В докторантуру по специальности 6D070900 – «Металлургия

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ им. Д.СЕРИКБАЕВА
Горно-металлургический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета НоЗ
___________ А.К. Адрышев
« ___» ____________2015г.
ПРОГРАММА
ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА В ДОКТОРАНТУРУ ПО
СПЕЦИАЛЬНОСТИ 6D070900 - МЕТАЛЛУРГИЯ
Усть-Каменогорск
2015
Программа вступительного экзамена по специальности 6D070900 –
Металлургия для поступающих в докторантуру разработана на кафедре
«Химия, металлургия и обогащение» на основании ГОСО РК 5.04.034 – 2011
«Послевузовское образование. Докторантура. Основные положения».
Обсуждена на заседании кафедры «Химия, металлургия и обогащение»
Зав. кафедрой
Куленова Н.А.
Протокол № _____ от ____________20__ г.
Одобрена методическим Советом горно-металлургического факультета
Председатель
Кокаева Г..А.
Протокол № _____от ____________20__ г.
Разработали:
профессор, д.т.н.
Сырнев Б.В.
зав. кафедрой, к.т.н.
Куленова Н.А.
ст. преподаватель, к.т.н.
Быков Р.А.
1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ЭКЗАМЕНОВ
Целью вступительного экзамена
является выявление уровня
теоретической подготовки кандидатов, поступающих в докторантуру, наличия
научного задела по теме диссертации и определение целесообразности выдачи
рекомендации для поступления в докторантуру на конкурсной основе.
Программа вступительного экзамена включает 4 блока дисциплин:
- теоретические дисциплины «Теоретические основы металлургии цветных и
редких металлов» (приложение 1);
- дисциплины специализации «Металлургия цветных и редких металлов»
(приложение 2);
- дисциплины специализации «Обогащение полезных ископаемых»
(приложение 3);
- дисциплины специализации «Порошковая металлургия, композиционные
материалы и покрытия» (приложение 4).
На вступительном экзамене поступающий в докторантуру должен:
- продемонстрировать такой уровень теоретических знаний по основным
дисциплинам предшествующей подготовки, который комиссия сочтет
достаточным для успешного освоения образовательной программы
докторантской подготовки и защиты докторской диссертации по тематике
специальности;
- представить авторские публикации, дипломы, сертификаты и т.д.,
подтверждающие способность к самостоятельной исследовательской работе и
позволяющие комиссии оценить научный потенциал кандидата в докторантуру;
- представить реферат (порядка 15 стр.) по теме предполагаемой диссертации,
согласованный с предполагаемым научным руководителем.
В экзаменационный билет должно быть включено пять вопросов
вступительной программы (3 вопроса – из теоретических дисциплин
(приложение 1), 2 вопроса - из дисциплин специализации (приложение 2-4).
Допускается формировать экзаменационное персональное задание (билет)
непосредственно перед экзаменом из числа вопросов, включенных во
вступительную программу и ориентированных на тематику предполагаемой
темы диссертации.
2. ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ, ПОСТУПАЮЩИХ В
ДОКТОРАНТУРУ
2.1 Наличие степени магистра технических наук и металлургии по
специальностям:
6М070900 – Металлургия;
6М073700 – Обогащение полезных ископаемых.
2.2 Наличие диплома магистра по металлургическим специальностям,
полученных в других государствах, прошедших нострификацию в
установленном в РК порядке.
Условия конкурсного отбора определяются вузом в соответствии с
Типовыми правилами приема в организации образования, реализующие
профессиональные учебные программы послевузовского образования
утвержденные приказом Министров образования и науки РК от 1 апреля 2008 г
№161.
Приложение 1
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИИ ЦВЕТНЫХ И
РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ
1.1 Теория пирометаллургических процессов
Строение вещества и физико-химические свойства соединений и элементов.
Основы зонной теории твердого тела. Дефектность структуры кристаллов и
влияние этого фактора на физико-химические характеристики вещества.
Химическое равновесие. Термодинамические функции и расчет констант
равновесия химических реакций.
Фазовые равновесия. Диаграммы состояние систем Ме – О, Ме - ,
составляющих
основу
исходных
и
промежуточных
продуктов
металлургических процессов. Принципы построения и анализа Р-Т-Х диаграмм
бинарных систем. Построение и анализ трех- многокомпонентных диаграмм
состояния.
Расплавы. Термодинамика процессов плавления и кристаллизации.
Строение металлургических шлаков и штейнов. Влияние состава и внешних
параметров на важнейшие физико-химические свойства шлаковых и
штейновых
расплавов.
Активность
компонентов
в
бинарных
и
многокомпонентных системах.
Основы химической кинетики. Определение важнейших кинетических
характеристик: порядка реакции, энергии активации, предэкспоненциального
множителя. Оценка режима и лимитирующих стадий процесса с помощью
экспериментальных наблюдений и аналитических расчетов. Понятие о
катализе.
Особенности важнейших пирометаллургических процессов. Окисление
металлов и диссоциация оксидов и сульфидов. Термодинамика и кинетика
процессов. Сродство металлов к кислороду и сере. Влияние фазовых
превращений на показатели процессов. Дефективность структуры оксидов и
сульфидов; ее влияние на термодинамику и кинетику процессов окисления и
сульфидирования металлов.
Восстановительные
процессы.
Термодинамика
газового
и
углетермического восстановления оксидов металлов. Восстановление в
системах с растворами. Влияние внешнего давления на показатели
углетермического восстановления. Кинетика и механизм твердофазного
восстановления оксидов. Плазменное восстановление соединений. Окисление
сульфидов и взаимодействие сульфидов и оксидов. Термодинамические и
кинетические особенности процессов. Расслаивание в жидких сульфиднооксидных системах. Растворимость металлов и сульфидов в шлаке. Кинетика
ликвации несмешивающихся фаз. Потери металлов со шлаками и пути
снижения потерь.
