Původní text


Магнитогорская горно-металлургическая академия им. Magnitogorsk Mining and Metallurgical Academy. Г.И.Носова G.I.Nosova

 

Павлова Галина Анатольевна Galina Pavlova

 

РАЗРАБОТКА ОСНОВ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ ПЛАЗМЕННОГО TECHNOLOGY DEVELOPMENT OF BASES PRODUCING METALS FROM PLASMA

СОСТОЯНИЯ ВОДНО-МИНЕРАЛЬНЫХ СИСТЕМ STATE OF WATER AND MINERAL SYSTEMS

 

Специальность 05.16.03 Металлургия цветных металлов Speciality 05.16.03 Non-Ferrous Metallurgy

 

ДИССЕРТАЦИЯ THESIS

на соискание ученой степени кандидата технических наук for the degree of candidate of technical sciences

 

 

Магнитогорск 1997 Magnitogorsk 1997

 

 

 

Павлова Г.А. Pavlova GA

Разработка основ технологии получения металлов из плазменного состояния водно-минеральных систем: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Development of bases of technology of metals from the plasma state of water and mineral systems: the Thesis for the degree of candidate of technical sciences,

Екатеринбург: ИМЕТ Уро РАН, 1997.120 с - 20 рис. Yekaterinburg: Uro IMET RAS, with 1997.120 - 20 Fig. -13 табл. -13 Table. Библиография 120 назв.- Рус. Bibliography 120 nazv.- Eng.

 

Показано, что интенсификация операций традиционной горно-металлургической технологии, заключающейся в воздействии на внешний тепломассообмен, не всегда приводит к существенному снижению энерго - и материалоемкости производства. It is shown that the intensification of operations of the traditional mining and metallurgical technology, is the impact on the external heat and mass transfer, does not always lead to a significant reduction of energy - and material production. Проведен анализ существующих способов по лучения цветных металлов, приведены их достоинства и недостатки. The analysis of existing methods of radiation non-ferrous metals, given their advantages and disadvantages.

Созданы лабораторно-полупромышленные установки «Энергонива-2» для получения полиметаллических порош ков из водных систем с любыми минеральными и органи ческими добавками (шлаков, стоков и т.д.) с одновременным использованием энергии дейтонной плазмы как ре зультата структурных фазовых превращений 4-6 рода. Created laboratory-pilot plant "Energoniva-2" for polymetallic newly-fallen snow clouds from water systems with any mineral and organic cal additives (slag, sewage, etc.) while using the deuteron energy of the plasma as the results are structurally phase transformation 4-6 kind. Обоснована возможность получения порошков заданного состава, оптимальные гидравлический и электрические ре жимы работы установки. The possibility of obtaining powder of a given composition, the optimum hydraulic and electrical installation work D presses.

Приведены результаты исследований физико-химических свойств полученных порошков. The results of investigations of physical and chemical properties of the powder.

Разработаны основы нового метода разделения и кон центрирования цветных и черных металлов . Developed a new method of separating and centering stake nonferrous and ferrous metals.

Приведена технико-экономическая оценка новой техно логии получения полиметаллических порошков и сплавов из них. It shows the technical and economic assessment of new tech nology obtain polymetallic powders and alloys of them.

 

                                                                         

Оглавление: Table of contents:

 

Введение introduction

 

1.Известные способы получения металлов 1.Izvestnye methods of producing metals

 

1.1 Некоторые способы получения цветных металлов 1.1 Some methods of producing non-ferrous metal

 

1.2 Получение металлов с использованием энергии фазовых переходов ……………………. 1.2 Preparation of metals using phase transitions Energy ......................... 16 16

 

2. Экспериментальная часть 2. Experimental part

 

2.1 Роль воды в процессе получения полиметаллических 2.1 Role of water in the preparation of the polymetallic

порошков по технологии «Энергонива-2» ………………………………………………..25 "Energoniva-2" powder technology ...................................................... ..25

 

2.2 Алгоритм технологии получения порошков ……………………………………………….28 2.2 Algorithm technology of powders ...................................................... .28

 

2.3 Агрегат «Энергонива 2» ……………………………………………………………………..31 2.3 The unit "Energoniva 2" .............................................................................. ..31

 

2.4 Энерго - технологический комплекс «Энергонива-2» ……………………………………..33 2.4 Energy - technological complex "Energoniva-2" .......................................... ..33

 

2.5 Режимы работы агрегата «Энергонива-2» ………………………………………………….44 2.5 "Energoniva-2" Operating modes of the unit ......................................................... .44

 

2.6 Производительность агрегата ……………………………………………………………….48 2.6 Performance unit ........................................................................ .48

 

2.7 Безопасные режимы работы …………………………………………………………………....53 2.7 Secure modes ........................................................................... .... 53

 

3. Применение агрегатов «Энергонива 2» для обработки водно-минеральных систем 3. The use of units "Energoniva 2" for the treatment of water and mineral systems

