Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy / Известия вузов. Цветная металлургия
Not a member yet
659 research outputs found
Sort by
Получение лигатуры Al–B алюмотермическим восстановлением KBF4и B2O3 в среде расплавленных солевых флюсов
Get PDFThe study covers the process of obtaining the Al–B master alloy by the KBF4and B2O3aluminothermic reduction using KF–AlF3and KF–NaF–AlF3fluoride fluxes at 983 and 1123 К, respectively, and KCl–NaCl–KF chloride-fluoride fluxes at Т= 1173÷1223 К. All experiments were carried out under the same conditions: molten mixture stirring rate was 400 rpm, synthesis duration was 30min. The maximum amount of boron (1,5 %) in the Al–B alloy was obtained when using KBF4(3 % per B) as a boron-containing raw material in the KF–AlF3medium with a molar (cryolite) ratio (CR) of KF/AlF3equal to 1,3, atТ= 983 К, while boron recovery ratio did not exceed 75 %. Comparable results were obtained in experiments with KF–NaF–AlF3f lux (CR = 1,5) at Т= 1123 К. However, with the increased concentration of fed boron its recovery ratio decreased substantially. It is connected with the higher decomposition temperature of not only KBF4, but also less thermally stable NaBF4 formed as a result of exchange reaction in the melt. Therefore it is not recommended to use sodium salts as a f lux component. The Al–B master alloys obtained by KBF4reduction in fluoride fluxes were solid solutions of B in Al containing the AlB2intermetallic compound. The lowest amount of boron in aluminum with the minimum degree of extraction was obtained in experiments with the B2O3in molten KF–AlF3with CR = 1,5. Nevertheless, the results of scanning electron microscopy indicate a uniform distribution of B over the Al matrix and the absence of intermetallic compounds, while a large amount of Al2O3was found, which is the product of B2O3reactions with both liquid Al and KF–AlF3flux.Исследован процесс получения лигатуры Al–B методом алюмотермического восстановления KBF4и B2O3с использованием фторидных флюсов KF–AlF3и КF–NaF–AlF3при температурах, соответственно, 983 и 1123 К и хлоридно-фторидных флюсов KCl–NaCl–KF при Т= 1173÷1223 К. Все эксперименты проводили при одинаковых условиях: скорость перемешивания расплавленной смеси – 400 об/мин, длительность синтеза – 30 мин. Максимальное количество бора (1,5 %) в сплаве Al–B было получено в случае применения в качестве борсодержащего сырья KBF4(3 % в расчете на В) в среде KF–AlF3с мольным (криолитовым) отношением (КО) компонентов KF/AlF3, равным 1,3, при Т= 983 К, при этом степень извлечения бора не превышала 75 %. Сравнимые результаты были получены в экспериментах с флюсом KF–NaF–AlF3(КО = 1,5) при Т= 1123 К. Однако при увеличении концентрации задаваемого бора степень его извлечения существенно снижалась, что связано с разложением при более высокой температуре не только KBF4, но и менее термически устойчивого NaBF4, который образуется в результате обменной реакции в расплаве. Поэтому не рекомендуется использование солей натрия в качестве компонента флюса. Лигатуры Al–B, полученные восстановлением KBF4в среде фторидных флюсов, представляли собой твердые растворы бора в алюминии, содержащие интерметаллид AlB2. Наименьшее количество бора в алюминии с минимальной степенью извлечения было получено в опытах с B2O3в среде расплавленного KF–AlF3с КО = 1,5. Тем не менее результаты сканирующей электронной микроскопии свидетельствуют о равномерном распре-делении B в матрице Al и отсутствии интерметаллидов, при этом найдено большое количество оксида Al2O3, который является продуктом реакций B2O3как с жидким Al, так и с флюсом KF–AlF3
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СПОСОБОВ СИНТЕЗА ТИТАНАТОВ ПЕРОВСКИТОПОДОБНОЙ СТРУКТУРЫ И ДОПИРОВАНИЯ ИХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
Get PDFThe paper presents an overview of methods for obtaining perovskite structure titanates and doping them with rare-earth elements. The results of scientific research conducted by authors from different countries related to the study of the effect of doping perovskite structure titanates with rare-earth elements on their electromagnetic properties are discussed. The paper also comprises information on the use of perovskite structure titanates in various industries. As exemplified by barium titanate (BaTiO3), a comparative analysis of some morphological properties (particle size, structure) and electromagnetic characteristics (dielectric constant, Curie temperature, modulus of longitudinal oscillations (d33)) of