Теоретические основы процессов испарения и конденсации. Очистка
металлов ректификацией. Предельные возможности процесса.
Кристаллизационные методы очистки металлов. Сущность зонной плавки
и направленной кристаллизации.
1.2 Теория гидрометаллургических процессов
1.2.1 Теория процессов выщелачивания.
Классификация процессов выщелачивания. Термодинамика простого
растворения и процессов выщелачивания, сопровождающихся химическими
реакциями. Диаграмма рН-потенциал (диаграммы Пурбэ) и использование для
оценки стабильных состояний системы.
Основы кинетики выщелачивания. Аналитические закономерности и
признаки протекания процесса во внешней диффузионной, внутренней
диффузионной и кинетической областях. Пути интенсификации процесса в
зависимости от лимитирующей стадии.
Особенности выщелачивания с участием газообразного реагента.
Диффузионная кинетика с участием двух или более реагентов. Кинетика
выщелачивания дисперсных твердых веществ, роль геометрии зерна. Влияние
дефектов кристаллической решетки на кинетику реакций твердое – жидкость.
Пути
активирования
твердых
тел.
Использование
кинетических
закономерностей для расчетов аппаратов для выщелачивания. Кинетика и
механизм выщелачивания металлов, оксидов и сульфидов, бактериальное
выщелачивание.
1.2.2 Теория ионообменных процессов.
Основные характеристики ионообменных смол. Равновесие ионного
обмена. Селективность ионообменных смол. Кинетика ионного обмена.
Динамика ионного обмена в колоннах. Теория ионообменной хроматографии.
Ионный обмен как мембранное равновесие. Использование ионитовых мембран
в электродиализе.
1.2.3 Теория экстракционных процессов.
Основные типы экстрагентов и классификация экстракционных
процессов. Равновесие катионообменной, анионообменой экстракции и
экстракции нейтральными экстрагентами. Методы исследования механизма
экстракции. Кинетика экстракционных процессов. Динамические методы
экстракционного разделения элементов.
1.2.4 Теория процессов осаждения малорастворимых соединений и
кристаллизации.
Факторы, влияющие на растворимость солей. Условия осаждения
гидроксидов, основных солей и сульфидов металла. Закономерности
соосаждения примесей.
Термодинамика кристаллизации солей. Двух- и трех- компонентные
системы с участием воды. Механизм и кинетика образования зародышей и
роста кристаллов. Кинетика массовой кристаллизации. Использование
кристаллизации для очистки солей и разделения ближних по свойствам
элементов.
1.2.5 Теория осаждения металлов и оксидов из растворов с помощью
газообразных восстановителей и цементацией
Термодинамика, механизм и кинетика выделения металлов или низших
оксидов восстановлением водородом, оксидом углерода (II), сернистым газом.
Термодинамика, механизм и кинетика цементации. Побочные процессы при
цементации. Основы цементации на амальгамах.
1.3 Теория электрометаллургических процессов
1.3.1 Термодинамика электродных процессов
Электрохимическая ячейка и процессы, протекающие в ней. Типы
электрохимических ячеек. Понятие о растворимых и нерастворимых
электродах. Законы Фарадея и отклонения от них. Термодинамика электродных
процессов. Электродный потенциал и его зависимость от концентрации
потенциалоразующих ионов. Стандартный электродный потенциал. Уравнение
Нернста. Классификация электродов. Электроды первого и второго рода.
Газовые электроды. Окислительно-восстановительныек электроды. Стеклянный
электрод. Классификация гальваничесих элментов. Использование стандартных
потенциалов для описания химического равновесия в растворе.
Методы и аппаратура для измерения электродвижущих сил. Электроды
сравнения.
1.3.2 Двойной электрический слой на границе электрод - электролит.
Скачок потенциала на границе электрод – электролит. Ток обмена.
Двойной электрический слой (Д.Э.С.). Модель Гельмгольца, теория ГуиЧампена, теория Штерна. Плотная и диффузионная часть Д.Э.С., их
потенциалы. Специфическая адсорбция на заряженной поверхности электрода.
Электрокапиллярные явления. Электрометры, электрокапиллярные кривые.
Потенциал нулевого заряда электрода металла. Сорбция и десорбция
поверхностно-активных веществ. Емкость Д.Э.С., методы ее измерения и
использования для определения потенциалов нулевого заряда, расчета
адсорбции поверхностно-активных ионов и величины поверхности электродов.
1.3.3 Кинетика электродных процессов. Электродная поляризация.
Общие
представления
кинетики
электродных
процессов.
Поляризационная кривая. Лимитрующая стадия. Напряжение разложения и
методы его определения.
Химическая поляризация. Электрохимическая кинетика. Уравнения
скоростей катодного и анодного процессов. Уравнение Тафеля.
Концентрационная поляризация. Основные уравнения диффузионной кинетики.
Концентрационная поляризация в условиях стационарной диффузии.
Предельный ток диффузии. Потенциал полуволны. Основы полярографии.
Основное уравнение полярографии для ртутного капельного электрода.
1.3.4 Электродные процессы при осаждении металлов из водных
растворов. Качество осадков и порошков.
Механизм и кинетика разряда ионов водорода на катоде. Теории
перернапряжения выделения ионов водорода на катоде. Теория замедленного
разряда. Рекомбинационная теория. Основные уравнения. Влияние различных
факторов на величину перенапряжения выделения водорода. Механизм и
кинетика процесса разряда металлически ионов на катоде. Совместный разряд
ионов на катоде. Условия совместного разряда на катоде основного металла и
примеси. Получение сплавов. Совместное разряд ионов водорода и металла на
катоде.