 

3.1 Обработка рудно-минеральных систем …………………………………………. 3.1 Processing of ore-mineral systems ................................................. 57 57

 

3.2 Обработка водно-минеральных систем промышленного и бытового происхождения в агрегате «Энергонива-2» ………………………………………….65 3.2 Treatment of water and mineral systems for industrial and domestic origin in the unit "Energoniva-2" ................................................ .65

4.Физико-химические свойства полиметаллических порошков, 4.Fiziko-chemical properties of polymetallic powders,

полученных на агрегате «Энергонива-2 …………………………………………… 71 received on the unit "Energoniva 2 ................................................... 71

 

5.Методы переработки полиметаллических порошков 5.Metody processing polymetallic powders

 

5.1 Классификация способов разделения порошков ……………………………………………. 5.1 Classification of methods of separation of powders .................................................... 84 84

 

5.2 Основы технологии разделения порошков последовательным плавлением ……………….94 5.2 Basis of separation technology of powders by melting successive .................. .94

 

Заключение и выводы ……………………………………………………………………………..104 Summary and Conclusions ....................................................................................... ..104

 

Библиографический список References

 

Содержание Content

 

Приложения apps

 

ВВЕДЕНИЕ INTRODUCTION

 

Металлургия является базовой отраслью народного хозяйства. Metallurgy is a basic sector of the national economy. Она требует больших капитальных затрат на поиски и разработку сырья, на его переработку. It requires large capital expenditures for exploration and development of raw materials for its processing. Кроме того, руды цветных, редких и благородных металлов содержат полезные компоненты в концентрациях от нескольких граммов до десятков килограммов в тонне руды (за исключением алюминиевого сырья). Furthermore, ores of non-ferrous, rare and precious metals contain useful components in concentrations ranging from a few grams to tens of kilograms per tonne of ore (except aluminum raw materials).

Например, для производства 1т меди необходимо добыть и переработать 150-160 т руды среднего качества, 1т тантала - 70-80 т руды и т.д. For example, for the production of 1t of copper is necessary to obtain and process 150-160 tons of ore of average quality, 1t tantalum - 70-80 tons of ore, etc. /1/. /1/. Количество руды, необходимой для производства 1т металла, несмотря на научно-технический прогресс, постоянно возрастает. The amount of ore needed to produce 1t of metal, despite technological progress, is constantly increasing. Переработка руд цветных и черных металлов, вследствие больших материальных потоков - дорогостоящий процесс, требующий больших затрат топлива, энергии, рабочей силы, сложного оборудования /1,2,3/. Recycling of non-ferrous and ferrous metals, due to the large material flows - an expensive process that requires more fuel, energy, labor force, sophisticated equipment / 1,2,3 /.

 

В настоящее время для металлургии России, как и всего мира, характерно снижение ресурсов высококачественных руд, а по ряду целевых элементов - необходимость импорта. Currently, for metallurgy in Russia, as well as all over the world, is characterized by a decrease of high-quality ore resources, and on a number of target elements - the need for imports.

Существенно повысились стоимость энергоресурсов и транспортные расходы. Significantly increase the cost of energy and transportation costs. Поэтому значительно повысилась стоимость металлопродукции, и как следствие, возросла цена на товары в других отраслях народного хозяйства(машиностроении, строительстве и др.) /1,3/. Therefore, the cost of steel increased significantly, and as a result, increased the price of the goods in other sectors of the economy (engineering, construction, and others.) / 1,3 /.

Несмотря на многочисленные усовершенствования технологий по добыче и переработке металлургического сырья, существующие процессы не позволяют в полной мере комплексно его использовать. Despite numerous improvements in technologies for extraction and processing of metallurgical raw materials, existing processes do not allow the full use of his complex. В ходе получения металлов образуется большое количество газообразных, жидких и твердых отходов, что значительно ухудшает экологическую обстановку. During the production of metals, a large number of gaseous, liquid and solid waste, which significantly degrades the environment.

Поэтому поиск и разработка принципиально новых технологий (менее материало- и энергоемких, экологически чистых), а также расширение ресурсной базы металлургии имеет актуальное значение. Therefore, the search and development of new technologies (less material- and energy-intensive, environmentally friendly), and the expansion of the resource base metals is relevant.

