При извлечении золота из отходов промывки россыпей использован способ флотации, при котором для повышения содержания извлекаемого металла в операции основной флотации используют оборотный черновой концентрат. Причем флотацию выполняют смесью воздуха с горячим водяным паром. В условиях паровоздушной флотации в первый момент времени в результате конденсации пара давление в пузырьках падает и их размер уменьшается. При сжатии пузырька теплообмен между фазами ухудшается, и при минимальном размере пузырька массообмен прекращается, а температура и давление пара в пузырьке достигают своего максимума. С ростом размера пузырька перегретый пар становится насыщенным, и давление в пузырьке уменьшается, что ведет к возобновлению конденсации. Поверхность пузырька совершает затухающие колебания. При этом движение медленно развивающегося концентрационно-капиллярного потока Марангони к центру межфазной пленки не может компенсировать ее утончение встречным термокапиллярным потоком с большим потенциалом гидродинамической устойчивости от центра к периферии пленки. Полученные результаты флотации паровоздушной смесью могут быть интерпретированы в рамках этого механизма изменения устойчивости смачивающих пленок при фазовом переходе пар–жидкость. В работе проведены опытно-промышленные испытания гравитационной и гравитационно-флотационной технологий извлечения золота из его техногенной россыпи. Доказано, что основным эффектом от применения разработанной конфигурации схемы и режима флотации паровоздушной смесью является уменьшение выхода концентрата на ~25 % при сохранении достигнутого уровня извлечения и качества концентрата. При использовании комбинированной технологии добавленная стоимость товарной продукции обеспечивает повышение величины чистого дисконтированного дохода и индекса рентабельности инвестиций, а также снижение срока их окупаемости.

Электролитическое рафинирование меди позволяет получать металл высокой степени чистоты, поэтому анализ основных путей перехода примесей в продукты электролиза является актуальной проблемой, решение которой дает возможность управлять технологическим процессом при изменении состава сырья и, как следствие, содержания примесей в анодах. В настоящей работе на основе комплексного анализа и синхронизации большого массива данных по концентрации примесей в различных технологических средах (аноды, электролит, шлам и катодный металл), полученных на сериях товарных ванн, определены направления потока примесей и выявлены связи между их содержанием в этих средах. Показано, что переход примесей из одной технологической среды (источник) в другую (приемник) реализуется по четырем основным схемам: линейное увеличение, отсутствие видимой зависимости, наличие предельной концентрации в приемнике и наличие пороговой концентрации в источнике. Приведены результаты статистического анализа распределения 6 примесей (висмут, мышьяк, свинец, сера, никель и серебро), относящихся к разным группам, в четырех основных парах источник примеси – приемник: анод–раствор, анод–шлам, шлам–катод и раствор–катод. Для всех зависимостей концентрации примеси в источнике от содержания в приемнике определены коэффициенты линейных уравнений регрессии и проведена оценка их значимости. Полученные коэффициенты позволяют объяснить наблюдаемые в промышленном электролизере пути перехода примесей и прогнозировать качество катодной меди и состав шламов при изменении состава анодов. Проведенные расчеты показали, что накопление примесей в катодах происходит не столько за счет электрохимических реакций, сколько вследствие окклюзии частиц шлама и неполного удаления раствора с поверхности товарных катодов. Совершенствование и развитие технологии электролитического рафинирования меди должно быть направлено на поиск поверхностно-активных веществ, которые бы способствовали предотвращению адсорбции частиц взвешенного шлама на поверхности катодов, а также улучшению их отмывки от электролита.

В агитационном режиме изучена кинетика серно-кислотного выщелачивания никеля – основного компонента шлифотходов Re-содержащего жаропрочного суперсплава ЖС-32ВИ, образующихся при механической обработке изделий и содержащих примеси абразивного материала, масел, керамики и другие загрязняющие вещества, с концентрированием тугоплавких металлов в твердом остатке. Содержание никеля составляет 60 %, а кроме него, в шлифотходах присутствуют и другие металлы, такие как рений, хром, кобальт, вольфрам, тантал, молибден, гафний, титан и алюминий. Процесс выщелачивания никеля из отходов раствором серной кислоты осуществляли в термостатированной ячейке при повышенной температуре (55–85 °С), соотношении фаз отходы : 3 М раствор H2SO4, равном 1 г : 10 мл, и скорости перемешивания – 200 мин–1. Для изучения кинетики использовали фракцию –0,071 мм с наибольшим выходом (49,2 мас.%) в составе шлифотходов. Получены кинетические кривые выщелачивания никеля из отходов, имеющие выпуклый характер. Установлено, что при изменении температуры от 55 до 85 °С время до прекращения выщелачивания уменьшается с 220 до 140 мин, а извлечение никеля из раствора увеличивается от 45 до 99 %. Данные полученных кинетических кривых линеаризированы по уравнениям «сжимающейся сферы», Гистлинга-Броунштейна и Казеева–Ерофеева (последнее наиболее пригодно для описания). С учетом оценки коэффициентов корреляции анаморфоз установлено, что выщелачивание никеля из шлифотходов лимитирует химическая реакция и процесс протекает в кинетической области реагирования. Кажущаяся энергия активации, рассчитанная с использованием уравнения Аррениуса и констант скоростей, полученных при обработке линеаризованных кинетических кривых по модели «сжимающейся сферы», составила 47,5±0,5 кДж/моль. Такое ее значение подтверждает протекание процесса в кинетической области, интенсифицировать процесс в которой можно повышением температуры его проведения.

