Обобщены результаты исследований применения озона для извлечения цветных, редких и благородных металлов из руд, концентратов обогащения и техногенного сырья, выявленные из мировых научных публикаций и в патентной литературе с начала XX века. Озон является сильным окислителем, окислительный потенциал которого в 1,5 раза превышает потенциал хлора в кислой среде. С участием озона растворяются даже упорные металлы и минералы. Его использование для извлечения металлов из минерального сырья не сопровождается загрязнением продуктов переработки и образованием вредных отходов. Представлено значительное количество исследований применения озона для растворения золота и других благородных металлов в минеральных кислотах, показывающих повышение извлечения металлов в раствор. Исследованы цианидное и тиокарбамидное выщелачивание золота из минерального сырья при замене кислорода озоном. Приведены результаты чанового и кучного выщелачивания цветных и благородных металлов с применением озона, полученного облучением воздуха или кислорода ультрафиолетом, в частности с использованием фотоэлектрохимической обработки, по результатам которых запатентованы новые технологии. Дана оценка эффективности применения озона для флотационного обогащения минерального сырья, очистки и обезвреживания растворов и твердых продуктов металлургической переработки, регенерации других окислителей, извлечения металлов из технологических растворов. Обобщены результаты исследований применения озона для чанового выщелачивания металлов из упорных сульфидных руд и сульфидных концентратов обогащения в растворе кислоты, а также изучения кинетики окисления с участием озона сульфидных минералов меди, железа, цинка и молибдена. Приведены и проанализированы результаты использования сочетания озона с другими окислителями – пероксидом водорода и ионами железа (III) – для извлечения металлов из сульфидного минерального сырья в растворе серной кислоты. По результатам большинства проведенных исследований можно заключить, что применение озона эффективно для извлечения металлов из минерального сырья: повышаются технологические показатели процессов (извлечение металлов в раствор, селективность извлечения металлов из комплексного сырья) и снижается продолжительность переработки.

Аннотация: Проведены исследования экстракционного извлечения примесей Ca(II), Mg(II) и B(III) из растворов никелевого производства АО «Кольская ГМК». В качестве экстрагентов использовали ди-2-этилгексилфосфорную кислоту (Д2ЭГФК), ди-(2,4,4-триметилпентил)фосфиновую кислоту (Cyanex 272), триалкиламин (ТАА), трибутилфосфат (ТБФ), алифатические спирты: октанол-1, 2-этилгексанол и побочный продукт его производства – тяжелый продукт ректификации 2-этилгексанола (ТПРД). Для оценки влияния условий извлечения примесей из растворов проведены лабораторные исследования влияния кислотности водной фазы, концентрации экстрагентов, состава органических смесей на их экстракционную способность. По результатам работы определены оптимальные концентрации индивидуальных экстрагентов Д2ЭГФК и Cyanex 272 (по 20 об.%) в растворителе Escaid 100 и состав смеси 15 об.% Д2ЭГФК + 5 об.% Cyanex 272 при извлечении Ca(II) и Mg(II). Индивидуальная Д2ЭГФК преимущественно экстрагирует кальций (II): извлечение 62 % Са(II) и 15 % Mg(II), а Cyanex 272 – магний (II): извлечение 59 % Mg(II) и 20 % Са(II). Показано, что экстракционная смесь обладает более высокими показателями, чем индивидуальные экстрагенты, для извлечения Са(II) и Mg(II) из никелевых растворов в области значений pH = 3,0÷3,5, при которых соэкстракция Ni(II) незначительна. С ростом величины рН извлечение Са(II) снижается вследствие возрастающей экстракции никеля и вытеснения им кальция из органической фазы. Установлено, что высокую экстракционную способность по отношению к B(III) проявляют смесь 40 % ТАА + 60 % 2-октанон и ТПРД: степень извлечения бора составляет 60,7 и 74,5 % соответственно. Представлены результаты экстракционной очистки никелевого электролита АО «Кольская ГМК» экстракционной смесью в Ni-форме для исключения корректировки pH на каждой ступени процесса. По результатам выполненных исследований рекомендована технологическая схема получения чистых растворов NiSO4 с остаточным суммарным содержанием В(III), Cа(II), Mg(II) и Cl– £ 0,010 г/дм3 .