 

Одним из новых направлений развития металлургии является овладение процессами фазовых переходов 4-6 рода, т. е. при температурах 150 000-300 000 К, в ходе реализации которых рядом ученых теоретиков (Гинзбург В.Л., Арцимович Л.А., Юкава X.) предсказывалось выделение значительного количества энергии. One of the new directions of development of metallurgy is to master the processes of phase transitions 4-6 kind, t. E. At 150 000-300 000 K, in the course of which a number of scientists theorists (VL Ginzburg, Artsimovich LA, Yukawa X.) predicted evolution of considerable amounts of energy. Основываясь на /21,23,24,41,65,66/ Иванов Н.И. Based on / 21,23,24,41,65,66 / Ivanov NI и Вачаев А.В. Vacha and AV разработали теорию практического использования эффектов фазовых переходов 4-6 рода с целью получения электрической энергии /8,17/. We developed a theory of practical use of the effects of phase transitions 4-6 kind in order to obtain electrical energy / 8,17 /. В ходе исследований выяснилось, что кроме электроэнергии на данной установке можно получать металлы в виде полиметаллических порошков. The study found that in addition to the power of this unit can produce metals in the form polymetallic powders. Однако процесс их получения, свойства, способы и области применения не изучались. However, the process for their preparation, properties, methods, and applications have not been studied.

 

Цель работы : Objective:

Разработке основ технологического процесса получения металлов из водных и водно-минеральных систем с использованием эффектов фазовых превращений 4-6 рода. The development of the foundations of the technological process of obtaining metals from aqueous and aqueous-mineral systems using the effects of phase transformations 4-6 kind.

 

Основные задачи, решаемые в работе: The main problems to be solved in the work:

-разработка технологии переработки водных и водно-минеральных систем, отходов и промстоков любого производства с целью получения полиметаллических порошков в результате реализации фазовых превращений 4-6 рода; -development of technology for the processing of water and water-mineral systems, waste and effluent of any production for polymetallic powders as a result of phase transformations 4-6 kind;

 

- исследование параметров процесса получения полиметаллических порошков заданного состава; - The study of process parameters producing polymetallic powders given composition;

 

- изучение свойств получаемого материала; - The study of the properties of the resulting material;

 

- разработка технологической схемы переработки полученного материала; - Development of technological scheme of processing of the resulting material;

 

-разработка принципиальных основ расчета конструирования, сооружения агрегатов для. -development of the fundamental principles of the calculation of the construction, aggregates for construction. разделения металлов, получаемых из полиметаллических порошков. separation of metals derived from polymetallic powders.

 

Научная новизна работы заключается в следующем: The scientific novelty of the work is as follows:

- экспериментально подтверждена возможность использования водных и водно-минеральных систем в качестве плазмообразующей среды для получения полиметаллических порошков; - Experimentally confirmed the possibility of the use of water and water-mineral systems as a plasma-forming medium for polymetallic powders;

 

- получены статистические и динамические характеристики процессов получения, сушки и переработки полиметаллических порошков; - Get the static and dynamic characteristics of the processes of production, drying and processing of polymetallic powders;

 

- показана возможность получения сплавов цветных металлов и сплавов на основе железа методом последовательного плавления и разделения полиметаллического порошка (основного продукта фазовых превращений) путем отжима расплавов от порошковой массы. - The possibility of obtaining an iron-based alloys and non-ferrous metal alloys by successive melting and separation of polymetallic powder (the main product of phase transformations) by spinning melts of the powder mass.

 

Практически ценность работы заключается : In practice, the value of the work is:

- в создании установок «Энергонива-2» для реализации фазовых превращений 4-6 рода и получения полиметаллического порошка; - In the creation of "Energoniva-2" systems for the implementation of phase transformations 4-6 type and polymetallic obtain a powder;

- определении режимов работы агрегатов «Энергоииаа-2» с целью получения полиметаллического порошка заданного состава; - Determining the operating modes "Energoiiaa-2" units in order to obtain poly-metallic powder of a given composition;

- создании печей нового типа (пресс - плавильных) для разделения металлов методом - The creation of a new type of furnace (news - melting) for the separation of metals by

последовательного плавления с отжатием расплавов; consistent with the squeezing of melting melts;

- расширении сырьевой базы металлургии - Expanding the raw material base metals

 

                                                          Реализация результатов: Implementation of the results:

Разработаны технические задания для ряда предприятий Челябинской области на проектирование промышленных систем (Приложение 1) : Terms of reference for a number of enterprises of the Chelyabinsk region in the design of industrial systems (Annex 1):

- экологических - с целью переработки вредных выбросов промышленных и других предприятий (стоков, шламов, шлаков и т.д.) - Environmental - with the aim of processing industrial emissions and other enterprises (sewage, sludge, slag, etc.)

- металлургических - с целью получения сырья для черной и цветной металлургии. - Steel - in order to obtain raw materials for ferrous and non-ferrous metallurgy.

