Программа итогового государственного экзамена (стр. 1 )

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Утверждаю

_____________________

Руководитель ООП

по направлению 150400

зав. кафедрой металлургии

проф.

ПРОГРАММА

итогового государственного экзамена

Направление: 150400 «Металлургия»

Профиль: «Металлургия цветных металлов»

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная

Составитель: доц.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 3

ТЕМАТИКА ДИСЦИПЛИН, 3

ВХОДЯЩИХ В ИТОГОВЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКЗАМЕН.. 3

1. Математическое моделирование сложных систем в металлургии. 3

2. Новые и перспективные процессы в металлургии цветных металлов. 3

3. Методы постановки и решения технологических задач. 4

4. Расчет и методы исследования гидрометаллургических процессов. 5

5. Расчет и методы исследований пирометаллургических процессов. 7

6. Металлургия легких и редких металлов. 7

7. Металлургия тяжелых и благородных металлов. 9

ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ... 10

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.. 11

ВВЕДЕНИЕ

Государственный экзамен является составной частью итоговой государственной аттестации по направлению 150400 Металлургия, проводится в соответствии с Положением о государственной итоговой аттестации и определяет уровень усвоения студентом материала, охватывающего содержание дисциплин общенаучного и профессионального цикла, содержащихся в учебных планах специализированных программ подготовки магистра.

Программа итогового государственного экзамена по направлению 150400 Металлургия, специализированной магистерской подготовки по профилю Металлургия цветных металлов разработана в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) подготовки магистров по направлению 150400 Металлургия.

Программа содержит список дисциплин, включенных в итоговый государственный экзамен, с раскрытием тематики каждого курса согласно ФГОС ВПО и рабочим программам, разработанным на кафедре Металлургии. По каждой дисциплине приводится список источников, необходимых для подготовки к экзамену.

ТЕМАТИКА ДИСЦИПЛИН,

ВХОДЯЩИХ В ИТОГОВЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКЗАМЕН

1. Математическое моделирование сложных систем в металлургии

Натурные и модельные исследования. Стадии натурных исследова­ний. Пассивный и активный эксперимент. Физическое и математическое моделирование. Адек­ватность моделей. Системный анализ процессов металлургической технологии. Блочный принцип описания объекта исследований. Применение типовых операторов для описания объекта исследований. Типы моделей. Методы проверки адекватности модели и объекта и ее коррекция. Модели материальных и тепло­вых балансов металлургических процессов. Принципы составления материальных и тепловых балансов металлургических процессов. Анализ материальных балансов. Экс­периментальные исследования с применением трассеров или индикаторов. Диагностика непо­ладок и отклонений в режимах работы исследуемого аппарата. Физическое моделирование. Аналоговое моделирование. Математическое модели­рование. Структурные модели. Эмпирические модели. Оптимиза­ция методом дифференциального исчисления. Поиск оптимума численными методами. Экспе­риментальный поиск оптимума. Методы исследования функций классического анализа. Метод множителей Лагранжа. Вариа­ционное исчисление. Динамическое программирование. Принцип максимума. Линейное и не­линейное программирование. Геометрическое программирование.

2. Новые и перспективные процессы в металлургии цветных металлов

Интенсивные высокотемпературные процессы. Применение кислорода в металлургии. Общие сведения. Интенсификация процессов плавки с использованием кислорода или воздуха, обогащенного кислородом и кислорода. Разновидности процессов плавки с использованием кислорода. Критический анализ современного состояния и перспектив развития процессов плавки с использованием кислорода. Процессы интенсивного обжига. Обжиг в кипящем слое. История создания и развития метода. Особенности обжига различных материалов. Обжиг в шахтных печах сульфидных и окисленных материалов. Сравнительный анализ методов интенсивного обжига и перспективы их развития. Процессы металлотермии. Особенности технологии и аппаратуры металлотермических процессов с получением твердых, жидких и газообразных металлов. История создания и промышленного освоения и совершенствования методов металлотермии тугоплавких и редких металлов. Перспективы процессов металлотермии и их место в технологических схемах. Процессы получения металлов высокой чистоты и полупроводниковых материалов. Химические методы очистки. Физические методы очистки элементов. Получение монокристаллов с заранее заданными свойствами. Процессы сорбции и экстракции. Современное состояние процессов сорбции. Новые ионообменные материалы. Прогресс в области сорбционного оборудования. Перспективы развития метода. Современное состояние и перспективы развития процессов экстракции. Новые экстрагенты. Перспективы развития метода. Сравнительный анализ методов сорбции и экстракции и их сопоставление с другими методами разделения металлов. Развитие процессов хлорирования. Хлорирование при высоких температурах. Основы методов и их разновидности. Гидрохлорирование - основа современного аффинажа. Теория и практика процесса. Перспективы развития методов хлорирования. Автоклавные процессы. История развития методов. Современное состояние технологии и аппаратуры. Новые процессы с использованием автоклавов. Перспективы развития методов. Процессы геотехнологии. Кучное и подземное выщелачивание. Бактериальное выщелачивание. Перспективы методов геотехнологии и возможность их сочетания с решением энергетической проблемы - использованием глубинного тепла Земли. Сегрегационный обжиг. Основы метода. Возможности его применения для обогащения сложного сырья. Перспективы использования метода. Парометаллургия. Основы метода и возможность его применения в цветной металлургии. Методы электровыщелачивания. Разновидности методов: электрохлоринация, анодное выщелачивание без выделения газов, процессы катодного выщелачивания. Перспективы применения методов электровыщелачивания. Низкотемпературная плазма. Теоретические основы методов. Применение плазмы в цветной металлургии. Перспективы методов. Новые реагенты в металлургии. Процессы выщелачивания и выделения элементов в неводных средах и их перспективы. Направленное изменение кинетических характеристик соединений в процессах извлечения и разделения элементов.