Характеристика катодных отложений и требования к осадкам.
Закономерности образования отдельных кристаллов и поликристаллических
осадков. Поляризация при выделении кристаллической фазы на катоде.
Факторы, влияющие на структуру осадка. Условия и особенности образования
компактных и порошкообразных катодных осадков.
Анодные процессы. Общая характеристика анодных процессов.
Диаграммы Пурбе. Анодное растворение металлов с образованием хорошо
растворимых соединений. Анодное растворение сплавов. Пассивация металлов.
Нерастворимые аноды. Реакции анодного окисления. Выбор материала анодов.
1.3.5 Электролиз расплавленных солей.
Физико - химические свойства расплавов солей и их влияние на процесс
электролиза. Плавкость расплавленных солей. Плотность расплавленных солей.
Вязкость
расплавленных
солей.
Давление
насыщенных
паров.
Электропроводность расплавленных солей. Классификация электродов в
ионных расплавах. Электроды сравнения в расплавленных солях. Ряды
напряжений. Электрохимические ряды. Общая характеристика гальванических
элементов в расплавленных солях.
Строение двойного слоя на границе металл – расплавленная соль.
Электрокапиллярные явления. Виды поляризации на электродах и методы их
изучения. Особенности кинетики электродных процессов в расплавленных
средах. Напряжение разложения расплавленных солей. Особенности
поляризации в расплавах. Взаимодействие расплавленных солей с металлами и
газами.
Растворимость металлов в солях, методы изучения, природа растворов.
Растворимость газов в расплавленных солях, природа этих растворов.
Катодные процессы. Катодный выход по току и потери металла. Влияние
различных факторов на выход по току. Механизм потерь металла. Анодные
процессы. Критическая плотность тока. Анодный эффект, сущность и механизм
его возникновения.
Приложение 2
2. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЦВЕТНЫХ И РЕДКИХ
МЕТАЛЛОВ
2.1 Технология производства тяжелых цветных металлов
2.1.1 Металлургия меди.
Медные руды, минералы и концентраты. Подготовка медных руд и
концентратов к металлургической переработке. Теория и технология обжига
сульфидных медных концентратов в кипящем слое.
Отражательная плавка сульфидных медных концентратов.
Целесообразность применения обжига. Температурный режим плавки.
Отходящие газы, их состав, возможность утилизации серы. Штейны и шлаки
отражательной плавки. Технико-экономические показатели отражательной
плавки.
Плавка медных руд и концентратов в шахтной печи. Разновидности
шахтной плавки. Характеристика продуктов плавки. Технико-экономические
показатели плавок.
Автогенные процессы в пирометаллургии меди. Основные преимущества
автогенных способов плавки сульфидных концентратов по сравнению с
традиционными методами. Технико-экономическое сравнение эффективности
различных автогенных процессов (Оутокумпу, кислородно- факельная плавка,
кивцэтная плавка, процессы фирм Норанда, Мицубиси, процесс Ванюкова,
процесс Айзасмелт). Комплексное использование медьсодержащего сырья.
Переработка штейнов на черновую медь. Сущность процесса конвертирования.
Механизм шлакообразования. Дутьевой и температурный режим процесса.
Новые
идеи
в
совершенствовании
технологии
конвертирования.
Рафинирование черной меди. Теоретические основы огневого рафинирования.
Электролитическое рафинирование меди. Теоретические основы процесса.
ГОСТы на медь.
Основы гидрометаллургии меди. Теоретические основы процессов
сернокислого и аммиачного выщелачивания. Автоклавные процессы. Кучное и
подземное бактериальное выщелачивание. Техника безопасности в
производстве меди и охрана окружающей среды.
2.1.2 Металлургия никеля
Никелевые минералы, руды и концентраты. Технологические схемы
переработки окисленных никелевых и сульфидных медно-никелевых руд.
Подготовка окисленных никелевых руд к плавке в шахтных печах.
Шахтная плавка окисленных никелевых руд. Механизм сульфидирования и
восстановления оксидов при шахтной плавке. Штейны и шлаки.
Конвертирование никелевых штейнов. Особенности процесса. Методы
извлечения кобальта из шлаков.
Выплавка ферроникеля из окисленных никелевых руд. Теоретические
основы процесса. Рафинирование ферроникеля.
Технология переработки сульфидных медно-никелевых руд. Плавка на
штейн. Разновидности способов плавки. Конвертирование медно-никелевых
штейнов. Особенности процесса: поведение никеля и кобальта.
Разделение медно-никелевых файнштейнов флотацией. Обжиг никелевых
концентратов. Плавка закиси никеля на металл. Электролитическое
рафинирование никеля. Теоретические основы и режим процесса.
Карбонильный процесс получения никеля.
Техника безопасности в производстве никеля и охрана окружающей
среды.
2.1.3 Металлургия свинца
Свинцовые
минералы,
руды
и
концентраты.
Вторичное
свинецсодержащее сырье.
Теоретические основы реакционной плавки. Практика и техникоэкономические показатели получения свинца реакционным способом в горнах,
короткобарабанных печах и в электропечи.
Общая характеристика агломерирующего обжига сульфидных свинцовых
концентратов. Дополнительные сведения о теории процесса агломерирующего
обжига.
Поведение
отдельных
компонентов
шихты
в
процессе
агломерирующего обжига. Практика агломерирующего обжига свинцовых
концентратов Технико-экономические показатели процесса. Использование
газов агломерацтонного обжига для производства серной кислоты.