 

                                                                      Публикации: Publications:

Результаты работы докладывались на межгосударственной научно-технической конференции «Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала» (1995г., MГМА), всероссийской The results were reported at the intergovernmental scientific-technical conference "The development of raw material base of industrial enterprises in the Urals" (1995., MGMA), the All-Russia

конференции «Состояние и перспективы развития городов Южно-уральского региона» (1996г. , МГМА); conference "State and prospects of development of the South-Ural region Cities" (1996, IANGV.); межгосударственной научно-технической конференции . Interstate scientific and technical conference. «Проблемы развития металлургии Урала на рубеже 21 века» (1996г. , МГМА); "Problems of development of the Urals metallurgy at the turn of the 21st century" (1996, IANGV.); симпозиуме «СИНЕРГЕТИКА, структура и свойства материалов. Symposium "Synergetics, structure and properties of materials. Самоорганизующиеся системы» (1996 г., Москва). Self-organizing systems "(1996, Moscow).

 

По материалам работы опубликовано 12 статей и тезисов; According to the materials of the work published 12 articles and abstracts; получено 2 решения о выдаче патентов РФ: received 2 decision to grant a patent of the Russian Federation:

 

1.Иванов Н.И., Вачаев А.В., Павлова Г.А. 1.Ivanov NI Vacha AV, Pavlov GA О закритических состояниях вещества и их значении для развития энергометаллургической технологии //Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала: Тез. About supercritical states of matter and their significance for the development of energy and metals technology // Development of the raw material base of industrial enterprises of the Urals: Tez. докл. rep. Межгосуд. Mezhgosud. науч.-техн. scientific and engineering. конф. Conf. - Магнитогорск-1995.- с. - Magnitogorsk, 1995.- p. 171-172. 171-172.

 

2. Иванов Н.И., Вачаев А.В., Павлова Г.А. 2. Ivanov NI, Vacha AV, Pavlov GA Дейтонная плазма - источник металлов, энергии и чистой воды. Dayton plasma - a source of metals, energy and clean water. //Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала: Тез. // The development of raw material base of industrial enterprises of the Urals: Tez. докл. rep. Межгосуд. Mezhgosud. науч.-техн. scientific and engineering. конф. Conf. - Магнитогорск-1995.- с. - Magnitogorsk, 1995.- p. 173-174. 173-174.

 

3. Иванов Н.И., Вачаев А.В., Павлова Г.А.Утилизация отходов промышленности //Состояние и перспективы развития городов Южно-Уральского региона : Тез. 3. Ivanov NI, Vacha AV, Pavlova G.A.Utilizatsiya industrial waste // Condition and prospects of development of cities of the South Ural region: Tez. докл. rep. Межгосуд. Mezhgosud. науч.-техн. scientific and engineering. конф. Conf. - Магнитогорск -1995.- с. - Magnitogorsk -1995.- with. 64-67. 64-67.

 

4. Иванов Н.И., Вачаев AB, Павлова Г.А.Возможности дейтонной технологии при очистке сточных вод //Состояние и перспективы развития городов Окно -.Уральского региона : Тез. 4. Ivanov NI, Vacha AB, Pavlov G.A.Vozmozhnosti deuteron technology in wastewater treatment // Condition and prospects of urban development window -.Uralskogo region: Tez. докл. rep. Межгосуд. Mezhgosud. науч. scientific. - техн. - Tehn. конф. Conf. - Магнитогорск-1995.- с.16-18. - Magnitogorsk, 1995.- s.16-18.

 

5. Иванов Н.И., Павлова Г.А., Вавилов Н.С., Фолманис Г.Э., Коваленко JI.B. 5. Ivanov NI, Pavlova GA, Vavilov NS, GE Folmanis Kovalenko JI.B. Полиметаллические порошки,получаемые по технологии «Энергонива» //Синергетика. Polymetallic powders obtained by "Energoniva" technology // Synergetics. Структура и свойства материалов: Тез. The structure and properties of materials: Proc. докл. rep. Симпозиума-М.-РАН,1996. Symposium-MM-RAS, 1996. - с.13. - P.13.

 

6. Иванов Н.И., Павлова Г.А., Вачаев А.В.Состав и свойства сплавов из полиметаллического порошка, полученного по технологии «Энергонива» //Синергетика. 6. Ivanov NI, Pavlova GA, Vacha A.V.Sostav and properties of the alloys of polymetallic powder obtained by «Energoniva" technology // Synergetics. Структура и свойства материалов: Тез. The structure and properties of materials: Proc. докл. rep. Симпозиумам. Symposium. -РАН, 1996. -с.99 . Early Bird, 1996. -s.99.

 

7. Иванов Н.И., Вачаев А.В., Павлова Г.А.Разработка и исследование энергометаллургической технологии, соответствующей требованиям оптимального природопользования. 7. Ivanov NI, Vacha AV, Pavlova G.A.Razrabotka technology and research of energy and metals, the corresponding optimal environmental management requirements. // Проблемы развития металлургии Урала на рубеже 21 века: Межвуз. // Problems of development of the Urals metallurgy at the turn of the 21st century: Hi. сб. Sat. науч. scientific. трудов-Магнитогорск-1996.-с.104-107. works-Magnitogorsk-1996-s.104-107.