powders obtained (and doped) by different methods is carried out. Techniques for various BaTiO3 preparation methods such as solvothermic, hydrothermal, sol-gel, chemical deposition, and solid-phase sintering are described. The paper provides the results of studies on the effect of changes in process parameters (temperature, pH, composition of the initial mixture of materials and concentration of reagents) on the phase, morphology and BaTiO3 particle formation rate in hydrothermal synthesis (using BaCl2, TiCl4 and NaOH as initial materials). In addition, experiments were conducted to study the effect of microwave radiation power in ВаСОз and ТЮ2 solid-phase sintering on the dielectric and ferroelectric properties of ВаТЮз ceramics. The analysis of methods for obtaining BaTiO3 and doping it with rare-earth elements found that at present the hydrothermal method and the method of solid-phase sintering (including with microwave radiation) can be regarded as advanced technologies for obtaining perovskite structure materials with predetermined properties.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
ВЛИЯНИЕ ОТЖИГА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ НА СТРУКТУРУ И ТВЕРДОСТЬ АМОРФНЫХ ЛЕНТ СПЛАВА Al85Y8Ni5Co2
Get PDFAluminum-based metallic glasses are the new promising family of materials. However, the effect of heat treatment on the structure and properties of Al–Y–Ni–Co amorphous alloys has not been widely studied so far. In this paper, Al85Y8Ni5Co2 amorphous alloy strips were obtained by hardening on a rotary copper wheel. The effect of vacuum annealing at temperatures ranging from 100 to 500 °C for 30 minutes on the structure and hardness of these strips was investigated. Transmission electron microscopy, X-ray diffraction analysis, and differential scanning calorimetry were used to study changes in the structure of strips after heat treatment. Vickers microhardness was measured to investigate the effect of annealing on the mechanical properties of strips. The results obtained allowed for the conclusions made about changes in hardness depending on the Al85Y8Ni5Co2 alloy strip structure. It was found that as the temperature rises, strip microhardness increases reaching a maximum value of 575±7 HV after annealing at 350 °C, then it decreases with a further increase in the annealing temperature. It was shown that the Al85Y8Ni5Co2 alloy strips remain completely amorphous and no crystalline phases are detected in their structures after annealing at temperatures up to 250 °C for 30 minutes. A sharp increase in hardness after annealing at 350 °C is associated with 10–30 nm nanocrystals of an aluminum solid solution formed in the amorphous matrix and surrounded by a residual amorphous matrix, while further hardness decrease is associated with the increasing sizes of these crystals and Al3Y and Al19Ni5Y3 intermetallics formed in the structure.Металлические стекла на основе алюминия являются новым перспективным семейством материалов. Однако влияние термической обработки на структуру и свойства аморфных сплавов системы Al–Y–Ni–Co до сих пор широко не изучено. В настоящей работе методом закалки на вращающемся медном диске получены аморфные ленты сплава Al85Y8Ni5Co2. Исследовано влияние отжига в вакууме при температурах от 100 до 500 °С в течение 30 мин на структуру и твердость данных лент. Для изучения изменений, происходящих в их структуре после термической обработки, использовались методы просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии. Для исследования влияния отжига на механические свойства лент была измерена микротвердость по Виккерсу. На основании полученных результатов сделаны выводы об изменении твердости в зависимости от структуры лент сплава Al85Y8Ni5Co2. Установлено, что с повышением температуры их микротвердость увеличивается, достигая максимального значения 575±7 HV после отжига при 350 °С, затем она снижается при дальнейшем повышении температуры термообработки. Показано, что после отжига при t 250 °С в течение 30 мин ленты сплава Al85Y8Ni5Co2 остаются полностью аморфными: в структуре отсутствуют кристаллические фазы. Резкое увеличение твердости после отжига при 350 °С связано с образованием в аморфной матрице нанокристаллов алюминиевого твердого раствора размером 10–30 нм, окруженных остаточной аморфной матрицей, а дальнейшее ее снижение обусловлено увеличением размера этих кристаллов и появлением в структуре интерметаллидов Al3Y и Al19Ni5Y3
