Приведены данные по комплексной переработке железной руды одного из месторождений Республики Казахстан, которая предусматривает несколько операций мокрой магнитной сепарации с доизмельчением полученных черновых продуктов и последующую их перечистку с получением кондиционного железного концентрата, содержащего 65–66 % железа при извлечении 79–80 % Fe и 2,2–2,5 % Si. Установлено, что при магнитном обогащении исследуемой руды медные минералы концентрируются в хвостах магнитной сепарации и содержание меди в них повышается с 0,093 до 0,2 %. Разработана схема и реагентный режим получения кондиционного медного концентрата из хвостов магнитного обогащения. Для получения медного концентрата хвосты магнитной сепарации подвергаются доизмельчению в известковой среде до крупности 75 % класса –0,071 мм. После двух операций основной медной флотации с применением жидкого стекла, бутилового ксантогената и вспенивателя МИБК получают отвальные хвосты. Пенный продукт первой основной флотации дважды перечищается. В результате получается медный концентрат с содержанием, %: 15,2 Cu, 26,5 Fe, 17,5 S, 3,47 Si, 1,4 Al и 8,5 Zn, который соответствует марке КМ-7 (ГОСТ Р 52998-2008). Отвальные хвосты содержат, %: 0,08 Cu, 20,1 Fe, 0,25 S, 16,2 Si, 6,4 Al и 0,045 Zn. Рассмотрено влияние на процесс медной флотации ксантогенатов с различной длиной и строением углеводородного радикала, а также Хостафлотов и амилового аэрофлота. Подтверждена высокая эффективность бутилового ксантогената при флотации медных минералов.

При переработке сульфидных медно-цинковых концентратов на медеплавильных заводах образуются сульфидномышьяковистые кеки, подлежащие утилизации. Для решения глобальной экологической проблемы мышьяка в металлургической и горнодобывающей отраслях промышленности он должен быть надежно сконцентрирован и иммобилизован в технологических потоках с последующим удалением отходов. Сплавление мышьяковистого кека с элементной серой приводит к образованию стекловидных сульфидов, которые менее токсичны в сравнении с дисперсным порошкообразным кеком, однородны и обладают компактной формой. Продукт сплавления представлен нестехиометрическим сульфидом мышьяка, близким по составу к As2S5. Высокая химическая устойчивость стеклообразных сульфидов мышьяка подтверждается результатами выщелачивания по методике TCLP. Продукты сплавления имеют в 100 раз меньшую растворимость по сравнению с исходным кеком. Достижение растворимости мышьяка в сплаве ниже пороговой концентрации (5 мг/дм3 ) позволяет рекомендовать утилизацию мышьяковистого кека способом сплавления его с элементной серой. Продукты сплавления относятся к неопасным отходам и пригодны для длительного хранения. Изучены состав и структура сплавов кека с железным порошком. В сплавленных образцах выявлены новые соединения переменного состава: арсениды и сульфиды железа, сульфиды мышьяка и арсенопириты. Исследования показали, что продукты сплавления с железом обладают растворимостью в 10–15 раз меньшей, чем соединения мышьяка в исходном кеке, но выше пороговой концентрации по методике TCLP. Поэтому сплавление с железом не может быть рекомендовано к практическому использованию для утилизации мышьяковистых кеков.