 

8. Иванов Н.И., Вачаев А.В., Павлова Г.А.Метастабильные полиметаллические порошки - новый металлургический ресурс // Проблемы развития металлургии Урала на рубеже 21 века: Межвуз. 8. Ivanov NI, Vacha AV, Pavlova G.A.Metastabilnye polymetallic powders - new metallurgical resources // Problems of development of metallurgy of the Urals at the turn of the 21st century: Hi. сб. Sat. науч. scientific. трудов-Магни-тогорск-1996.-с.108-110. works-Magni-togorsk-1996-s.108-110.

 

9. Иванов Н.И., Вачаев А.В., Павлова Г.А.Получение полиметаллических порошков из железосодержащих руд и отходов // Проблемы развития металлургии Урала на рубеже 21 века: Межвуз .сб. 9. Ivanov NI, Vacha AV, Pavlova G.A.Poluchenie polymetallic powders of iron ores and waste // Problems of development of metallurgy of the Urals at the turn of the 21st century: Hi .sb. науч. scientific. трудов -Магнитогорск -1996.-с.120-123. works -Magnitogorsk -1996.-s.120-123.

 

10. Иванов Н.И., Вачаев А.В., Павлова Г.А.Разделение полиметаллических порошков на моноэлементные системы // Проблемы развития металлургии Урала на рубеже 21 века: Межвуз. 10. Ivanov NI, Vacha AV, Pavlova G.A.Razdelenie polymetallic powders on the single-element systems // Problems of development of metallurgy of the Urals at the turn of the 21st century: Hi. сб. Sat. науч. scientific. трудов – Магнитогорск -1996.-с.124-127. works - Magnitogorsk -1996.-s.124-127.

 

11. Иванов Н.И., Вачаев А.В., Павлова Г.А.Критическая температура дейтонизации // Проблемы развития металлургии Урала на рубеже 21 века: Межвуз.сб. 11. Ivanov NI, Vacha AV, Pavlova G.A.Kriticheskaya deytonizatsii temperature // Problems of development of the Urals metallurgy at the turn of the 21st century: Mezhvuz.sb. науч. scientific. трудов-Магнитогорск-1996-с.117-119. works-Magnitogorsk-1996 s.117-119.

 

12. Иванов Н.И., Вачаев AB»Павлова Г.А.Генерация электроэнергии в процессах преобразования вещества в чистые металлы // Проблемы развития металлургии Урала на рубеже 21 века: Межвуз.сб. 12. Ivanov NI, Vacha AB »Pavlov G.A.Generatsiya electricity in the process of transformation of matter into pure metals // Problems of development of the Urals metallurgy at the turn of the 21st century: Mezhvuz.sb. науч. scientific. Трудов - Магнитогорск -1996.-с.111-116. Labour - Magnitogorsk -1996.-s.111-116.

 

13. Вачаев А.В., Павлова Г,А, Иванов Н.И., Иванов А.Н. 13. Vacha AV, Pavlov H, A, Ivanov NI, Ivanov AN Способ получения элементов и устройство для его осуществления. The process for producing elements and the device for its implementation. Решение о выдаче патента на изобретение РФ по заявке 94020392/25(019903) от 31.05.94г. The decision to grant a patent for the invention of the Russian Federation on the application 94020392/25 (019903) on 31.05.94g. приоритет от 27.01.1997 г. priority from 27.01.1997, the

 

14. Вачаев А.В., Павлова Г,А, Иванов Н.И., Иванов А.Н. 14. Vacha AV, Pavlov H, A, Ivanov NI, Ivanov AN Способ утилизации отходящих газов. A method of disposing of waste gases. Решение о выдаче патента на изобретение РФ по заявке 94025449/26(024755) от 06.07.94г. The decision to grant a patent for the invention of the Russian Federation on the application 94025449/26 (024755) on 06.07.94g. приоритет от 19.07.1996 г. priority from 19.07.1996, the

 

1.ИЗВЕСТНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ. 1.IZVESTNYE METHODS OF PRODUCING METALS.

                                   

1.1 Некоторые способы получения цветных металлов 1.1 Some methods of producing non-ferrous metal