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПРИПОЕВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ЦИНКА В ВИДЕ ЛИТЫХ ПРУТКОВ МАЛЫХ СЕЧЕНИЙ
Get PDFThe study covers Al–Cu–Si (A34 grade) and Zn–Al–Cu (Welco52 grade) solders. It is found that A34 solder (Al–28%Cu–6%Si) melts and crystallizes in a narrow range of temperatures (~18 °C). Solidus and liquidus temperatures of A34 solder are ~508 °С and ~526 °С, respectively. Zn–Al–Cu (Zn–4%Al–2,5% Cu) solder has a eutectic composition, so it melts and crystallizes at a constant temperature of ~389 °С. Densities of investigated solders in their liquid and solid states are studied. A34 solder has a density of 3,02 and 3,32 g/cm3 , respectively. Zinc solder density is 6,28 g/cm3 in the liquid state, and 6,69 g/cm3 in the solid state. The influence of casting conditions on the structure of cast alloys in the form of bars with cross sections of 13, 10, and 5 mm2 was investigated. Main structural components of solder alloys reduce in size as cross sections decrease. The aluminium-based solid solution dendrites and CuAl2 phase are reduced in the A34 solder microstructure. In zinc solders, the most severely reduced ones are zinc-based solid solution dendrites. The best castability is observed in melts obtained from 5 mm2 section bar solders with studied sample gaps of 2,0, 1,5 and 1,0 mm. Eutectic zinc solder features better castability in comparison with A34: castability of the melt obtained from the 5 mm2 section zinc solder rod with a sample gap width of 2,0 mm is 100 % (for A34 melt solder obtained from a rod of the same cross section it was 98 %). Experiments on soldering AK12 alloy plates and 3003 alloy sheets demonstrated that there is a tight border in the solder/base material system and no any defects such as pores or unsoldered areas. There was a slight interpenetration of solder alloys into base materials, especially when soldering AK12 cast plates.Выполнены исследования припоев систем Al–Cu–Si (марка А34) и Zn–Al–Cu (марка типа Welco52). Установлено, что припой А34 (Al–28%Cu–6%Si) плавится и кристаллизуется в узком интервале температур (~18 °С). Температуры солидуса и ликвидуса припоя А34 составляют ~508 и ~526 °С соответственно. Припой системы Zn–Al–Cu (Zn–4%Al–2,5%Cu) имеет эвтектический состав, обуславливающий плавление и кристаллизацию при постоянной температуре ~389 °С. Изучены плотности исследованных припоев в жидком и твердом состояниях. У припоя А34 их значения составляют 3,02 и 3,32 г/см3 соответственно, а у цинкового припоя – 6,28 и 6,69 г/см3 . Исследовано влияние условий литья на структуру литых припоев в виде прутков с площадями поперечных сечений 13, 10 и 5 мм2. С уменьшением площади поперечного сечения происходит измельчение основных структурных составляющих припойных сплавов. В микроструктуре припоя А34 измельчаются дендриты твердого раствора на основе алюминия и фаза CuAl2. В цинковом припое наиболее сильно уменьшаются размеры дендритов твердого раствора на основе цинка. Лучшей жидкотекучестью характеризуются расплавы, полученные из прутковых припоев с сечением 5 мм2 при исследованных зазорах в пробе 2,0, 1,5 и 1,0 мм. Цинковый припой эвтектического состава обладает лучшими показателями жидкотекучести по сравнению с припоем А34: у расплава, полученного из припойного прутка на основе цинка сечением 5 мм2 при ширине зазора в пробе 2,0 мм этот показатель составил 100 % (расплав припоя А34, полученного из прутка такого же сечения, имел 98 %). Результаты экспериментов по пайке пластин из сплава АК12 и листов из сплава АМц показали наличие плотной границы в системе «припой – материал основы», а также отсутствие несплошностей в виде пор и неспаев. Наблюдалось незначительное взаимопроникновение припойных сплавов в материал основы – особенно при пайке литых пластин из сплава АК12
ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕДИ ИЗ ЭЛЕКТРОННЫХ ОТХОДОВ
Get PDFThe paper provides the results of studying the influence of preliminary thermal treatment of crushed electronic waste at a temperature of 450 °C on the copper extraction degree during subsequent material leaching by nitric acid solutions. Electronic industry waste, in particular automobile microcircuits and computer printed circuit boards, was chosen as a research object. It was experimentally determined that the percentage of the organic phase in the research object composition varies within 20–25 % of the crushed raw material mass. The results of thermogravimetric analysis (TGA) and X-ray fluorescence analysis (XRF) show that the maximum degree of organic removal