-листов состоит из строчечно направленных изолированных интерметалидных частиц и их конгломератов размером до 40 мкм в матрице из (Al). Структура 1 мм-листов характеризуется большей дисперсностью и равномерностью строения. Анализ тонкой структуры деформированных полуфабрикатов с использованием просвечивающий электронной микроскопии показал, что размер наночастиц фазы Al₃(Zr, Sc) структурного типа L1₂ не превышает в сечении 20 нм. В деформированных полуфабрикатах достигнут следующий уровень механических свойств: предел прочности σ_в ~ 310330 МПа, предел текучести σ_0,2 ~ 250280 МПа при относительном удлинении δ ~ 4,57,0 %. Проведены исследования по возможности применения аргонодуговой сварки с использованием в качестве присадочного материала стандартной проволоки СвАМг5. Показано, что новый сплав не проявил склонности к образованию горячих трещин. По результатам рентгеновской томографии величина пористости в сварном шве составила 1,27 об.%. Преобладающий диаметр пор не превышал 0,2 мм. В целом достигнутые структурные и качественные параметры сварных соединений способствуют получению прочности, составляющей 75 % от показателя прочности исходных деформированных полуфабрикатов (листов), что достигается стабилизирующим отжигом при t = 350 °С в течение 3 ч.

Рассмотрен процесс создания неразъемного соединения из жаропрочного сплава марки ЭП693 системы Ni—Cr—W—Co—Mo, применяемого в производстве узлов и деталей газотурбинных двигателей, с помощью лазерной сварки на СО₂-комплексе «TruLaser Cell 7020» импульсно-периодическим излучением. Для получения сварного шва использована присадочная проволока ЭП367 системы Ni—Mo—Cr—Mn. Изучено влияние термической обработки на структуру и свойства околошовной зоны и сварного шва. По результатам исследований проведен анализ структуры сварного соединения и его изломов, выполненных лазерной сваркой, получены физико-механические свойства сварного шва, определен наибольший предел выносливости для сварных соединений при 2•10⁶ циклах. Определена целесообразность использования лазерной сварки жаропрочного дисперсионно-твердеющего никелевого сплава при изготовлении обечаек опоры и статора турбины газотурбинного двигателя. Установлено, что комплексная термическая обработка (закалка и старение) обеспечивает оптимальные значения пределов прочности при комнатной и повышенной температурах, а также кратковременную прочность сварных соединений. На основании прочностного расчета по обечайкам опоры и статора турбины газотурбинного двигателя и полученным экспериментальным данным прочности сварных соединений, выполненных при помощи лазерной сварки с импульсно-периодическим излучением, коэффициент запаса прочности составил от 1,35 до 3,0. Данная технология предлагается к внедрению в производство при изготовлении деталей и узлов типа обечаек опоры и статора турбины газотурбинных двигателей с целью повышения качества сварных швов при сокращении времени высокотемпературного нагрева за счет снижения погонной энергии.

Рассмотрено влияние высокоскоростной закалки расплава, реализуемой методом экстракции висящей капли расплава, бинарной системы Ta—Zr. Применяли две смеси элементарных порошков тантала и циркония с содержанием 60 и 6 % тантала соответственно. Композиции после смешивания прессовали при давлении 250 МПа в стальной пресс-форме на гидравлическом прессе. Спекание выполняли в вакуумной печи при температуре 1350 °С и давлении 10^-3 Па. Высокоскоростную закалку проводили в вакууме при давлении 2•10^-2 Па при помощи электронно-лучевого нагрева и вращающегося диска-теплоприемника. Толщина полученных волокон составляла 15—80 мкм. Проведены исследования и сравнение результатов испытаний образцов быстрозакаленных дискретных волокон сплава Ta—Zr и образцов, полученных в результате оплавления заготовки-штабика посредством электронно-лучевого нагрева (в литом состоянии). Установлено, что структура быстрозакаленных волокон сплава с содержанием 6 мас.% Ta состоит из зерен игольчатой формы размером 5—10 мкм, а волокна с 60 мас.% Ta имеют столбчатую дендритную структуру. Изучение распределения тантала и циркония по поперечному сечению волокна показало, что при снижении скорости охлаждения менее 10⁵ К/с в сплаве с долей тантала 60 мас.% развивается монотектоидное превращение. Выявлено, что у сплава с 6 мас.% Та значение микротвердости быстрозакаленного волокна в 1,5 раза выше, чем у того же сплава без закалки, а для сплава с 60 мас.% Ta такое же сопоставление дает 2-кратное превосходство.

Рассмотрены вопросы образования и переработки отходов на предприятиях алюминиевого производства. На основе анализа литературных источников и практических данных определены причины образования металлургических отходов на территории РФ. Проанализированы исследования, ведущиеся в научных организациях. Установлено, что для переработки отходов перспективен глиноземсодержащий смет, образующийся в процессе производства алюминиевого сырца на электролизерах с самообжигающимися анодами при различных технологических операциях. Глиноземсодержащий смет представляет собой отходы сложного переменного состава, сметаемые в цехах электролиза. Выявлено что глиноземсодержащий смет состоит из криолита (Na₃AlF₆), хиолита (Al₃F₁₄Na₅), корунда (Al₂O₃), сидерита (FeCo₃), пирита (FeS₂), кварца (SiO₂), полевого шпата ((Ca, Na)(Al, Si) AlSi₂O₈), углеродистого вещества и техногенной фазы состава (NaF)•1,5CaF₂•AlF₃. Интерес к их переработке состоит в том, что в них содержится значительное количество ценных компонентов (Na₃AlF₆, Al₂O₃, AlF₃), извлечение которых и повторное использование в получении алюминия могут способствовать снижению себестоимости единицы продукции. Проблемой является наличие в смете компонентов (SiO₂, Fe₂O₃), которые при попадании в электролит оказывают негативное влияние на процесс электролиза. Результаты изучения химического состава монофракций позволили сделать вывод, что исключение темной (серовато-черной) массы, в которой содержание примесей (SiO₂, Fe₂O₃) максимально, позволит в значительной степени решить поставленную задачу исследования. На основании выдвинутой гипотезы представлены результаты проведения воздушной классификации смета фракций 0—10 и 0—5 мм в каскадно-гравитационном (КГ) и центробежном (КЦ) классификаторах. По результатам выполненных исследований рекомендуется применять в схеме обогащения глиноземсодержащего смета алюминиевого производства воздушную классификацию в КГ смета фракции 0—10 мм.