Металлы являются основой техники 20 века. Metals are the basis for the art of the 20th century. Современной промышленности, кроме чугуна и стали, требуются 74 элемента - металла и несколько элементов - неме таллов ( S , Se ), получаемых на предприятиях цветной металлургии /3,9,34/. Modern industry, except the iron and steel, requires 74 elements - metal and a few elements - neme metals (S, Se), obtained in the non-ferrous metallurgy enterprises / 3,9,34 /. Без большинства этих элементов невозможно развитие ряда отраслей производства. Without most of these elements it is impossible to develop a number of industries. В последнее время важное значение приобретают цветные металлы особой чистоты, полупроводниковые материалы, редкие и рассеянные металлы. In recent years become important non-ferrous metals of high purity, semiconductor materials, rare and trace metals. Применение цветных метал лов в больших масштабах объясняется их технологиче скими, теплофизическими свойствами. The use of non-ferrous metal crystals on a large scale due to their technological cal, thermal properties. Высокая электро проводность и теплопроводность меди, алюминия, серебра объясняют их применение в электротехнике. High electrical conductivity and thermal conductivity of copper, aluminum, silver, explain their use in electrical engineering. Для тита на, никеля, свинца, олова, молибдена, меди, алюминия харак терна устойчивость против коррозии. For titanium, nickel, lead, tin, molybdenum, copper, aluminum thorns characterized corrosion resistance. Очень важна их способность образовывать разнообразные сплавы, которым присущи более высокие физические и механические свой ства по сравнению со свойствами каждого входящего в них компонента. Very important is their ability to form a variety of alloys, which have higher physical and mechanical properties of as compared with the properties of each component included in them. Цветные металлы и сплавы склонны к пластической деформации, что позволяет получать из них ковкой, штамповкой, прокаткой изделия самых разнообраз ных форм и размеров. Non-ferrous metals and alloys are prone to plastic deformation, that allows to receive from them forging, stamping, rolling products most diverse forms and sizes.

Рост производства цветных металлов в течение на шего века в основном происходил за счет увеличения производственных мощностей действующих заводов и строительства новых, на которых внедрялись новые про цессы, совершенствовались технологии, модернизировалось оборудование. The increase in production of non-ferrous metals for on our century was largely driven by increasing production capacities of existing plants and building new ones, which introduced new processes which improved technology to upgrade their equipment.

Самыми широко применяемыми в промышленности цветными металлами являются медь, цинк, алюминий, сви нец, титан, олово, магний, никель. The most widely used in the industry non-ferrous metals are copper, zinc, aluminum, the pigs last, the titanium, tin, magnesium, nickel.

 

В начале 20 века единственным способом получения меди была плавка богатых окисленных медных руд в шахтных печах, было разработано несколько схем перера ботки руды: пиритная, полупиритная плавка. In the early 20th century, the only way to produce copper smelting was rich oxidised copper ore in blast furnaces, several schemes Perera ore processing have been developed: pyrite, polupiritnaya melting. Бурное развитие промышленности потребовало резкого увеличения выпуска меди. The rapid development of industry demanded a sharp increase in copper output. Это удалось осуществить перерабатывая бедные медью руды, обогащая их. It succeeded in processing the ore, enriching their poor copper. С обогатительных фабрик в металлургическую промышленность стали поступать концентраты, непригодные для непосредственной плавки в шахтных печах. With the concentrators in the steel industry began to receive concentrates unsuitable for direct smelting in blast furnaces. Для плавки таких концентратов применяют отражательные печи. For such concentrate smelting reverberatory furnaces used. Плавка ведется в крупных метал лургических печах (длина до 4 0 м, ширина до 10 м). Melting is carried out in large furnaces metal lurgy (length 4 0 m, width 10 m). Черновая медь подвергается в последующем огневому и электролитическому рафинированию /32,33,34/. Blister copper is exposed in the subsequent fire and electrolytic refining / 32,33,34 /.

Свинец в основном выплавляют в шахтных печах из агломерированного концентрата с последующим огневым рафинированием чернового свинца. Lead is mainly smelted in shaft furnaces of agglomerated concentrate followed by fire refining of lead bullion. Никель производится, в основном, плавкой агломерата в шахтных печах с получением штейна и переработкой его на файнштейн в конвер терах. Nickel is produced mainly by melting of the agglomerate in blast furnaces to produce a matte and processing it to matte in Convers Terah.

Конструирование печей, способы отопления и режимы плавки постоянно совершенствовались , улучшалась подготовка шихты, распространился высокотемпературный об жиг шихты в печах кипящего слоя (что обогащает штей ны, улучшает утилизацию серы из сырья). Construction of furnaces, heating and melting methods regimes constantly improved, improved preparation charge, spread high-temperature annealing of the charge in the fluidized bed furnace (which enriches us Stein, improves utilization of sulfur from the raw material).

Однако, несмотря на все это, существующие технологии имеют существенные недостатки. However, despite all this, the existing techniques have significant drawbacks. Прежде всего, это нерациональность теплово го баланса. First of all, the irrationality of the thermal balance. Обжиг и агломерация, применяемые перед плавкой, протекают с избытком теплоты и требуют его отвода. Roasting and sintering applied to the fuse, proceed with excess heat and require its removal. Плавление в шахтных или отражательных печах требует применения высококачественного топлива для поддержания оптимального температурного режима процесса при огромных потерях теплоты с дымовыми газа ми. Smelting in shaft or reverberatory furnaces require the use of high-quality fuel to maintain the optimal temperature regime of the process at a huge loss of heat from the flue gas in E. Конвертирование штейна сопровождается образованием большого количества химически активных газов с высокой температурой и следовательно потерями теплоты. Converting the matte accompanied by formation of large amounts of reactive gases with high temperature and thus the heat losses. Дутье, обогащенное кислородом, улучшает тепловой баланс печей снижает расход топлива, но не дает существенно го улучшения технологии. Blowing oxygen-enriched kiln improves heat balance reduces fuel consumption, but does not significantly improve the technology of.

