Вопросы энергосбережения пирометаллургических производств при переработке минерального сырья в руднотермических печах являются особо значимыми для разработки новых энергоэффективных технологий. Снижение удельного расхода электроэнергии во время плавки на разных стадиях нагрева и плавления шихтовых материалов при моделировании связано с получением кинетических кривых в процессе восстановления кианитового концентрата в политермических условиях. На основе практических данных карботерми-ческого восстановления проведено математическое моделирование процессов восстановления из алюмокремниевого сырья – кианитов. В данной работе при восстановлении кианитовой шихты был использован неизотермический метод, основанный на постоянной скорости нагрева шихты (т.е. при линейной зависимости между временем и температурой), что экономит электрическую энергию. Эксперименты проводились на высокотемпературной установке с нагревателем, размещенным в углеграфитовом тигле. На основании полученных кинетических зависимостей неизотермического нагрева обогащенных кианитовых концентратов в условиях плазменного нагрева получен ряд кинетических анаморфоз линейного вида, который указывает на возможность описания скорости реакций с помощью модифицированного уравнения Колмогорова – Ерофеева при заданных условиях нагрева и в более узком интервале температур. Выявленный при построении математической модели комплекс позволяет создать алгоритм управления технологическим процессом восстановления кианитового концентрата до металлизированного состояния в заданном интервале температур для полного протекания реакционного обмена и снизить удельный расход электроэнергии на 15-20 %. При помощи полученных кинетических зависимостей с учетом термодинамики процессов и современного уровня техники можно создать универсальный тепловой агрегат для оптимального проведения карботермического восстановления шихты до металлизированного состояния (сплава) с минимальными энергетическими затратами по сравнению с существующими технологиями.
Изучена и обоснована кинетика восстановления последовательных фазовых переходов оксидов железа при восстановлении до металлизированного состояния с различными режимами подачи технического водорода. Представлены результаты образования окатышей при добавлении к красному шламу в качестве связующего реагента 3-5 % мелассы. Получены зависимости скорости восстановления оксидов железа от скорости водородного потока. По результатам экспериментов построена кинетическая модель, а при помощи рентгенофазового и спектрального анализа доказано, что образующиеся после термической обработки агломераты получили высокую прочность за счет сцепления частиц восстановленного железа с частицами красного шлама. Использование шихтовых материалов нового типа в плавильных агрегатах позволит снизить количество выбросов и пылевидных фракций, а также увеличит выход годного металла.
При транспортировке и переработке тяжелой металлоносной нефти возникают проблемы с локальными разрушениями металлических конструкций и элементов из-за процессов коррозии. Во время эксплуатации оборудования выявлено, что преждевременный выход из строя стальных змеевиков нагревательных трубчатых печей на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах связан с недостаточной прочностью и коррозионной стойкостью стальных конструкций. Изучение влияния структуры и фазового состава стальных элементов из сплава 15Х5М нагревательных печей нефтеперерабатывающего производства на коррозионные свойства, связанные с потерей массы и локальными разрушениями во время термообработки, позволяет разработать условия защиты и определить режимы нагрева с лимитирующей стадией скорости окисления. Скорость различных типов коррозии стали марки 15Х5М используется в качестве показателя для оценки эффективности примененных режимов термических обработок змеевиков с целью повышения коррозионной стойкости и улучшения их эксплуатационных характеристик. Проведенные эксперименты по термообработке некоторых участков стальных змеевиков позволили определить рациональные режимы нагрева исследуемых змеевиков, что позволяет снизить потерю их массы и повысить коррозионную стойкость рабочих поверхностей во время эксплуатации. Предлагаемый вариант термообработки стальных змеевиков в заданные промежутки времени их работы в трубчатых печах создает условия для устойчивой эксплуатации и влияет на степень промышленной и экологической безопасности при снижении материальных затрат, связанных с ремонтом и заменой отдельных узлов и деталей трубчатых печей.
Статья посвящена 150-летнему юбилею Периодической таблицы химических элементов Д.И.Менделеева. Фундаментальный закон природы, открытый Д.И.Менделеевым, имеет аномалии и парадоксы, связанные с некоторыми группами металлов. При изучении физико-химических свойств комплексных металлических соединений можно встретить большое количество несоответствий, а именно, места расположения элементов в группах, которые в первую очередь относятся к металлам с разной валентностью. Изучая подходы и методы прогнозирования расстановки химических элементов, можно установить, что многие различия по некоторым металлам были устранены Д.И.Менделеевым в процессе формирования Периодической системы химических элементов. Д.И.Менделеев выработал принцип, исключающий подобные ошибки при нахождении и открытии новых элементов. Аналитические исследования, проведенные российским ученым, помогли вычислить атомные массы и описать свойства трех элементов, не известных еще в тот период времени – «экабора», «эка силиция», «экаалюминия», существование которых доказано и подтверждено последующими открытиями скандия, германия, бора, галлия. В работе дана значимая оценка прогнозирования металлов в различных группах периодической системы. Изменение свойств некоторых металлов существенно повлияло на их расположение в таблице Д.И.Менделеева.
