Программа итогового государственного экзамена (стр. 2 )

4. Расчет и методы исследования гидрометаллургических процессов

Основы химической термодинамики для процессов, реализуемых в гидротермальных средах. Методы вычисления свободных энергий и констант равновесия реакций. Закономерности термодинамики процессов физического растворения. Термодинамика химических реакций растворения металлов, оксидов и сульфидов. Термодинамика процессов выделения ценных компонентов из растворов цементацией и осаждением малорастворимых соединений. Методы исследования и расчета свойств растворов. Расчетные и экспериментальные методы определения активностей ионов в растворах.. Распределение между двумя фазами. Постановка эксперимента и обработка результатов. Определение состава комплексных соединений методом изомолярных серий. Расчет ступенчатых констант устойчивости методом Бьеррума. Расчет ионного состава системы при ступенчатом комплекообразовании по величинам констант устойчивости. Методы расчета растворимости солей в водных растворах сложного состава по справочным данным. Методы экспериментального изучения растворимости в многокомпонентных системах. Определение состава донной фазы. Графическое изображение двойных, тройных, четверных систем вода - соли. Аналитический метод отображения растворимости в многокомпонентных системах. Методы экспериментального определения физических свойств растворов. Определение плотности, вязкости, поверхностного натяжения. Использование этой информации при расчете оборудования. Химизм процессов выщелачивания. Выбор реагентов. Расчет необходимого расхода реагента при необратимости и обратимости процесса выщелачивания. Прогноз вероятного поведения примесей. Выбор методов регулирования поведения примесей в процессе выщелачивания: введение реагентов, образующих с элементами примесями малорастворимые соединения, теоретический прогноз и экспериментальное определение возможных влияний на кинетику выщелачивания различных минералов с использованием эффектов пассивации поверхности, варьирование концентрации и температуры растворов. Определение необходимости постановки поисковых экспериментов при отсутствии необходимых литературных данных. Составление плана поисковых экспериментов. Выполнение поисковых экспериментов и обработка их результатов. Изучение кинетики и механизма процессов выщелачивания индивидуальных фаз. Взаимное влияние фаз при выщелачивании сложных продуктов. Роль электрохимических явлений (образование короткозамкнутых пар). Катализ и автокатализ. Методы определения порядка реакции, кажущейся энергии активации. Ошибки в оценке порядков реакций и кажущейся энергии активации, вызванные наложением нескольких последовательных или параллельных процессов. Определение природы лимитирующей стадии. Составление уравнения кинетической функции. Построение гипотезы о механизме процесса. Принципы выбора и расчета оборудования для выщелачивания. Использование лабораторных данных для расчета оборудования периодического и непрерывного действия. Исходные данные, необходимые для расчета оборудования. Расчет теоретического предела цементации. Экспериментальное определение реального предела цементации и факторов на него влияющих. Методы контроля процесса цементации. Изучение кинетики процесса цементации. Определение величины максимального тока пары цементат-цементант, природы контроля процесса, влияния концентрации цементируемого металла и состава раствора на величину максимального тока. Определение скорости и механизма процесса цементации. Влияние формы ионов цементируемого металла в растворе: Одноатомные катионы, комплексные катионы и анионы. Расчет и изучение процессов осаждения малорастворимых соединений. Расчет теоретического предела разделения металлов, образующих малорастворимые соединения с одним и тем же реагентом при отсутствии и наличии изоморфизма. Методы экспериментального изучения растворимости малорастворимых соединений. Расчет процессов переосаждения и репульпации. Расчет материального баланса элементов при противоточной технологической схеме осаждение-репульпация. Разработка технологических регламентов для расчета ТЭО и проектирования. Требования к регламентам. Методы составления уравнений материальных балансов сложных технологических схем с циркуляцией оборотных продуктов и наличием параллельных и перекрестных потоков. Разработка основных рекомендаций для составления ТЭО. Рекомендации по аппаратурно-технологической схеме. Характеристика реагентов и материалов. Рекомендации по автоматизации процессов. Требования техники безопасности.