На примере сплава АА 511 системы Al–Mg–Si показано, что облучение алюминиевых расплавов наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) приводит к существенному изменению характера структурообразования при кристаллизации. Установлено, что повышение частоты облучения расплавов НЭМИ сопровождается измельчением структурных составляющих сплава и перераспределением в них легирующих элементов. При этом наибольшая степень уменьшения размеров зерен α-твердого раствора и межзеренных включений эвтектической фазы Mg2Si наблюдается при частоте НЭМИ f = 1000 Гц. Повышение частоты НЭМИ приводит к значительному увеличению концентрации магния в α-твердом растворе и фрагментации межзеренных включений фазы Mg2Si, которая при облучении расплава с f = 1000 Гц выделяется в форме компактных изолированных включений. Показано, что обработка расплавов НЭМИ приводит к повышению твердости (по Бринеллю) образцов в литом состоянии, а также к увеличению микротвердости зерен α-твердого раствора (с 38,21 HV в исходном состоянии до 61,85 HV после облучения с частотой 1000 Гц). Было сделано предположение, что воздействие импульсного электромагнитного поля приводит к понижению критических значений свободной энергии Гиббса, необходимых для инициации процессов зародышеобразования, и снижению поверхностного натяжения на границах раздела «растущий кристалл – металлический расплав», что обусловливает модифицирующее воздействие на структуру сплава за счет уменьшения критического размера зародышей кристаллизации.

На сплаве с памятью формы Ti–50,7ат.%Ni в виде проволоки (после холодной деформации волочением при комнатной температуре) исследовано влияние температуры и времени рекристаллизационного отжига на характеристические температуры мартенситных превращений и механические свойства. Для указанного сплава рассмотрено 6 режимов последеформационного отжига при различных температуре и времени выдержки, в результате которых были получены структуры с различным размером рекристаллизованного зерна. Методом обратнорассеянных электронов (EBSD) был определен его размер и выявлено, что он увеличивается от 2,5 до 9 мкм при повышении как температуры отжига (600–700 °С), так и времени выдержки (0,5–5,0 ч). С помощью дифференциальной сканирующей калориметрии установлены характеристические температуры прямого и обратного мартенситных превращений. Установлено, что в результате роста размера рекристаллизованного зерна в 3 раза происходят снижение температуры начала прямого мартенситного превращения, а также расширение температурного интервала обратного мартенситного превращения. Результаты механических испытаний (на растяжение) при комнатной температуре свидетельствуют, что увеличение размера зерна приводит к уменьшению дислокационного и увеличению фазового пределов текучести. Определено, что дислокационный предел текучести определяется законом Холла–Петча, а фазовый – положением температуры испытания относительно температуры начала (или пика) прямого мартенситного превращения. При рекомендации режима термической обработки конкретных изделий следует учитывать эти два конкурирующих фактора, а также температуры обратного мартенситного превращения, отвечающие за температуры формовосстановления сплава.