В России большая часть алюминиевых заводов оснащена электролизерами с самообжигающимися анодами, для которых актуальна задача снижения расхода анодной массы, так как доля анодных материалов в себестоимости алюминия составляет от 8 до 20 %. Для решения этой задачи необходимо определить потребность в анодной массе. Методика расчета ее удельного расхода, используемая на предприятиях алюминиевой промышленности, имеет большую погрешность. В работе рассмотрены основные ошибки этой методики, показаны этапы вычисления расхода анодной массы, проведена оценка адекватности вычислений и даны рекомендации по ее совершенствованию. Показано, что в целом рассмотренная методика адекватно отражает процессы расхода углерода, однако конечный результат вычислений может существенно отличаться от реального. Величины, принятые постоянными для упрощения расчета, в действительности могут варьироваться в процессе электролиза, что приводит к значительному изменению конечного результата вычислений. Например, увеличение доли CO2 c 0,45 до 0,5 приводит к уменьшению расхода анодной массы на 15,3 кг/тAl. При этом известно, что при наступлении анодного эффекта состав анодных газов резко меняется: доля CO2 сокращается, а доля CO возрастает. В летний период при высокой температуре окружающей среды увеличивается как доля испарившегося пека, так и доля анодов с повышенной температурой поверхности. Изменение последней до 0,25 приводит к повышению расхода на 6,6 кг/тAl. То же самое относится к потерям при окислении на воздухе. Количество разгерметизированных электролизеров может увеличиться, а следовательно, возрастет расход углерода. Необходимо обратить внимание на факторы, влияющие на качество анода. Неправильно подобранный гранулометрический состав или износившееся оборудование могут значительно ухудшить качество анода и привести к повышению расхода углерода. Для корректного учета особенностей образования монооксида углерода необходимо внести корректировки в расчет. 

Методом ротационной вискозиметрии с использованием высокотемпературного реометра FRS 1600 («Anton Paar», Австрия) получены температурные зависимости динамической вязкости расплавов солей фторидов лития и бериллия, рассматриваемых в качестве кандидатных составов топлива и теплоносителя для жидкосолевого реактора (ЖСР) сжигателя долгоживущих актинидов из отработавшего ядерного топлива водо-водяного энергетического реактора 1000/1200. Применительно к промежуточному и топливному контурам ЖСР исследованы расплавленные солевые смеси 0,66LiF–0,34BeF2 и (0,73LiF–0,27BeF2) + UF4, содержащие 1 и 2 мол.% UF4. Солевые смеси получены методом прямого сплавления компонентов и аттестованы с помощью рентгенофазового и элементного анализов. Выбор параметра «скорость сдвига» (γ) проведен по кривым вязкости, полученным в исследуемых расплавах при температуре 700 °С. Выявлено, что вязкость не зависит от скорости сдвига в интервале γ = 6÷20 с–1. При измерениях температурной зависимости вязкости величина γ составляла 11 с–1. Экспериментально полученные значения вязкости расплавов LiF–BeF2–UF4 в температурном интервале от ликвидуса до 800 °С описываются линейным уравнением lgη = a + b/t, однако их температурные коэффициенты заметно отличаются, что указывает на существенную зависимость вязкости этих расплавов от состава и температуры. Полученные значения вязкости расплава 0,66LiF–0,34BeF2 согласуются с известными литературными данными в пределах 7–10 % в температурном интервале 650–750 °С. С увеличением содержания LiF вязкость расплава падает: она на 20 % ниже в расплаве 0,73LiF–0,27BeF2 при t = 650 °С. Однако при добавлении в него 2 мол.% UF4 при этой же температуре вязкость топливной соли 0,73LiF–0,27BeF2 + + UF4 возрастает на 10 %