5. Расчет и методы исследований пирометаллургических процессов

Исследование исходного сырья и его подготовка. Исследование рудного сырья цветной металлургии. Расчет и экономическая оценка рудного сырья. Промышленное содержание металлов. Подготовка и исследование рудного сырья. Исследование на: обогатимость руд; обжиг; окускование; сушку. Флюсы. Реагенты. Топливо. Современные направления в развитии исследования пирометаллургических аппаратов. Увеличение размеров и мощности агрегатов. Интенсификация процессов. Создание автогенных процессов. Разработка непрерывных процессов. Комплексное использование сырья. Развитие электрометаллургических процессов. Повышение стойкости и длительности работы оборудования. Энерготехнологическое использование всех продуктов пирометаллургического производства. Охрана природы. Механизация и автоматизация производства. Методы исследований, необходимые для проектирования. Исследования по вариантам технологических схем. Исследования по аппаратуре. Основные стадии исследования. Лабораторные исследования. Укрупненные исследования. Полупромышленные и промышленные испытания. Организационные формы проведения исследований. Современная методика исследований технологии и аппаратуры. Основные стадии проектирования и строительства предприятия. Технико-экономическое обоснование. Техпроект и сводная смета. Рабочие чертежи. Порядок рассмотрения и утверждения проектно-сметной документации. Организационные формы выполнения проектных работ. Исходные данные для различных стадий проектирования. Особенности проектирования, расширения и реконструкции действующих предприятий. Строительные и монтажные работы. Пуск и освоение проектной мощности. Методика расчета технологических процессов. Исходные данные для расчета технологии. Расчет извлечения и состава продуктов. Определение количества и состава оборотов и отходов. Материальные балансы процессов и баланс металлов. Определение параметров технологических показателей. Методика расчета и выбора пирометаллургического оборудования. Исходные данные для расчета оборудования. Методы расчета металлургических печей. Технико-экономическое обоснование.