Статья является продолжением цикла работ по исследованию производства серебряных рублей и развития российского монетного дела. Выпускники Горного университета способствовали формированию репутации и истории Санкт-Петербургского монетного двора как передового и высокотехнологического производства. В статье рассмотрено начало развития производства серебряного рубля, использование руд Нерчинского месторождения Забайкалья для получения основного сырья в виде концентратов и серебряного сплава. В качестве материалов для исследования использованы уникальные экспонаты Горного музея Горного университета, которые связаны с историей монетного дела и Санкт-Петербургским монетным двором. Проведено исследование некоторых образцов свинцово-серебряных руд, литых заготовок и штампованных монет с целью определения технологических особенностей их изготовления. Выполнено аналитическое исследование особенностей чеканки и получения первых российских серебряных монет по некоторым данным царских указов. Современный уровень техники и знаний, а также специальное оборудование лабораторий Горного университета позволило по-новому оценить характерные особенности производства серебряных монет.
Монетное дело сочетает в себе несколько стадий металлургических процессов, которые непрерывно совершенствуются с развитием техники и уровня знаний в области металлургии цветных металлов. Именно выпускники Горного института, металлурги нескольких поколений принимали участие в становлении Монетного двора и развитии технологии производства монет. С 24 января 1718 г., когда был подписан Указ Петра I «о делании мелкой и крупной монеты …», началась история денежной системы России и выпуска первых серебряных рублей, которые впоследствии явились основой денежных отношений. Двадцать четыре выпускника горного и металлургического факультетов Горного университета работали управляющими и минцмейстерами Монетного двора. Серебряные рубли и труд отечественных минцмейстеров обеспечивали финансовую стабильность в Царской России с 1718 по 1917 годы и заложили фундамент для дальнейшего развития монетного дела с учетом новых знаний в области обогащения, подготовки полиметаллических руд и их плавления, а также штамповки и обработки благородных металлов. Это история России и Санкт-Петербурга, которая объединила и историю Горного университета, которому в этом году исполняется 245 лет. Представляет научный интерес восстановление исторической справедливости и обновление методических знаний в области технологии монетного дела и металлургических процессов.
В алюминиевой промышленности к наибольшим по количеству отходам относятся красные шламы (КШ) – твердый остаток боксита после гидрохимической обработки и извлечения глинозема. Высокую актуальность их переработки показала экологическая катастрофа в Венгрии (2010 г.), где разрушилась ограждающая дамба шламохранилища и вязкая масса тонкодисперсного КШ разлилась на тысячах гектаров земли. Риски повторения такой катастрофы возрастают из-за участившихся природных катаклизмов: землетрясений, ливневых дождей и наводнений, а также терактов. Поэтому предлагается исключить складирование КШ в шламохранилищах и организовать его отгрузку в транспортабельном виде на перерабатывающие комплексы. В статье приведены результаты научных исследований и опыт комплексной переработки красных шламов в промышленных масштабах с получением новых видов товарной продукции.
В статье обсуждается проблема получения высококачественных литых заготовок из магниевых сплавов, полученных на агрегатах бесслитковой прокатки. Производство листов из магниевых сплавов совмещением процессов литья и прокатки при непрерывной подаче жидкого расплава к вращающимся валкам является перспективным и более экономичным способом. В процессе получения изделий на штамповочных агрегатах наблюдаются значительные потери металла из-за образования фестонов, которые обусловлены анизотропией свойств фольговой заготовки, определяемой от макро- и микроструктуры, режимов проката и отжига. Основными причинами анизотропии механических свойств полосы, полученной методом совмещенного литья и прокатки, являются характер распределения интерметаллических соединений в полосе, ориентировка фаз дефектов металла и остаточные напряжения. Одной из задач повышения выхода годного продукта на операциях штамповки является уменьшение количества дефектов. Для снижения анизотропии механических свойств предлагаются различные способы воздействия на расплав во время литья. Разработка технологии производства листов из магниевых сплавов создает возможность их использования в автомобильной отрасли в качестве облегченных деталей кузовов вместо узлов, выполненных из стали.
Многие виды углеродсодержащих органических веществ и всевозможные маловостребованные углеродсодержащие продукты или отходы можно использовать для производства тепловой энергии. Разработана технология получения легковоспламеняющихся брикетов на основе каменного угля. Эти брикеты имеют специальный зажигательный слой. Такой слой легко воспламеняется от низкоэнергетических источников тепла (например, спички), затем горение охватывает основную часть брикета. Использование в качестве углесодержащих компонентов угольных шламов и бумажных отходов, выступающих в качестве связующего вещества, дает возможность получить простой в изготовлении и по составу топливный брикет и одновременно утилизировать угольные и бумажные отходы. Эти брикеты также могут иметь специальный зажигательный слой. В технологии получения топливных брикетов из древесных и сланцевых отходов брикетирование проводилось без связующих веществ, так как древесные продукты выступали в качестве связующего. Таким образом, разработаны технологии получения топливных брикетов из различных видов маловостребованных углеродсодержащих материалов. Брикеты предназначены для бытовых котлов, каминов, различных бытовых печей, для приготовления пищи, обогрева жилых и хозяйственных помещений, для бытовок и т.п.