Недостатком существующей технологии является также ее многопередельность: каждый передел ведет The drawback of existing technology is also its mnogoperedelnost: each repartition is

к потерям металла и нерациональным трудозатратам. to metal loss and unsustainable labor costs.

Кроме того, все процессы связаны с потреблением воздуха и с образованием больших газовых потоков Also, all processes associated with the intake of air and the formation of large gas flows

при высоких скоростях и пылеуносе. at high speed and dust discharge. Это ведет к необходимо сти сооружения мощных воздуходувных This leads to the need to STI structures of powerful blowers

и дымососных станций, газоочистных установок. and smoke extraction plants, gas treatment plants. С отходящими газами теряется большое количество серы, поступившей с сырь ем, сложность утилизации которой ведет к загрязнению атмосферы. With the exhaust gases lose a large amount of sulfur, raw material received with it, the complexity of waste which leads to pollution of the atmosphere.

Существенно улучшила процесс переработки медного и никелевого концентрата взвешенная плавка, в которой обжиг и плавка совмещены. Significantly improve the process of refining copper concentrate and nickel flash smelting, where the roasting and smelting combined. Этот процесс опробован фин ской компанией Оутокумпу. This process was tested Finnish company Outokumpu tion. Но процесс еще не стал авто генным :потребность в топливе лишь снижена, объем га зов сократился, но остался довольно высоким, серы из влекают больше, но ее полная утилизация не достигается /33,34/. But the process has not yet become auto gene: the need for fuel only reduced the amount of hectares call dropped, but remained relatively high sulfur are extracted more, but it has not achieved full utilization / 33,34 /.

Улучшить показатели взвешенной плавки позволяет применение кислородного дутья, т.е. Improve the performance of flash smelting allows the use of oxygen injection, ie кислородно-факель ная плавка. oxygen torch melting tion. Процесс позволяет получать богатые штей ны, газов выделяется в 6 раз меньше, чем при взвешенной плавке, появляется возможность более полного извлече ния серы из отходящих газов. The process allows you to get rich Stein us, gas is released in 6 times less than in the flash smelting, it is possible to more fully extract of sulfur from exhaust gases.

 

Более прогрессивным является кивцэтный процесс. A more progressive is KIVCET process.

Кивцетный агрегат объединяет последовательно установ ленные аппараты: циклонная камера, электротермическая печь, конденсатор; Kivtsetny unit combines consistently estab- lished by phones: cyclone chamber, electrothermal furnace, condenser; процесс в нем непрерывен /34/. It is continuous process / 34 /. Подсу шенный сульфидный концентрат вдувается в потоке ки слорода, в распыленном состоянии интенсивно окисляется и плавится; Overseeding Weighted sulfide concentrate is injected into the stream of oxygens in an atomized state intensely oxidized and melted; в циклонной части образуется шлако - штейновый расплав, который непрерывно поступает в электротермическое отделение. in the cyclone part in slag - molten matte which is continuously supplied to the electro-department.

Содержащиеся в нем цинк, свинец восстанавливаются и возгоняются с другими легколетучими металлами. It contains zinc, lead and sublime restored to other highly volatile metals. Цинк конденсируется в конденсаторе в жидкий металл, а другие элементы в виде оксидов улавливаются в аппаратах для очистки га зов. Zinc condensing in the condenser in the liquid metal and other elements as oxides trapped in the apparatus for cleaning ha call. Газы, образующиеся при обжиге - плавке, содержат 80% сернистого ангидрида и направляются на получение се ры. The gases generated during firing - smelting, containing 80% of sulfur dioxide and sent to ry se. Количество их резко сокращается /33,34/. Their number sharply reduced / 33,34 /. Кроме меди в данном процессе получают и черновой свинец. In addition to copper in the process receive and bullion. Черновые медь и никель получают также и плавкой концентратов в конвертерах. Blister copper and nickel were also prepared and concentrates smelting converters.