6. Металлургия легких и редких металлов

Физико-химические основы процессов получения алюминия и магния электролизом криолито-глиноземных и хлоридных расплавов Физико-химические свойства расплавленных солей. Строение твердых веществ. Процессы плавления. Термодинамические свойства расплавов. Термический анализ и диаграммы состояний. Давление паров над расплавами. Плотность. Вязкость. Поверхностное натяжение. Электропроводность. Перенос ионов в расплавах. Физико-химические свойства электролитов. Диаграммы состояния систем из фторида натрия, фторида алюминия, окиси алюминия и фторидов, хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, магния и титана. Физико-химические свойства электролитов (плотность, вязкость, давление паров, поверхностное натяжение, электропроводность). Взаимодействие электролитов с парами воды. Влияние добавок литиевых, магниевых и кальциевых солей и некоторых примесей на физико-химические свойства электролита. Физико-химические основы электролиза криолито-глиноземных расплавов и хлоридных расплавов магния. Строение расплавов. Различные теории катодного и анодного процессов. Напряжение разложения и перенапряжение. Взаимодействие алюминия и натрия с электролитом. Механизм потерь металлов. Выход по току и его зависимость от температуры, плотности тока, межэлектродного расстояния, состава электролита, циркуляции. Анодный эффект и его природа. Состав анодных газов, его связь с состоянием процесса электролиза. Поведение различных добавок и примесей в электролите в процессе электролиза, их влияние на показатели. Технология производства безводных хлормагниевых солей. Обезвоживание карналлита. Получение расплавов безводных хлормагниевых солей. Печи кипящего слоя. Теоретические и технологические основы получения титана и его соединений. Выплавка титановых шлаков. Титановые руды, их обогащение, титановые концентраты. Аппаратурно-технологическая схема получения титановых шлаков. Руднотермические печи с открытым и закрытым сводами. Подготовка шлаков к хлорированию. Обогащение шлаков, брикетирование, гранулирование. Получение четыреххлористого титана и его очистка. Физико-химические основы процесса. Хлорирование в шахтных печах, хлорирование в солевом хлораторе, хлорирование в печах кипящего слоя. Физико-химические основы процессов конденсации и очистки четыреххлористого титана. Технология и аппаратура для очистки четыреххлористого титана. Металлотермическое восстановление четыреххлористого титана. Физико-химические основы процессов магние - и натриетермического восстановления. Аппаратура и технология магниетермического восстановления титана. Качество металлического титана и факторы его определяющие. Выплавка слитков титана и его сплавов. Рафинирование титана и его сплавов. Электролитическое и термическое рафинирование титана. Металлотермическое получение титановых сплавов и тугоплавких соединений. Комплексная переработка титансодержащего хлоридного сырья и охрана окружающей среды. Конструкции и эксплуатация электролизеров, аппараты получения титана. Электролизеры для получения алюминия. Типы электролизеров, их технические и технико-экономические характеристики. Анодное устройство. Преимущества и недостатки непрерывных и обожженных анодов. Конструкции кожуха. Катодное устройство. Усилия, возникающие в футеровке. Их происхождение. Новые стойкие материалы. Углеродистые и другие футеровочные материалы в производстве алюминия. Технология и аппаратура для изготовления анодной массы боковых и подовых блоков и обожженных анодов. Качество углеродистых изделий. Неугольные футеровочные материалы. Распределение электрического и электромагнитного полей в электролизере, факторы, его определяющие. Теплопередача в рабочем пространстве электролизера и теплоотдача от электролизера. Газогидродинамика расплава. Формирование внешнего электромагнитного поля, взаимодействие его с токами. Магнитная гидродинамика расплава. Электролиз хлористого магния. Конструкции диафрагменных и бездиафрагменных электролизеров. Поточная линия. Влияние различных факторов на выход по току. Технология. Силикотермия. Эксплуатация электролизеров алюминия и магния. Обжиг и пуск с различными типами электролизеров. Электрические схемы включения серий, графики тока и напряжения. Температурный режим при пуске и в послепусковой период. Нормальная работа электролизеров. Роль уровней металла и электролита. Изменения и корректировка состава электролита. Питание глиноземом. Поведение глинозема различных физических свойств. Питание хлоридом магния и карналлитом. Фазовые превращения в электролите, образование настылей и осадков, их значение для процесса. Влияние различных технологических факторов на выход по току, расход сырья и электроэнергии. Баланс фтора и углерода в электролизере. Оптимальные условия работы электролизеров. Интенсификация электролизеров. Ее влияние на показатели процесса и технические пути осуществления. Изменение технологических и технико-экономических показателей процесса с увеличением мощности электролизера. Пути усовершенствования технологического процесса, приближение процесса к непрерывному. Усовершенствование состава электролита. Основы расчета электролизеров и проектирование цехов электролиза. Основы составления и анализа материального, электрического, теплового и энергетического балансов электролизеров. Выбор и обоснование типа электролизера и его характеристик в зависимости от поставленной при проектировании задачи (новое строительство, расширение действующего производства, реконструкция существующих цехов). Ошиновка. Принципы конструирования и расчета. Выбор конструкции ошиновки в зависимости от типа и мощности электролизеров и их расположения в серии (поперечное, продольное, однорядное, в несколько рядов). Планировка серий и цехов. Электрические источники тока и шинопроводы. Механизация и автоматизация процессов получения алюминия, магния, титана, газоочистка. Обоснование выбора решений по механизации и автоматизации технологического процесса (механизированное питание глиноземом, машины для обслуживания непрерывных и обожженных анодов). Заливка хлористого электролита. Выбор системы АСУ ТП для стабилизации параметров и экстремального регулирования. Автоматизация контроля производственных операций, обработка и использование информации для управления работой серий и цехов электролиза. Технико-экономическая оценка принятых проектных решений и меры по защите окружающей среды. Теоретические и технологические основы получения селена, теллура и ренияФизико-химические основы методов извлечения селена и теллура из полупродуктов металлургической и химической промышленности. Переработка электролитных и сернокислотных шламов. Извлечение селена и теллура из полупродуктов свинцово-цинкового производства, продукционной серной кислоты, серы, золотых руд и других видов сырья. Физико-химические основы методов извлечения рения из полупродуктов металлургического производства. Получение товарных перренатов калия и аммония и металлического рения. Переработка вторсырья. Физико-химические основы концентрирования и выделения германия, галлия, индия и таллия. Физико-химические основы технологии получения германия из полупродуктов цветной металлургии и топливно-энергетической промышленности. Методы получения германиевых концентратов. Получение и очистка тетрахлорида германия и элементарного германия. Физико-химические основы и технология концентрирования галлия при переработке алюминиевых руд. Методы получения галлия из галлиевых концентратов. Получение галлия при переработке сульфидных руд и минеральной части углей. Физико-химические основы и технология концентрирования индия и таллия. Практика концентрирования индия и таллия из различных промпродуктов. Технология производства и рафинирования индия и таллия. Методы производства рубидия и цезия. Физико-химические основы методов выделения рубидия и цезия из растворов и отделения их от сопутствующих элементов. Теория и практика концентрирования рубидия и цезия при переработке комплексного сырья (поллуцит, лепидолит, рапа соляных озер, нефелиновые концентраты и др. виды сырья). Получение солей и металлических рубидия и цезия.