Общее описание восстановительной плавки свинцового агломерата в
шахтной печи. Основные процессы. Поведение отдельных компонентов шихты
при плавке. Горение углеродистого топлива. Характеристика продуктов плавки
свинцового агломерата. Конструкция шахтных печей для восстановительной
плавки свинцового агломерата и практика их обслуживания. Загрузка печи.
Выпуск жидких продуктов плавки. Технико-экономические показатели
процесса.
Автогенные процессы переработки свинцовых концентратов.
Предпосылки и необходимость разработки и внедрения автогенных процессов
переработки свинцовых концентратов. Варианты аппаратурного оформления
переработки свинцовых концентратов автогенным способом в агрегатах
Оутукомпу, Айзасмелт, КИВЦЭТ-ЦС, КИВЦЭТ-КФ, Q-S-L. Техникоэкономические показатели автогенных процессов и перспективы их
промышленного внедрения.
Общая технологическая схема рафинирования свинца огневым способом.
Теоретические основы и практика грубого обезмеживания свинца.
Теоретические основы и практика тонкого обезмеживания свинца. Очистка
свинца от теллура. Теоретические основы и практика рафинирования свинца от
мышьяка, сурьмы, олова окислительным и щелочным методами. Теоретические
основы и практика обессеребривания свинца вмешиванием в расплав цинка.
Теоретические основы и практика рафинирования свинца от цинка
окислительным, щелочным, хлорным и вакуумным способами.
Теоретические основы и практика обезвисмучивания свинца
пирометаллургическим способом. Окончательное рафинирование свинца и его
разливка. Электролитическое рафинирование чернового свинца. Процессы,
протекающие на катоде и на аноде. Состав электролита и его регенерация.
Практика и технико-экономические показатели процесса. Методы переработки
цинксодержащих шлаков свинцовой шахтной плавки. Переработка медносвинцового штейна и шпейзы. Переработка пылей свинцового производства.
Техника безопасности в производстве свинца и охрана окружающей
среды.
2.1.4 Металлургия цинка и кадмия
Цинковые минералы, руды и концентраты. Вторичное цинксодержащее
сырье. Краткая характеристика методов переработки цинксодержащего сырья.
Цель обжига цинковых концентратов и его особенности при последующей
переработке продукта обжига пиро- и гидрометаллургическими методами.
Дополнительные сведения по теории обжига сульфидных цинковых
концентратов.
Оборудование,
применяемое
для
обжига
цинковых
концентратов. Технико-экономические показатели обжига цинковых
концентратов. Использование вторичного тепла. Утилизация газов для
производства серной кислоты.
Общая характеристика пирометаллургического (дистилляционного)
метода получения цинка. Теоретические основы дистилляции цинка.
Теоретические основы конденсации паров цинка. Практика получения цинка
пирометаллургическим способом Технико-экономические показатели процесса.
Теоретические основы и практика рафинирования цинка ликвацией и
ректификацией. Химические способы рафинирования цинка. Техникоэкономические показатели рафинирования чернового цинка.
Общая
характеристика
гидроэлектрометаллургического
метода
получения
цинка.
Технологические
схемы
получения
цинка
гидрометаллургическим методом. Теоретические основы выщелачивания
цинкового огарка. Роль нейтрального и кислого циклов выщелачивания.
Термодинамика и кинетика процесса выщелачивания. Поведение отдельных
компонентов огарка при выщелачивании. Очистка растворов сульфата цинка от
примесей. Аппаратура, применяемая для классификации и выщелачивания
огарка, очистки растворов от примесей, разделения жидкого и твердого.
Технологические схемы выщелачивания цинкового огарка. Общее
описание процесса электроосаждения цинка из сульфатных растворов.
Процессы, протекающие на катоде и на аноде. Поведение примесей при
электроосаждении цинка. Практика процесса. Конструкция ванны. Устройство
катодов и анодов. Способы охлаждения электролита. Выемка и сдирка
катодного цинка. Технико-экономические показатели электролиза раствора
сульфата цинка.
Переплавка катодного цинка.
Автоклавное выщелачивание цинковых концентратов. Переработка
цинковых кеков пирометаллургическими методами. Гидрометаллургические
способы переработки цинковых кеков. Физико-химические свойства кадмия и
его соединений. Применения кадмия и масштабы его производства.
Сырье для производства кадмия и методы его переработки. Переработка
медно-кадмиевых кеков гидрометаллургическим методом. Выщелачивание
медно-кадмиевого кека и очистка раствора от примесей. Выделение кадмия из
раствора цементацией цинком и электролизом.
Переплавка и рафинирование кадмия.
Техника безопасности в производстве цинка и кадмия и охрана
окружающей среды.
2.2 Гидрометаллургия золота, серебра и металлов платиновой
группы
Современное состояние и основные этапы развития производства золота,
серебра и металлов платиновой группы.
Извлечение благородных металлов амальгамацией.
Термодинамика, механизм и кинетика взаимодействия золота, серебра и
металлов платиновой группы с ртутью.
Теоретические основы и технология процесса цианирования.
Термодинамика и кинетика процесса растворения в цианистых растворах
золота, серебра, теллуридов золота, сернистых и оксидных минералов серебра.
Термодинамика и кинематика процесса осаждения золота и серебра из
цианистых растворов цинком и алюминием. Теоретические основы процесса
сорбции золота и серебра из цианистых растворов активированным углем и
ионообменными смолами (анионитами) и жидкостной экстракцией
органическими растворителями. Современное состояние и направления
дальнейшего развития техники и технологии цианистого процесса.
Специальные процессы переработки руд и концентратов сложного
состава.
Аффинаж золота, серебра и металлов платиновой группы. Теоретические
основы и технология электролитического аффинажа золота и серебра. Химия и
технология процессов аффинажа платинового концентрата и методы получения
платины высокой чистоты.