and formation of metal oxides are observed in a temperature range of 400–450 °C. A mathematical model of copper leaching from electronic waste by HNO3 solutions was obtained. The optimum parameters for the process were found – the temperature in the system is 75 °C; leaching duration is 150 min; acid concentration is 4 M with a maximum copper extraction to the solution of 98 %. A comparative analysis of leaching processes for two types of materials (after thermal treatment and without it) was carried out. It was experimentally confirmed that copper leaching from electronic waste by nitric acid solutions with lower concentrations is more complete for materials after preliminary thermal treatment as compared to raw material leaching without thermal treatment. It was proved that preliminary thermal treatment leads to phase changes in the composition of the research object, namely, the transition of metals to their oxide forms, which positively affects the degree of copper extraction from electronic waste at subsequent nitric acid leaching.Приведены результаты исследования влияния предварительной термической обработки измельченных электронных отходов при температуре 450 °С на степень извлечения меди при последующем выщелачивании материала растворами азотной кислоты. В качестве объектов исследования были выбраны отходы электронной промышленности, в частности автомобильные микросхемы и компьютерные печатные платы. Экспериментальным путем выявлено, что доля органической фазы в их составе колеблется в пределах 20–25 % от массы измельченного сырья. По результатам термогравиметрического и рентгенофлуоресцентного анализов установлено, что максимальная степень удаления органики и образование оксидных форм металлов наблюдаются в интервале температур 400–450 °С. Получена математическая модель процесса выщелачивания меди из электронных отходов растворами HNO3. Найдены оптимальные параметры проведения процесса: температура в системе 75 °С, продолжительность выщелачивания 150 мин, концентрация кислоты 4 М, обеспечивающие максимальное извлечение меди в раствор (98 %). Проведен сравнительный анализ процессов выщелачивания двух типов сырья (после термической обработки и без таковой). Экспериментально подтверждено, что для сырья после предварительного отжига наблюдается более полное выщелачивание меди из электронных отходов растворами азотной кислоты меньшей концентрации по сравнению с образцами без термической обработки. Доказано, что последняя обуславливает фазовые изменения в составе исследуемого объекта, а именно переход металлов в их оксидные формы, что положительно влияет на степень извлечения меди из электронных отходов при последующем азотно-кислом выщелачивании
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОКОВОК ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ВТ6 И ВТ3-1 В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ
Get PDFThe paper studies the statistical dependence of the mechanical properties of 218 forgings (15 types) made of VT3-1 and VT6 alloys in 2000–2014 on chemical composition (the content of alloying elements and admixtures, structural and strength equivalents of aluminum and molybdenum), structure types, subtypes and parameters after annealing, quenching and aging. It was found that the strength and plastic properties of one-type forgings vary quite widely. The share of variation of forging properties due to fluctuations in the content of main components and admixtures, as well as the influence of structure types and sizes of structural components was estimated. Based on the correlation analysis it was revealed that the change of each alloying element or admixture content has a little or no effect on forging properties. This is caused by small increments of their change within the grade composition. However, their total content expressed in terms of aluminum and molybdenum equivalents can vary over a fairly wide range. It was statistically substantiated that the share of tensile strength variation of VT3-1 and VT6 forgings may be ~25÷65 % due to the influence of their chemical compositions (in terms of aluminum and molybdenum equivalents), and about 20 % due to only the influence of structure types and subtypes. When these two factors (composition + structure) are combined, the share of variation can reach ~50÷65 %. For plastic properties and impact toughness, this figure is less and ranges from 20 to 35 %. The mathematical models are offered to forecast the mechanical properties of forgings depending on the structure parameters and aluminum and molybdenum equivalents.