3. Методы постановки и решения технологических задач

Типы технологических задач в металлургии цветных металлов: изменение физического состояния без изменения химического и фазового состава, задачи синтеза и задачи разделения. Классификация задач первого типа и процессы, применяемые для их решения. Классификация задач второго типа и примеры процессов, применяемых для их решения. Роль задач первого и второго типа в технологических схемах заводов цветной металлургии. Основной тип задач переработки сложного многокомпонентного сырья - задачи разделения элементов. Наличие градиента в гомогенных природных объектах (неоднородность состава атмосферы, плазмы звезд воды в океанах и морях, минералов). Причины, вызывающие неоднородность по составу гомогенных природных объектов. Методы разделения, основанные на создании монотонного непрерывного изменения концентраций в пространстве. Термодиффузия. Методы разделения, основанные на различии траекторий движения частиц (ионов) в силовых полях. Масс-спектрометрия. Методы основанные на различии подвижности частиц. Диффузионное разделение изотопов урана. Методы, основанные на различии знака заряда. Электродиализ. Методы, основанные на различии масс молекул. Газовые ультрацентрифуги. Применение процессов разделения элементов в гомогенных системах в металлургии. Перспективы расширенного применения. Причины, ограничивающие распространение методов разделения изотопов на разделение элементов. Технологическая оценка конкурентоспособности методов разделения элементов в гомогенных системах по сравнению с методами их разделения в гетерогенных системах. Расчет числа ступеней разделения элементов-аналогов методом газовой диффузии. Классификация методов разделения элементов в гетерогенных системах. Понятие о диапазонах задач. Единичная стадия разделения. Возможность совмещения решения нескольких задач на единичной стадии. Характеристика задач первого диапазона. Неопределенность задач по постановке, пути решения, результату. Повышение диапазона как общий принцип раскрытия неопределенности. Методы разделения элементов в системах, где наилучший результат разделения обеспечивается при приближении к равновесному состоянию. Анализ причин, затрудняющих достижение равновесия в системах газ - жидкость, газ - твердое, жидкость - твердое, твердое - твердое и методы их преодоления. Особенности процессов с участием инертных комплексных соединений. Методы лабилизации инертных комплексов. Примеры лабилизации инертных комплексов иридия, рутения, осмия и селенат-иона. Методы, основанные на опережающем образовании устойчивых лабильных комплексов. Причины отличия состава разделяемых продуктов от состава чистых фаз. Методы приближения состава разделяемых продуктов к составу чистых фаз. Методы разделения элементов в системах, где наилучший результат обеспечивается при составе системы, далеком от равновесия. Использование в качестве продукта-концентратора промежуточного продукта, исчезающего при достижении равновесия. Цементация электроотрицательных металлов. Осаждение металлов серой и тиомочевиной в горячей концентрированной серной кислоте. Расчет оптимального времени взаимодействия и расхода реагента. Использование кинетической инертности как способа удержания элемента в выбранной фазе. Направленное изменение кинетических характеристик комплексных соединений с целью их перевода в инертное состояние (инертизация). Инертизация сульфатокомплексов рутения и иридия с целью отделения их от родия. Окисление селена до селената с целью глубокого отделения его от теллура. Определение минимального числа ступеней разделения компонентов при заданном химическом и фазовом составе сложного сырья и вариантных конечных продуктах. Общие принципы выбора последовательности разделения компонентов и создание контуров обобщенной модели технологической схемы. Энергетическая оценка сырья. Идея . Классификация сырья по методу Федоровского. Термодинамический подход Капустинского. Расчет изменения потенциала Гиббса при переработке сложного сырья и различного состава выводимых продуктов - товарных и отвальных. Анализ тепловых балансов металлургических процессов. Эксергия - активная часть энергии. Основные определения. Диссипация эксергии и рост энтропии. Эксергетический баланс технологии. Отличие энергетических и эксергетических балансов. Условия сокращения диссипации эксергии. Нежелательность схем с неоднократными значительными немонотонными изменениями температур, давлений, фазовых состояний. Экологические критерии. Масштабы добывающей и перерабатывающей промышленности и влияние диссипации эксергии на близлежащие территории. Роль малоотходных технологий в уменьшении экологических нарушений. Проблема реагентов. Регенерация реагентов в технологической схеме попутно без дополнительных операций. Регенерация реагентов на специальных переделах. Вывод реагентов в составе основных, побочных продуктов и отходов. Формирование первичных концепций технологических схем и их предварительный анализ. Выявление неизученных элементов, планирование и выполнение исследований. Уточнение схем и их повторная оценка и сопоставление. Отбор вариантов для экономического анализа.