2.3 Технология производства легких цветных металлов и сплавов
2.3.1 Получение магния.
Свойства и применение магния. Характеристика исходных материалов.
Теория и технология получения безводного хлористого магния из бишофита.
Обезвоживание
карналлита:
получение
искусственного
карналлита,
обезвоживание во вращающихся печах и СКН. Состав и физико-химические
свойства электролитов. Особенности кинетики электродных процессов.
Гидродинамика электролита и катодный выход по току. Влияние примесей и
добавок в электролит на катодный процесс. Образование шлама. Техника
электролитического получения магния. Конструкции электролизеров,
сравнительная их характеристика. Технология обслуживания. Устройство
цехов электролиза, отсос хлора и катодных газов. Техника безопасности и
мероприятия по охране окружающей среды. Технико-экономические
показатели электролиза. Рафинирование магния-сырца переплавкой с флюсами.
Электролитическое рафинирование магниевых ломов и отходов. ГОСТ на
магний. Комплексное использование магнийсодержащего сырья.
2.3.2 Получение алюминия.
Свойства алюминия и сплавов на его основе, масштабы производства и
области применения. Основные руды алюминия. Переработка бокситов
гидрохимическим способом. Принципиальная технологическая схема способа
Байера. Технологические параметры основных переделов и характеристика
оборудования. Получение глинозема комбинированным способом из бокситов.
Основные химические реакции при спекании и выщелачивании спеков.
Принципиальная технологическая схема способа спекания. Комбинированные
способы: гидрохимический и спекания – параллельный и последовательный
варианты. Их преимущества перед раздельной переработкой.
Комплексная переработка нефелинов и алунитов. Характеристика
нефелине и нефелино-сиенитовых руд. Основные реакции при спекании
нефелина с известняком и выщелачивании. Спеков. Принципиальная
технологическая
схема
способа
спекания.
Основная
аппаратура.
Характеристика алунитовых руд. Основные реакции при переработке
алунитовой руды восстановительным обжигом с ветвью спекания.
Принципиальная схема этого способа. Сравнение технико-экономических
показателей различных способов переработки глиноземсодержащего сырья.
Комплексное использование глиноземсодержащего сырья. ГОСТ на глинозем.
Теория электролиза криолито-глиноземных расплавов. Свойства и строение
электролитов и термодинамика основных реакций на электродах. Механизм
катодного процесса, поведение натрия в катодном разряде, катодный выход по
току. Схема анодного процесса, потенциалопределяющие реакции. Состав
анодных газов, связь с катодным выходом по току. Расход углерода, связи с
анодным перенапряжением. Анодный эффект, поведение примесей и добавок в
электролите.
Техника
электролитического
получения
алюминия.
Описание
конструкции электролизеров и сравнение их технических данных. Новые
направления в конструировании электролизеров. Пуск ванн, обслуживание их
работы.
Нарушение
нормальной
работы электролизеров.
Влияние
электромагнитных
сил
на
работу
электролизеров.
Технология
самообжигающегося анода алюминиевого электролизера. Характеристика
основных зон в аноде; требования, предъявляемые к пекам и коксам; основные
процессы, протекающие в различных зонах анода; баланс углерода.
Энергетические балансы электролизеров, связь между плотностью тока и
удельными потерями тепла. Планировка цехов электролиза и электролизных
корпусов. Газоотсос и вентиляция, регенерация фторсолей. Техника
безопасности, охрана окружающей среды. Автоматическое регулирование
алюминиевых электролизеров. Себестоимость алюминия и ее анализ. ГОСТ на
алюминий.
Электролитическое рафинирование алюминия. Свойства и применение
алюминия высокой чистоты. Теория и техника трехслойного метода. Новые
направления в получении алюминия. Физико-химические основы выплавки
алюминиево-кремниевых сплавов из руд: термодинамика процессов
восстановления оксидов алюминия и кремния углеродом, роль низших оксидов
алюминия и кремния. Техника электротермического получения сплавов
алюминия и кремния: подготовка шихты, характеристика электропечей, зоны в
печи.
Металлургия вторичного алюминия. Технология подготовки лома и
отходов к плавке. Плавка алюминия и его сплавов в электрических и
пламенных отражательных печах. Роль флюсов при плавке отходов и лома
алюминия. Методы рафинирования расплавов от неметаллических и
металлических примесей. ГОСТы на алюминиевые сплавы.
2.4 Технология производства редких и радиоактивных металлов
2.4.1 Тугоплавкие редкие металлы.
Вольфрам
и
молибден.
Физико-химические
основы
пирометаллургических и гидрометаллургических способов разложения рудных
концентратов, их критическое сопоставление, новые направления технологии.
Теоретические основы и практика процессов производства чистых трехокисей
молибдена и вольфрама. Использование ионообменных и экстракционных
процессов в гидрометаллургии вольфрама и молибдена. Схемы комплексной
переработки вольфрамо-молибденовых концентратов. Способы отделения
молибдена от вольфрама. Попутное извлечение рения при переработке
молибденовых
концентратов.
Технология
переработки
вторичного
вольфрамового и молибденового сырья. Термодинамика, кинетика и механизм
восстановления трехокисей вольфрама и молибдена водородом, практика
процесса. Основы производства компактных вольфрама и молибдена методом
порошковой металлургии и плавкой (дуговой, электронно-лучевой). Влияние
примесей на свойства металлов. Варианты процессов получения вольфрама и
молибдена восстановлением галогенидов. Методы получения монокристаллов
вольфрама и молибдена. ГОСТы на металлы. Техника безопасности и охрана
окружающей среды.
Тантал и ниобий. Обзор и сопоставление способов разложения рудных
концентратов различного типа (танталит-колумбит, лопарит, пирохлор).