В ходе исследований изучено влияние скорости сканирования лазера (vс) на морфологию единичных треков, полученных из смеси порошков Ti и Al в стехиометрическом соотношении 1 : 1 в продольном и поперечном сечениях. На наружной поверхности трека, полученного при vс= 300 мм/с, были обнаружены капли выплеснувшейся жидкости, появление которых скорее всего было вызвано выбросом пузырьков газа, образовавшихся из-за испарения более легкоплавкого алюминия. С ростом значений vс до 600 мм/с наблюдалось искажение единичного трека по длине. Было установлено, что с увеличением скорости лазерного луча треки перестают быть стабильными, и из-за значительной конвекции Марангони и нестабильности капиллярной жидкости в расплавленной ванне по поверхности трека формируются «шарики». Повышение скорости лазера привело к появлению пор, которые в основном сконцентрированы в образовавшихся шариках, а также оказало влияние на морфологию трека в поперечном сечении, а именно – на ширину, высоту трека и глубину проплавления подложки. С увеличением скорости сканирования с 300 до 900 мм/с проплавления подложки практически не наблюдалось, ширина трека уменьшилась с 194 до 136 мкм, а его высота увеличилась почти в 4 раза – с 21 до 88 мкм. Для оценки структуры изучаемых треков был проведен микрорентгеноспектральный анализ (МРСА) и получены карты распределения элементов. Установлено, что при скоростях сканирования 300 и 600 мм/с перемешивание жидкости в ванне расплава происходит в недостаточной степени, что приводит к ликвации элементов по сечению треков. Центральная зона оказывается обогащеной алюминием, в то время как в основании преобладает титан, а в крайней зоне он практически отсутствует (4,57 ат.% Ti). При vс = 900 мм/с, по данным МРСА, наблюдалось наличие нерасплавившихся частиц порошка титана. Предположительной причиной этого может являться недостаточная мощность лазера при столь высокой скорости сканирования.

Исследованы механические свойства при растяжении и микроструктура авиационного алюминиевого сплава AA2B06-O системы Al–Cu–Mg при малых (0,001–1,0 с–¹) и высоких (1293–5045 с–¹) скоростях деформации. При относительно медленном (квазистатическом) растяжении скорость деформации слабо влияет на механические характеристики. При быстром (динамическом) нагружении повышение скорости деформации приводит к существенному (почти в 2 раза) одновременному увеличению предела прочности сплава при растяжении и его пластичности (относительного удлинения до разрушения) при почти неизменном пределе текучести. С помощью просвечивающей электронной микроскопии установлен гомогенный характер пластической деформации на микроуровне при медленном нагружении и негомогенный – при быстром, проявляющийся в ее локализации в виде адиабатических микрополос сдвига, в которых формируются сложные дислокационные структуры, такие как сплетения дислокаций, дипольные и мультипольные конфигурации. В отдельных участках микрополос сдвига наблюдается первая стадия динамической рекристаллизации из-за выделяющейся теплоты локализованной пластической деформации. Показано, что смена механизма деформации при переходе от квазистатического к динамическому растяжению является причиной значительного изменения механического поведения материала. Таким образом, одновременное повышение прочности и пластичности может иметь место не только в наноструктурированных сплавах, полученных методами интенсивной пластической деформации (например, равноканальным угловым прессованием), но и при высокоскоростной деформации алюминиевого сплава с «обычной» микроструктурой после прокатки и низкотемпературного отжига. Экспериментальные результаты открывают новые перспективы практического применения методов высокоскоростной импульсной деформации, таких как гидроударная штамповка, для получения деталей сложной формы из листовых заготовок за одну операцию вследствие значительного улучшения технологической пластичности материала.

Методом реакционного магнетронного распыления постоянного тока двух раздельных моноэлементных мишеней Ti и Pb напыляли композитное покрытие состава TiN–Pb на подложку из титанового сплава ВТ6. Исследования проводили при токах на Pb-катоде 0,2 и 0,1 А и двух фиксированных значениях расхода аргона: 6,0 либо 8,5 см3/мин, меняя от опыта к опыту расход подаваемого в камеру азота. Состав покрытий определяли энергодисперсионным анализом. Показано, что количество свинца в покрытиях составляло от 0,5 до 16 мас.% в зависимости от тока на Pb-катоде и расхода реактивного азота. Для каждого режима напыления оценивали микротвердость и износ покрытий. Установлено, что в зависимости от отношения потоков аргона и азота толщина покрытий менялась от 1,9 до 5,2 мкм. Рентгеноструктурным методом исследовали влияние параметров нанесения магнетронных TiN–Pb-покрытий на их структуру и фазовый состав. Выявлено, что при значениях тока на Pb-катоде, равном 0,2 А, покрытие состоит из Pb и PbO, а при токе 0,1 А – из TiN, Pb и PbO. При этом увеличение отношения потоков аргона и азота приводит к росту доли TiN, повышению интенсивности насыщения поверхности титановой подложки азотом, а также увеличению микротвердости и износостойкости. При всех условиях напыления TiN-покрытие характеризуется типичной текстурой (111), интенсивность которой меняется немонотонно.