Исследованы статистические зависимости механических свойств 218 поковок (15 типоразмеров), изготовленных из сплавов ВТ3-1 и ВТ6 в 2000–2014 гг., от химического состава (содержания легирующих элементов и примесей, структурных и прочностных эквивалентов по алюминию и молибдену), типа, подтипа и параметров структуры после отжига, закалки и старения. Установлено, что прочностные и пластические характеристики однотипных поковок изменяются в довольно широких пределах. Оценена доля вариации свойств поковок, обусловленная колебаниями содержания основных компонентов и примесей, а также влиянием типа структуры и размеров структурных составляющих. На основе корреляционного анализа выявлено, что изменение количеств каждого легирующего элемента и примеси не сказывается на свойствах поковок или слабо на них влияет. Это обусловлено небольшими интервалами колебаний их концентраций в пределах марочного состава. Однако их суммарное содержание, выраженное через эквиваленты по алюминию и молибдену, может изменяться в довольно широком диапазоне. Статистически обосновано, что доля вариации предела прочности поковок сплавов ВТ3-1 и ВТ6, обусловленная влиянием химического состава (в перерасчете на эквиваленты по алюминию и молибдену), может составлять ~25÷65 %, а влиянием только типа и подтипа структуры – около 20 %. При совместном действии этих двух факторов (состав + структура) доля вариации может достигать ~50÷65 %. Для характеристик пластичности и ударной вязкости этот показатель меньше и лежит в интервале 20–35 %. Предложены математические модели для прогнозирования механических свойств поковок в зависимости от параметров структуры и эквивалентов по алюминию и молибдену
ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЛИСТОВЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ ТИТАНА, ЛЕГИРОВАННОГО РЗМ
Get PDFThis paper is a continuation of studies on the effect of microalloying with gadolinium, a rare earth metal, on the structure formation and properties of a titanium alloy under thermal action. It was previously shown that the introduction of gadolinium into an experimental heat-resistant alloy promotes cast structure transformation and reduces the size of structural components, and affects the rate of growth and nucleation of particles. It has been established that additional alloying of gadolinium has no significant influence on the microstructure formation of hot-rolled sheets made of the heat-resistant experimental alloy after annealing at 950 °C. The structure is represented by equiaxial particles of the primary α-phase, secondary α-phase of lamellar morphology and a small amount of β-phase.It has been established that the ordering processes occur in primary α-phase particles and α2-phase particles are formed during isothermal aging at 700 °C for 100 h with the formation of silicides at the α-β interface. It is shown that the α2 phase is formed in the body of the primary α-phase particles, and its border regions are free from precipitations that is due to their aluminum depletion as a result of β→α transformation. It has been established that the silicide particle size is reduced as the gadolinium content in the alloy increases. The average particle size is 0,2–0,3 μm in the alloy with 0 % Gd, and it is reduced to 0,05–0,1 μm in the alloy with 0,2 % Gd.It was shown that the introduction of 0,2 % of gadolinium into the heat-resistant titanium alloy leads to a decrease in the gas-saturated layer depth, and to an increase in the cyclic durability and short-term strength at 700 °C by 30 %.Продолжены исследования, посвященные изучению влияния микролегирования редкоземельным металлом гадолинием на формирование структуры и свойства титанового сплава при термическом воздействии. Как установлено ранее, введение в опытный жаропрочный сплав гадолиния способствует преобразованию структуры в литом состоянии, приводит к уменьшению размера структурных составляющих, а также воздействует на скорости роста и зарождения частиц. Выявлено, что дополнительное легирование гадолинием не оказывает существенного влияния на формирование микроструктуры горячекатаных листов из жаропрочного опытного сплава после отжига при температуре 950 °С. Структура представлена равноосными частицами первичной α-фазы, вторичной α-фазы пластинчатой морфологии и небольшим количеством β-фазы. Определено, что в процессе изотермической выдержки (t = 700 °С, τ = 100 ч) в частицах первичной α-фазы протекают процессы упорядочения и отмечается