Настоящий обзор посвящен известным теоретическим и экспериментальным результатам в области использования физических методов обработки расплавов при получении металломатричных композиционных материалов в условиях литейно-металлургических технологических процессов. Рассмотрены возможности, преимущества и недостатки различных способов физических воздействий с позиции их влияния на структурно-морфологические характеристики, физико-механические и эксплуатационные свойства литых композиционных материалов на основе алюминия и его сплавов. Представлена классификация и дано развернутое описание физических методов обработки расплавов при получении металломатричных композитов в зависимости от состояния расплава в ходе обработки (при плавке, заливке, кристаллизации) и по физическому принципу накладываемых воздействий (тепловые, электромагнитные, кавитационные, механические и др.). Изложены современные представления о закономерностях и механизмах влияния обработки расплава физическими методами на процессы структуро- и фазообразования металломатричных композитов в литом состоянии. С качественных и количественных позиций описаны известные к настоящему времени эффекты воздействия на их структуру, в частности связанные с изменением смачиваемости частиц, их распределения, дисперсности и морфологии, а также структурного состояния матричного материала. Систематизированы данные о свойствах металломатричных композитов, полученных с применением физических воздействий на расплав при плавке и кристаллизации. Показаны перспективы развития и практического применения физических воздействий на расплавы при получении металломатричных композитов на основе различных матричных материалов и систем армирования, включая эндогенно-, экзогенно- и комплексно-армированные композиционные материалы. Обсуждаются приоритетные направления теоретических исследований и экспериментальных разработок, раскрываются дискуссионные области и вопросы в области получения металломатричных композитов с применением физических воздействий на расплавы при плавке и кристаллизации. На основе системного анализа ключевых проблем, ограничивающих широкое промышленное использование физических методов обработки расплавов, предложены области будущих исследований в данном направлении.

Исследовано качество металлопорошковой композиции (МПК) из жаропрочного сплава ЭП648 (система Ni– Cr–W–Mo), применяемой для получения деталей методом прямого лазерного выращивания (DMD-технология). Установлено, что по основным требованиям (химический и гранулометрический составы, чистота, насыпная плотность, текучесть, влажность) МПК соответствует ТУ 136-225-2019. Рассмотрено влияние параметров прямого лазерного выращивания (мощность лазерного излучения, скорость наплавки) на структуру и микротвердость опытных образцов. Наибольшее количество дефектов (скопления мелких усадочных пор и несплавления) формируется в образце, полученном при мощности лазерного излучения Р = 1000 Вт и скорости наплавки v = 40 мм/с. При этом дефекты имеют максимальные размеры. Наименьшее число дефектов наблюдается в образцах, полученных при Р = 1400 и 1600 Вт и v = 45 и 38 мм/с. В этом случае формируется наиболее однородная структура зон лазерной наплавки из-за полного плавления частиц порошка и растекания расплава. Тем не менее в структуре образца, выращенного при Р = 1600 Вт и v = 38 мм/с, имеются трещины, расположенные по границам субзерен в центре треков наплавки. Их образование вызвано перегревом материала из-за повышенной мощности лазерного излучения и накоплением высоких внутренних напряжений от предыдущих выращенных слоев. Микротвердость образцов, полученных по всем режимам прямого лазерного выращивания, меняется незначительно в пределах 270–310 НV. По результатам проведенных исследований установлено, что наиболее оптимальная структура формируется в образце, полученном при мощности лазера 1400 Вт и скорости наплавки 45 мм/с.

Разработана и опробована в опытно-промышленном масштабе технология производства прутков из алюминиевого сплава Д16(Т), полученных способом радиально-сдвиговой прокатки из непрерывно-литых заготовок диаметром 72 мм за несколько проходов. Фактические диаметры прокатанных прутков находились в пределах допуска ±0,16 мм, что существенно меньше требований, предусмотренных ГОСТ 21488-97. По результатам испытаний методом растяжения определены значения предела прочности, условного предела текучести, относительного удлинения и относительного сужения. Требования нормативной документации по пределу прочности и относительному удлинению для сплава Д16Т удовлетворяются при суммарном коэффициенте вытяжки более 4,2. По пластическим свойствам полученные прутки в 2,1–2,5 раза превышают требования указанного ГОСТ во всем диапазоне исследованных коэффициентов вытяжки, начиная с 2,07. При этом отмечается повышение относительного удлинения в 5,7–6,8 раза по сравнению с исходным литым состоянием. Проведенный анализ микроструктуры и морфологии вторичных фаз показал, что с уменьшением диаметра прутка (с увеличением суммарного коэффициента вытяжки) средний размер частиц нерастворимой в алюминиевой матрице фазы α(AlFeMnSi) уменьшается, что является следствием развития деформационных процессов при прокатке. Дополнительное измельчение включений при деформационной обработке позволяет существенно снизить возможный негативный эффект от нерастворимой фазы на механические свойства получаемой заготовки, в особенности на показатель пластичности. Согласно результатам анализа микроструктуры выявлено, что прутки после прокатки и термообработки не имеют трещин, скоплений усадочных пор, расслоений и других дефектов и удовлетворяют требованиям ГОСТ 21488-97.