Физико-химические основы процессов. Сопоставление хлорной и сульфатной
технологии комплексной переработки лопарита. Основы способов разделения
тантала и ниобия. Обзор и сопоставление способов производства тантала и
ниобия. Физико-химические основы металлотермических, карботермического и
электролитического способов. Получение тантала и ниобия восстановлением
хлоридов. Физико-химические основы различных способов производства
компактных
тантала
и
ниобия.
Комплексное
использование
редкометаллического сырья.
Титан, цирконий и гафний. Основы современной технологии
производства тетрахлорида титана. Обзор и сопоставление способа получения
искусственного рутила из ильменитовых концентратов.
2.4.2 Рассеянные редкие металлы.
Общая характеристика рассеянных редких металлов, источников их
получения. Экономическое значение комплексности использования сырья.
Технология попутного извлечения галлия в производстве глинозема, индия –
при производстве цинка и свинца, селена и теллура – при переработке
сульфидного сырья цветных металлов, германия – при переработке медного
сырья и углей, рения – в производстве меди и молибдена. Основы процессов
получения рассеянных металлов высокой чистоты.
Редкоземельные и радиоактивные металлы. Варианты технологических
схем переработки монацитовых концентратов с получением соединений
редкоземельных металлов и тория. Основы способов разделения
редкоземельных элементов. Электролитические и металлотермические способы
получения редкоземельных металлов и тория.
Основы и аппаратура процессов выщелачивания урана из рудного сырья.
Ионообменные и экстракционные способы извлечения и концентрирования
урана в растворах, выделения чистых соединений. Основы технологии
производства урана металлотермическими методами. Плавка урана. Требования
к чистоте урана, используемого в атомной технике. Техника безопасности и
охрана окружающей среды.
2.4.3 Легкие редкие металлы.
Бериллий. Физико-химические основы технологии переработки
бериллиевых концентратов по сульфатной и фторидной схемам. Способы
получения
чистого
оксида
бериллия
и
галогенидов
бериллия.
Металлотермические и электролитический способы получения бериллия,
дистилляционные и электролитические процессы его рафинирования.
Производство компактного бериллия. Техника безопасности.
Литий. Основы технологии производства соединений лития из литиевых
концентратов (сподумена, лепидолита). Физико-химические основы процессов
получения лития электролизом, вакуумтермическими способами. Способы
рафинирования лития.
Приложение 3
3 ТЕХНОЛОГИЯ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
3.1 Физическое металловедение
Атомно-кристаллическое строение металлов. Типы и параметры
кристаллических решеток. Индексы кристаллических решеток. Дефекты
кристаллической решетки. Точечные дефекты. Линейные дефекты.
Поверхностные дефекты. Формирование субструктуры гранул. Основы теории
затвердевания металлов. Энергетические условия кристаллизации. Механизм
кристаллизации.
Особенности
затвердевания
гранул.
Термическое
переохлаждение.
Концентрационное
переохлаждение.
Механизмы
поверхностной
сегрегации.
Электродинамическая
обработка
гранул.
Формирование
наноструктуры
гранул.
Механизмы
упрочнения.
Твердорастворное упрочнение. Упрочнение дисперсными частицами.
Дислокационное упрочнение. Зернограничное упрочнение. Дисперсные
армирующие фазы в металлах Выделение дисперсной фазы. Форма частиц
дисперсной фазы Напряженное состояние дисперсной фазы. Температура
фазовых превращений в материале частиц. Растворимость дисперсной фазы в
матрице материала. Коалесценция дисперсной фазы. Термодинамическая
стабильность дисперсных фаз. Взаимодействие дисперсной фазы с границами
зерен.
Формирование дисперсной фазы внутренним окислением. Получение
упрочненного материала на основе серебра. Образование аномальных зон при
ВНУО. Химический состав и морфология выделений. Стабильность ВНУО –
структуры. Механические свойства. Формирование дисперсной фазы
химическим осаждением. Механическое легирование.
Формирование структуры керметов. Роль жидкой фазы при спекании
керметов. Поверхностное натяжение жидких металлов и сплавов.
Поверхностная энергия твердой фазы. Энергия поверхности раздела
между твердой и жидкой фазами. Микроструктура керметов. Формирование
структуры твердых сплавов. Диаграмма состояния. Физические свойства
монокарбида вольфрама. Физические свойства карбидов титана, тантала и
ниобия. Микроструктура твердых сплавов.
Исследование структуры спеченных материалов. Исследование
особенностей распыления расплава бериллия. Дисперсно-зернограничное
упрочнение спеченного бериллия. Природа микропористости в структуре
спеченного бериллия. Влияние температуры ГИП на морфологию
упрочняющей фазы. Влияние примесей на динамику коалесценции
упрочняющей фазы. Формирование структуры метало-пористых титановых
имплантантов костных тканей. Влияние микролегирования на спекаемость и
микроструктуру диоксида урана. Структура и свойства бериллий-алюминиевых
композитов.
3.2 Физика и технология спекания
Спекание однокомпонентных систем. Механизмы массопереноса.
Механизм вязкого течения. Механизм объемной диффузии. Механизм
поверхностной диффузии. Механизм граничной диффузии. Механизм переноса
через газовую фазу.
Особенности спекания ансамбля частиц. Коалесценция, коагуляция,
рекристаллизация.
Спекание многокомпонентных систем. Механизм твердофазного
спекания взаимно нерастворимых компонентов. Механизм твердофазного
спекания взаимно растворимых компонентов. Эффект Киркендала и Френкеля.
Механизм жидкофазного спекания.Контактное плавление. Инфильтрация.
Механизм химического спекания. Механизм газофазного спекания.