выделение частиц α2-фазы, а на межфазной α/β-границе – образование химических соединений в виде силицидов. Показано, что формирование α2-фазы происходит в теле частиц первичной α-фазы, а приграничные ее области свободны от выделений, что обусловлено их обеднением алюминием вследствие протекания β→α-превращения. Установлено, что с увеличением в сплаве содержания гадолиния размеры выделяющихся частиц силицида уменьшаются. Если в сплаве с 0 % Gd средний размер частиц составляет 0,2–0,3 мкм, то в сплаве с 0,2 % Gd он снижается до 0,05–0,1 мкм. Показано, что введение в жаропрочный титановый сплав 0,2 % Gd приводит к уменьшению глубины «альфированного» слоя, повышению на 30 % циклической долговечности и кратковременной прочности при температуре 700 °С
МЕТОДЫ ЭКСТРАКЦИИ МЕДИ ИЗ ОСАДКА И С ПРИМЕНЕНИЕМ СМЕСИ ОКСИМА С КАРБОНАТОМ НАТРИЯ
Get PDFThe paper covers experimental and theoretical studies of technical solutions for copper liquid extraction by organic extractants from sulfuric acid solutions that neutralize the negative effect of hydrogen ions released as a result of copper cations interaction with oximes on the copper extraction into the organic phase, and increase the technical and economic parameters of the process. In order to reduce the volume of processed solutions, copper extraction by the extractant solution in a diluent from the previously obtained thickened copper precipitate by sodium carbonate addition was studied. Subsequent operations for copper organic phase purification from metal impurities and re-extraction were carried out by methods known in liquid extraction. It was experimentally found that the use of copper pre-concentration in the precipitate makes it possible to increase the copper content in the extractant by 3—4 times to 1 g per 1 % (abs.) of the oxime content in the organic phase. It is required to maintain a ratio of 2 moles of oxime to 1 mole of copper in the precipitate to ensure rapid delamination and full extraction of copper. Dependencies of parameters were calculated for the stages of copper extraction from the thickened solution precipitate and extract washing. It was shown that extraction system parameters can be increased by using copper from the extractant emulsion solution obtained by mixing the oxime solution in a diluent and the aqueous solution of sodium carbonate. Based on the results of experiments, extractant emulsion with sodium carbonate added into the first stage of the extraction process makes it possible to significantly increase the copper distribution coefficient and saturate the extractant in terms of copper as much as possible. Maximum copper extraction from the solution is achieved at a molar ratio of carbonate and oxime in the emulsion equal to 1 : 2. The proposed technical solutions increase distribution coefficients and maximize the extractant working capacity during copper extraction. The lower volume of phases involved in extraction results in a substantially reduced number of extraction equipment and costs of raffinate purification from extractant and diluent destruction products. The proposed extraction methods can be used to extract copper from natural and technological sulfuric acid solutions, for example from mine waters and solutions generated when processing mineral raw materials and man-made waste.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
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОДУКТОВ РЕЦИКЛИНГА АЛЮМИНИЕВЫХ ШЛАКОВ В ТЕХНОЛОГИЯХ ЛИТЬЯ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
Get PDFThe studies of fractional, chemical and phase compositions of aluminum-containing slags of different origin found that slags are multi-component systems consisting of metal and non-metal parts. The non-metal part contains water-soluble and water-insoluble components. A practical scheme for recycling aluminum-containing slags was proposed in order to isolate the water-insoluble component to be further used a secondary refractory dusting material. It was found that the secondary refractory dusting material has a positive effect on the quality of refractory ceramic molds in investment casting and the surface finish of experimental aluminum castings. This material improves the strength of refractory ceramic molds by 9 times in comparison with silica sand molds and increases gas permeability by 15 % to 33 % in comparison with fused alumina and silica sand molds, respectively. The study covers the processes used to produce refractory ceramic molds based on the