В связи с неустойчивой ситуацией на мировом рынке нефти уголь становится основным источником органического сырья для химической и металлургической промышленности. Ископаемые угли способны накапливать значительное количество элементов и примесей, нередко достигающих промышленно значимых концентраций. Ресурсы скандия и других редких элементов только в угольных месторождениях Сибири способны обеспечить его мировые потребности на несколько десятилетий. В работе решаются комплексные задачи, связанные с извлечением оксидов металлов по разработанной схеме обогащения для обеспечения необходимого уровня термопластичности, который определяет качество и характеристики металлургического кокса. В лабораторных условиях проведены опыты по обогащению высокозольных углей, содержащих в своем составе наибольшее количество металлов. При помощи модернизированного пластометра Гизелера определены значения термопластичности. При современных технологиях и оборудовании на базе отдельных месторождений можно создать рентабельное производство обогащенных коксующихся углей при попутном извлечении редких металлов. Доказано, что наиболее перспективно извлечение из углей скандия и комплекса редких металлов в виде оксидов.
В статье обсуждается проблема получения высококачественных литых заготовок из магниевых сплавов, полученных на агрегатах бесслитковой прокатки. Производство листов из магниевых сплавов совмещением процессов литья и прокатки при непрерывной подаче жидкого расплава к вращающимся валкам является перспективным и более экономичным способом. Рассмотрены особенности кристаллизации магниевых сплавов AZ31 и AZ61 в зазоре валков-кристаллизаторов в зависимости от условий теплообмена при изменении технологических параметров. За счет воздействия на расплав в литниковой системе удается обеспечить формирование равноосной мелкозернистой структуры листового проката без поверхностных дефектов. Разработка технологии производства листов из магниевых сплавов создает возможность использования их в автомобильной отрасли в качестве облегченных деталей кузовов вместо узлов, выполненных из стали.
Обсуждается проблема автоматического питания электролизера фторидом алюминия c высокой насыпной плотностью. Изучается возможность уменьшения удельного расхода фторида алюминия в связи с выбором рациональных физико-химических характеристик.
Обсуждается проблема повышения энергетической эффективности работы мощных алюминиевых электролизеров во время магнитодинамических волнений при анодном эффекте. Предлагается концепция работы электролизера без анодных эффектов, которая связана с мониторингом основных параметров и дискретным дозированием через систему питания глиноземом.
Практически все виды сырья, используемые в производстве алюминия, имеют мелко-дисперсный состав, что при проведении технологических операций вызывает пыление, которое приводит к образованию некондиционных отложений сырья. Их оборот в основное производство способствует ухудшению технико-экономических показателей процесса. Пробы глиноземной пыли отбирали с отметки + 16,0 м на алюминиевых заводах России, использующих различные технологии. При нахождении на верхних ярусах корпуса электролиза глинозем сорбирует влагу, фториды и углерод. Проникновение фторидов в объем частиц глинозема зависит от кристаллофизических особенностей зерен. При высокой слоистости частиц фториды равномерно распределяются как на поверхности, так и в объеме частиц. Преимущественно твердые фториды (хиолит) проникают в трещины и деформации зерен глинозема, а фторводород адсорбируется на поверхности с образованием фторида алюминия. Глиноземная пыль предприятия, работающего длительное время с криолитовым отношением 2,2-2,35, содержит большое количество кремния. Соединения кремния покрывают зерна глинозема игольчатой пленкой.
Объектом исследования является современный алюминиевый электролизер с обожженными анодами (ОА) мощностью 175 кА Таджикского алюминиевого завода. При повышении токовой нагрузки изменяются физические условия перемещения компонентов расплава, которые связаны с увеличением скорости движения слоев металла и электролита в электролизной ванне. Изменение гидродинамического состояния криолит-глиноземного расплава зависит от корректировки содержания основных компонентов расплава по криолитовому отношению (КО) и обеспечения максимальной эффективности процесса.
Рассматривается проблема автоматизированного контроля технологического процесса электролитического процесса алюминия на электролизерах высокой мощности. Разработан алгоритм и система оптимального регулирования технологическими параметрами с помощью автоматизированных систем глинозема. Предложенная компьютерная нейросетевая модель обеспечивает эффективность управления.
Рассматривается проблема повышения эффективности работы мощных алюминиевых электролизеров при компенсации потерь металла во время магнитодинамических волнений. Разработана схема асимметричной ошиновки для повышения производительности за счет МГД-стабильности электролизеров.