Методом холодного моделирования в интервалах величин критерия Архимеда для бокового (Arб = 12÷120) и донного (Arд = 5÷60) дутья применительно к условиям работы барботажного плавильного агрегата «Победа» (ПАП) исследованы гидрогазодинамические закономерности комбинированной продувки жидкости газом. Продувку осуществляли одновременно донной фурмой, установленной вертикально по центру реактора, и боковой, расположенной под углом 5° к горизонтальной оси. Проведена количественная оценка мгновенной и средней (Vср) скоростей циркуляции элементов потока жидкости на разных участках ванны в зависимости от местонахождения зоны продувки и критериев Архимеда. Определена траектория движения жидкости. Вблизи поверхности жидкости и корпуса реактора обнаружена вихревая зона, где мгновенная скорость движения элемента потока жидкости изменяется от 69,9 до 183,1 мм/с и Vср = 123,8 мм/с. В объеме жидкости циркуляционные потоки затухают, и Vср уменьшается от 123,8 до 47,0 и 54,1 мм/с. Показано, что в общем случае скорость циркуляции зависит от интенсивности продувки на фурмах и становится выше для области наложения боковой и донной струй. Определены динамические условия продувки, обеспечивающие непосредственный контакт бокового и донного факелов, приводящий к слиянию потоков и повышенному брызгообразованию. Приведена характеристика 3 видов колебаний поверхности раздела фаз «чистая жидкость – газожидкостный слой» и дана оценка влияния бокового и донного дутья на разновидность возникающих колебаний. Отмечено, что ввод донного дутья (Arд = 5) приводит, наряду с поперечными колебаниями 1-го типа, к появлению волнообразного движения жидкости (2-й тип), а при более высоких значениях Arд = 25 – к угловым колебаниям (3-й тип). Показано, что при комбинированной продувке наличие бокового факела уменьшает углы раскачивания ванны к горизонту до 8–12°. Для оценки интенсивности колебаний введена величина Δhж = (hж)max – (hж)min, т.е. разность между максимальной (hж)max и минимальной (hж)min высотой жидкости за полный цикл колебаний (τ). Построены зависимости высоты жидкости (hж) от τ, Arб и Arд, на основании которых определены величины Δhж, варьируемые при моделировании в интервале 7,7–69,5 мм. Для различных областей ванны и динамических условий продувки установлена взаимосвязь между скоростью циркуляции жидкости и величиной колебаний (Δhж). Рассмотрено влияние всех видов колебаний на возможный эрозивный износ футеровки ПАП и полноту усвоения шихтовых материалов вблизи поверхности ванны.

Магниевые сплавы как конструкционные материалы обычно рассматриваются в тех случаях, когда снижение массы имеет важнейшее значение, например в авиации и космонавтике. В последние годы наблюдается расширение применения пожаробезопасных высокопрочных магниевых сплавов нового поколения в конструкциях авиационных изделий. В работе были изучены свойства новых пожаробезопасных литейных магниевых сплавов МЛ-ОПБ (Mg–6,7Y–2,6Zn–0,5Zr– 0,35Ce–0,35Yb) и EWZ43 (Mg–3,8Y–4,4Nd–0,6Zr–0,6Zn) и выполнено их сравнение с промышленными магниевыми сплавами. Микроструктура исследуемых сплавов в литом состоянии представляет собой магниевый твердый раствор и значительное количество эвтектики. Термическая обработка по режиму Т6 приводит к изменению морфологии фаз в эвтектике, а также их частичному растворению в магниевой матрице. В результате длительной высокотемпературной выдержки, имитирующей условия эксплуатации (500 ч при 300 °С), происходит формирование выделений по границам зерен в обоих сплавах, которые значительно снижают механические свойства. Было установлено, что при окислении образцов основными компонентами, переходящими в оксидную плену и обеспечивающими защитные свойства сплавов, являются Y, Nd и Yb. Рассматриваемые сплавы обладают высокими прочностными свойствами, которые не ниже, чем у сплава МЛ10. При этом преимуществом сплава МЛ-ОПБ является высокое относительное удлинение, а для сплава EWZ43 характерна высокая прочность. Скорость коррозии этих сплавов выше, чем у известных промышленных сплавов МЛ10 и МЛ5, из чего следует, что исследуемые сплавы требуют дополнительной защиты от коррозии. При этом литейные свойства сплавов МЛ-ОПБ и EWZ43 оказались не ниже, чем у наиболее распространенных магниевых сплавов. При взаимодействии сплавов с формой из холодно-твердеющей смеси формируется оксидная плена с высоким содержанием Y и хорошими защитными свойствами. Температура возгорания изученных сплавов оказалась на 100–150 °С выше, чем у сплава МЛ10. Испытание сплавов в пламени газовой горелки на конусных образцах и типовых авиационных отливках типа «кронштейн» показало, что сплавы МЛ-ОПБ и EWZ43 практически не горят в условиях эксперимента.