Активированное спекание. Активность порошков. Факторы, активирующие
спекание. Активирование поверхностных процессов. Активирование
массопереноса через газовую фазу. Активирование добавками переходных
металлов. Активирование плакированием. Активирование скоростным
нагревом. Жидкофазное активирование. Спекание под давлением.
Феноменологическое описание залечивания изолированной поры. Механизм
«эмиссия дислокационных петель». Роль газовой атмосферы при спекании.
Создание газовых атмосфер для спекания. Характеристика газовых сред.
Оборудование для спекания порошков. Температурный регламент спекания.
Печи для спекания. Непрерывно работающие печи. Исследование спеченных
материалов. Исследование морфологии пор. Приготовление шлифов. Изучение
структуры. Количественный анализ структуры. Диффузионные расчеты.
3.3 Химия и технология ядерного топлива
Основные свойства урана. Физические свойства урана. Ядернофизические свойства урана. Химические свойства металлического урана.
Основные соединения урана. Оксиды урана и уранаты. Галогениды урана.
Водорастворимые соли урана. Сырьевые ресурсы урана. Минералы урана.
Месторождения урана. Добыча урана в Казахстане. Производство ядерного
топлива. Получение порошков керамического диоксида урана осаждением
полиураната аммония (АДУ-процесс). Основы теории АДУ – процесса.
Образование агрегатов и агломератов в процессе осаждения полиураната
аммония. Термическое разложение полиуранатов аммония. Влияние режимов
осаждения и прокалки на свойства порошка диоксида урана. Влияние условий
прокалки на морфологию порошков диоксида урана. Технологические схемы
получения керамического диоксида урана по АДУ- процессу. Получение
керамического диоксида урана через промежуточную стадию осаждения
трикарбонатауранила аммония (АУК – процесс). Основы теории АУКпроцесса.
Термическое
разложение
трикабонатоуранилата
аммония.
Технология получения порошка диоксида урана по АУК-процессу. Физикохимические свойства порошка диоксида урана карбонатного происхождения.
Газовые методы получения порошков диоксида урана керамического сорта.
Основы теории газовой конверсии гексафторида урана. Конверсия
гексафторида в диоксид урана в кипящем слое (DCFB-процесс). Конверсия UF6
в UO2 в трубчатом вращающемся реакторе (IDR-процесс). Конверсия
гексафторида урана в кислородно-водородном пламени. Сравнительный анализ
различных методов конверсии гексафторида в диоксид урана. Переработка
брака и отходов таблетированного топлива. Гидролизно-экстракционная
технология
получения
керамического
диоксида
урана.
Испарение
гексафторида. Гидролиз гексафторида урана. Растворение. Экстракция.
Реэкстракция. Регенерация экстрагента. Осаждение полиураната аммония.
Фильтрация. Сушка и термическое разложение. Восстановление. Качество
порошка для топливных таблеток. Формование и спекание порошков диоксида
урана. Уплотнение. Приготовление формовочной массы, гранулирование и
классификация.
Прессование.
Спекание.
Шлифование.
Основы
материаловедения ядерного топлива. Физико-механические свойства
топливных таблеток из UO2. Требования, предъявляемые к топливному
материалу.
3.4 Современные проблемы производства бериллия
Основные условные обозначения, термины и определения. Основы
статистического управления технологическими процессами. Основные
принципы статистического регулирования процесса. Критерии оценки
процессов, методов их измерения и мониторинга. Выбор критериев оценки
процессов. Выбор статистических методов для измерения критериев оценки
процессов. Методология статистического регулирования процесса. Первичная
обработка исходных данных. Проверка достоверности (однородности)
исходных данных. Оценка нормальности закона распределения исходных
данных.
Анализ потенциала производственного процесса по обеспечению
качества продукции. Качественный анализ с помощью контрольных карт.
Количественный анализ с использованием «индексов воспроизводимости».
Стабилизация
технологического
процесса.
Корреляционный
анализ.
Регрессионный анализ.
Статистический
мониторинг
гидрометаллургического
передела
производства бериллия. Анализ состояния технологического процесса. Анализ
состояния операционного контроля. Краткая характеристика регламента
технического контроля. Структура технического контроля производства
гидроксида бериллия. Анализ метрологического обеспечения технического
контроля. Статистический мониторинг передела порошковой металлургии
бериллия. Сравнительный анализ качества горячепрессованной продукции из
бериллия. Оценка воспроизводимости результатов анализа химического и
гранулометрического составов порошка. Оценка изменения химического
состава бериллия при измельчении слитков в порошок. Оценка сходимости
результатов испытаний механических свойств. Корреляционной анализ связи
характеристик порошков и механических свойств горячепрессованного
бериллия.
Регрессионный
анализ
связи
механических
свойств
горячепрессованного бериллия с характеристиками дисперсности порошков.
Влияние примесей на прочностные свойства горячепрессованных заготовок.
Влияние режимов горячего прессования на свойства ГП заготовок.
Приложение 4
4 ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
4.1 Гравитационные методы обогащения
Сущность процесса гравитационного обогащения. Особенности
процессов гравитационного обогащения. Основные виды процессов
гравитационного обогащения и их применение на практике. Исключения для
применения процессов гравитационного обогащения. Значение процессов
гравитационного обогащения в горно- металлургическом производстве.
Гравитационный анализ минерального сырья. Сущность гравитационного
анализа. Методы гравитационного анализа минерального сырья. Обработка
результатов гравитационного анализа. Оценка эффективности результатов
гравитационного анализа методом Тромпа-Терра.
Гранулометрический
анализ
минерального
сырья.
Типы
гранулометрического анализа. Ситовой анализ. Способы проведения ситового
анализа. Седиментационный анализ и способы его проведения. Обработка
результатов ситового анализа методом Розина-Раммлера.