secondary refractory dusting material. The mechanism of interaction between dusting material particles and suspension is theoretically justified in terms of colloid chemistry. Negatively charged aluminum hydroxide micelles appear when ceramic mold layers are formed using the secondary refractory dusting material. Interaction between differently charged Al(OH)3 and SiO2 micelles makes secondary refractory dusting material particles come in close contact with each other. The theoretically justified processes of ceramic mold layer formation with the secondary refractory dusting material make it possible to explain the reduction in the surface roughness of castings made of AK9ch aluminum casting alloy using investment casting by 3.7 times compared with standard production processes.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
ПРОБЛЕМЫ АНАЛИТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ РЕДКИХ И ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ
Get PDFThe article focuses on one of the important issues in rare and precious metals industry development – analytical control. It reviews the current state, importance, problems and prospects for analytical control development as an integral part of the rare and precious metal production and product quality assurance. Modern analytical control methods are described, namely atomic spectral, mass spectral, X-ray fluorescent and combined ones as well as their rational applications. It is shown that scientific and technological progress is inextricably linked with a drastic increase in the nomenclature of materials based on rare and precious metals and higher requirements for their quality. This will require creating new and improving existing analytical control methods, their standardization and metrological support. This work should involve research organizations in theRussianAcademy of Sciences, universities, industry research centers with research laboratories that have survived in the country after theSoviet Union dissolution, as well as promote plant research activities. It is necessary to effectively use the achievements of advanced analytical laboratories abroad, participate in international comparative tests. At the same time, special attention is paid to unsolved problems – scientifically justified statement of requirements for new types of products based on rare and precious metals; development and metrological assessment of sampling methods; development of high-quality metrological support for analytical control of rare and precious metal production; improvement of analytical methods; standardization of analytical methods; accreditation of analytical laboratories; training of highly qualified analytical chemists.Статья посвящена одной из важных проблем развития производства редких и драгоценных металлов – аналитическому контролю. Рассмотрены состояние, значение, проблемы, перспективы развития аналитического контроля как неотъемлемой составной части производства редких и драгоценных металлов и гаранта качества продукции. Охарактеризованы современные методы аналитического контроля – атомно-спектральные, масс-спектральные, рентгенофлуоресцентные, комбинированные, а также рациональные области их применения. Показано, что научно-технический прогресс неразрывно связан с кардинальным увеличением номенклатуры материалов на основе редких и драгоценных металлов и повышением требований к их качеству. Это потребует создания новых и совершенствования существующих методов аналитического контроля, их стандартизации и метрологического обеспечения. Для выполнения этой работы необходимо привлечь сохранившиеся в стране после распада Советского Союза научно-исследовательские организации в Российской академии наук, вузах, отраслевых институтах, имеющие в своем составе аналитические лаборатории, а также активизировать заводскую науку. Необходимо эффективно использовать достижения передовых аналитических лабораторий за рубежом, участвовать в международных сличительных испытаниях. При этом особое внимание обращено на нерешенные проблемы – научно-обоснованное формулирование требований к новым видам продукции на основе редких и драгоценных металлов; разработку и метрологическую оценку методов пробоотбора; разработку высококачественного метрологического обеспечения аналитического контроля производства редких и драгоценных металлов; совершенствование аналитических методов; стандартизацию методов анализа; аккредитацию аналитических лабораторий; подготовку высококвалифицированных кадров химиков-аналитиков