Изучено влияние гафния на структуру и свойства сплава 1570. В стальной кокиль были отлиты слитки из сплава 1570, в том числе с добавками гафния (0,1, 0,2 и 0,5 %). Для определения размеров зеренной структуры в полученных слитках применялся оптический микроскоп «Axionovert-40 MAT», химический анализ интерметаллидных частиц проводился с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL 6390A. Кроме того, для сплавов 1570 и 1570–0,5Hf на просвечивающем электронном микроскопе JEM-2100 изучалось наличие наночастиц, имеющих структуру L12. Исследования показали, что добавки гафния позволяют добиться существенной модификации литой структуры. Например, при введении в исходный сплав 0,5 % Hf (от общей массы) достигнуто уменьшение среднего размера зерна в 2 раза. Согласно данным сканирующей микроскопии, гафний частично растворяется в частицах, содержащих также скандий и цирконий. Добавка гафния увеличивает количество крупных частиц, образующихся при кристаллизации. Просвечивающая микроскопия показала наличие в сплаве 1570 наночастиц, когерентных алюминиевой матрице и имеющих сверхструктуру L12, которые с большой долей вероятности образовались в ходе прерывистого распада при остывании слитков. При добавке 0,5 % Hf наночастиц, имеющих сверхструктуру L12, не обнаружено. Для объяснения этого факта необходимы исследования поверхности ликвидуса системы Al–Hf–Sc, а также изучение влияния гафния на коэффициент диффузии скандия в алюминии.

Приведены результаты исследований распыления и осаждения ультрадисперсных частиц ванадия и кадмия на необогреваемые и перемещаемые относительно потоков плазмы подложки. Были получены покрытия в интервале концентраций кадмия от 9,6 до 88,6 ат.%. Критическим размером частиц ванадия, способных к образованию сплавов с кадмием, определена величина 0,6 нм. Концентрационной границей существования твердых растворов кадмия в ванадии является содержание кадмия ~37 ат.%, при большей его доли пленочное покрытие представлено смесью фаз кадмия и твердого раствора кадмия в ванадии. Зависимость параметра решетки α-ванадия от содержания кадмия в нем соответствует следующему выражению: а [нм] = 8·10–4СCd + + 0,3707, где СCd – концентрация кадмия, ат.%. На поверхности образца в области твердых растворов (31,6 ат.% Cd) обнаружено наличие нитевидных кристаллов кадмия, причиной появления которых является решеточное давление матричного металла. Отжиг богатых по содержанию кадмия пленок (69,5 ат.%) в вакууме сопровождается растрескиванием покрытия и образованием пор. Последнее может быть использовано как метод получения пористого ванадия.

Изучены особенности взаимной диффузии в многокомпонентных (высокоэнтропийных) сплавах на основе тугоплавких металлов. В качестве объектов диффузионного исследования были выбраны следующие пары: титан – эквиатомный сплав (Hf–Nb–Ta–Ti–Zr–Mo) и, для сравнения, титан–тантал. Рассмотрены вопросы приготовления образцов, исследования микроструктуры, методика подготовки образцов для изучения диффузии и экспериментальные результаты. Диффузионный отжиг был проведен в течение 12 ч в вакууме с остаточным давлением аргона 6,65·10–3 Па при температуре 1200 °С. Особое внимание уделено методике соединения диффузионных пар (титана с танталом, титана со сплавом) путем термоциклирования вблизи температуры полиморфного превращения в титане (882 °С) в пределах ±50 °С. Показано поведение наиболее характерных элементов (Ta, Zr, Ti) в области сварного шва после соединения диффузионной пары титана и сплава. Впервые получены данные о зависимости интенсивности соответствующей линии спектра для титана и элементов многокомпонентного сплава от глубины проникновения. Изменение интенсивности сигнала для элементов систем наблюдается на глубине 150–200 мкм, а резкое падение интенсивности сигнала происходит на глубинах порядка 50 мкм. Рассчитано усредненное по всем элементам системы легирования сплава (за исключением титана) эффективное значение коэффициента диффузии элементов в титан при температуре 1200 °С. Проведено сравнение полученного значения со справочными данными: коэффициентом самодиффузии в β-титане, коэффициентами диффузии в парах титана с легирующими элементами сплава.