Общие характеристики воздействия на минеральные зерна в процессе
гравитационного обогащения. Сегрегация минеральных частиц. Процессы
гравитационного обогащения с использованием сегрегации минеральных
частиц. Разделение минеральных частиц по принципу Дирихле. Разделение
минеральных частиц в вертикальном потоке жидкости. Скорости падения
минеральных частиц. Сущность стесненного и свободного падения частиц.
Критическая скорость падения частиц. Разделение минеральных частиц в
потоках малой толщины. Ламинарное и турбулентное движение жидкости.
Способы перемещения частиц в потоках малой толщины. Факторы,
определяющие скорость перемещения частиц в потоках малой толщины.
Гидравлическая
классификация.
Сущность
гидравлической
классификации. Равнопадаемость, коэффициент равнопадаемости. Факторы,
влияющие на гидравлическую классификацию; эффективность классификации.
Классифицирующие устройства. Типы классифицирующих устройств.
Принципы классификации минеральных частиц в спиральных классификаторах
и гидроциклонах. Типы спиральных классификаторов и гидроциклонов и
область их применения. Сущность процесса отсадки минерального сырья. Типы
схем обогащения с применением процесса отсадки. Типы отсадочных машин.
Факторы, определяющие работу отсадочных машин; вид постели отсадочной
машины. Крупность исходного материала для отсадочной машины. Область
применения процесса отсадки.
Обогащение на концентрационных столах. Сущность процесса
концентрации на столе. Параметры, влияющие на работу концентрационных
столов. Типы концентрационных столов и область их применения.
Обогащение в тяжелых средах. Сущность процесса обогащения в
тяжелых суспензиях и тяжелых жидкостях; различие между этими процесс
амии. Факторы, влияющие на процесс обогащения в тяжелых суспензиях.
Ограничения в использовании тяжелой суспензии при обогащении полезных
ископаемых. Аппараты для обогащения в тяжелой суспензии. Область приме
нения обогащения в тяжелых средах.
Пневматическое обогащение. Сущность процесса пневматического
обогащения. Статический и динамический напор воздуха, необходимые для
обогащения. Аппараты применяемые для пневматического обогащения.
Область применения пневматического обогащения. Промывка полезных
ископаемых. Сущность процесса промывки руд и россыпей. Промывистость
руд. Классификация полезных ископаемых по степени промывистости. Типы
машин для промывки руд различной степени промывистости. Область
применения процесса промывки.
Обогащение полезных ископаемых на винтовых сепараторах. Сущность
процесса обогащения на винтовых сепараторах. Факторы, на которые влияют
на процесс сепарации на винтовых шлюзах. Назначение винтовых сепараторов
и винтовых шлюзов. Область применения винтовых сепараторов.
4.2 Флотационные методы обогащения
Сущность процесса флотации. Особенности процесса флотации.
Основные виды флотации и их применение на практике. Значение
флотационных процессов в горно- металлургическом производстве.
Элементарный акт флотации. Поверхностное натяжение. Явление смачивания и
краевой угол смачивания. Гистерезис смачивания и его роль при флотации.
Остаточный гидратный слой на поверхности минерала. Флотационные
реагенты. Назначение и классификация флотационных реагентов. Типы
реагентов-собирателей; их применение для отдельных видов полезных
ископаемых. Флотационные реагенты. Основные
типы реагентовпенообразователей и регуляторов среды. Их применение для основных типов
руд. Особенности поведения реагентов – регуляторов среды при флотации в
зависимости от их расхода. Основные типы реагентов-активаторов и реагентовдепрессоров. Их применение для основных типов руд цветных металлов.
Особенности поведения реагентов – активаторов при флотации в зависимости
от их расхода. Технология флотационного процесса. Вещественный состав
руды и его основные составляющие. Значение вещественного состава при
флотации полезного ископаемого.
Гранулометрический состав руды. Ситовой и седиментационный
анализы; их виды. Роль гранулометрического состава при флотации полезных
ископаемых. Технология флотационного процесса. Оптимальная тонина помола
руд. Плотность, температура пульпы и расход воздуха при флотации. Порядок
подачи реагентов в технологический процесс. Технологические схемы
флотации. Типы технологических схем флотации в зависимости от выделения
полезных компонентов. Основные операции технологических схем флотации.
Основные принципы построения схем флотации.
Флотационные пены. Типы флотационных пен и их характерные
особенности. Устойчивость флотационных пен. Размер пузырьков воздуха при
флотации. Разрушение флотационных пен.
Флотация крупных частиц полезных ископаемых. Необходимые условия
для флотации крупных частиц. Флотационные машины для флотации крупных
частиц полезных ископаемых. Флотационные машины. Типы флотационных
машин и их отличительные свойства. Конструкции флотационных машин в
зависимости от их типа.
Флотация сульфидных полиметаллических руд. Основные сульфидные
минералы и их характерные условия флотации. Схемы флотации сульфидных
полиметаллических руд. Методы флотации сульфидных полиметаллических
руд. Методы прямой селективной флотации. Методы коллективной флотации.
Методы флотации полиметаллических руд сложного состава.
Флотация окисленных и смешанных полиметаллических руд. Основные
минералы окисленных и смешанных полиметаллических руд. Причины низких
технологических показателей обогащения этих руд. Схемы обогащения
окисленных и смешанных полиметаллических руд.
Методы обогащения окисленных цинковых и свинцовых минералов.
Основные направления совершенствования флотации окисленных и
смешанных полиметаллических руд.
Флотация медных и медно-цинковых руд. Основные сульфидные и
окисленные минералы и характерные условия их флотации. Схемы флотации
медно-цинковых и медно-цинково-пиритных руд.