 

Цветные металлы можно получать и гидрометаллур гическими способами: из водных растворов солей металлов после выщелачивания их из окисленных или обожженных руд и концентратов. Non-ferrous metals can also be obtained gidrometallur cal ways: from aqueous solutions of metal salts from the leaching of oxidized ores and baked or concentrates. Но эти способы имеют свои не достатки: сложность сгущения и фильтрации, потери по лезного раствора, сложность состава получаемых раство ров, громоздкость схемы последующей очистки от метал лов-спутников и примесей. But these methods are not their wealth: the complexity of the thickening and filtration, the loss is useful to the solution, the complexity of the composition of the prepared sol ditch cumbersome scheme further purification by metal-fishing companions and impurities. Новыми направлениями в рам ках гидрометаллургического способа являются экстракция и сорбция. New directions in the framework of a hydrometallurgical process is the extraction and adsorption. Дальнейшее усовершенствование гидроме таллургических процессов связывают с использованием автоклавной технологии для окисления, выщелачивания и восстановления. Further improvement of the hydro- metallurgical processes associated with using autoclave technology for the oxidation, leaching and recovery.

  

Современный способ производства алюминия элек тролизом глинозема, растворенного в расплавленном криолите, в принципе сохранился неизменным с момента его изобретения /34/. The modern way of production of aluminum elec trolysis of alumina dissolved in molten cryolite, basically remained unchanged since its invention, / 34 /.

Конечно, в него внесены существенные технические усовершенствования: увеличена еди ничная мощность электролизера, усовершенствована кон струкция анода, способы очистки газов. Of course, it made significant technical improvements: increased edi-border capacity of the cell, improved con struction anode gas cleaning methods.

 

Для производства титана и магния применяется замкнутая схема. For the production of titanium and magnesium is used a closed circuit. Титан получают магниетермическим ме тодом, восстановлением его из жидкого тетрахлорида ти тана металлическим магнием. Titanium is obtained by the method for magnesium, reducing it from a liquid tetrachloride with magnesium metal minute Thane. Магний получают электроли зом расплавленного безводного хлористого магния. Magnesium electrolytes obtained Zom molten anhydrous magnesium chloride. При производстве титана необходима защитная атмосфера (аргон). In the production of titanium necessary protective atmosphere (argon). Применяемый и получаемый в данном процессе хлор представляет собой определенную опасность /12,58/. The applied and obtained in this process chlorine is a certain danger / 12,58 /.

 

Редкие металлы: ниобий, тантал, цирконий, гаф ний, кремний, бериллий, литий получают металлотермиче ским восстановлением хлоридов. Rare metals: niobium, tantalum, zirconium, GAF tions, silicon, beryllium, lithium receive metallotermiche skim restoration of chlorides.

Ультрачистый кремний - восстановлением водородом четыреххлористого кремния или трихлорсилана. Ultrapure silicon - hydrogen reduction of silicon tetrachloride and trichlorosilane. Так же применяют методы экстракции и сорбции, важны и кристаллографические методы очист ки: зонная плавка, вытягивание монокристаллов из рас плава и т.д./9,12,27,36/. Just apply the methods of extraction and sorption are important and crystallographic methods wat ki: zone melting, pulling single crystals from melt races etc / 9,12,27,36 /.

Производство цветных металлов обладает высокой энергоемкостью /1,9,71/. Production of non-ferrous metals has a high energy / 1,9,71 /.

 

Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы: From the above we can draw the following conclusions:

- несмотря на все технические усовершенствования, технологические схемы процессов получения цветных металлов не претерпели коренных изменений ; - In spite of technical improvements, technological schemes of processes of non-ferrous metals have not undergone radical changes;

- пирометаллургические процессы нуждаются в большом количестве высококачественного топлива и окислителя, дефицит которых неизбежен и наблюдается сейчас в нашей стране - Pyrometallurgical processes require large amounts of high-quality fuel and oxidant, the lack of which is inevitable and there is now in our country

- все способы получения металлов используют сложные многоступенчатые технологические схемы; - All methods of obtaining metals are complex multi-technological schemes;

- для получения металлов необходимо громоздкое, сложное аппаратное оформление; - For metals must be bulky, complex hardware design;

- для электротермических методов характерны значительные затраты электроэнергии; - For electrothermal techniques characterized by significant power consumption;

- методы сорбции и экстракции нуждаются в разработке эффективных и экологически безопасных сорбентов, - Methods of sorption and extraction need to develop efficient and environmentally friendly sorbents,

- производство цветных металлов сопровождается выделением большого количества вредных газов, шламов, шлаков, которые несмотря на соответствующую очистку наносят непоправимый ущерб экологии . - Production of non-ferrous metals is accompanied by the release of large amounts of harmful gases, sludge, slag, which despite a clean cause irreparable environmental damage.

Поэтому необходим поиск новых технологий получения металлов. Therefore, a search for new technologies to produce metals. Одной из таких является технология получения металлов - твердого продукта плазменной обработки водных систем. One such technology is the production of metals - a solid plasma treatment of aqueous systems.

 

1.2 Получение металлов с использованием энергии фазовых переходов 1.2 Preparation of metal using a phase transition energy

Впервые возможность использования энергии фазовых переходов высших порядков (4 -6 рода) для получения электрической энергии и синтеза новых веществ была теоретически предсказана еще в 50 -60-х годах 20 века /67,68/ и практически подтверждена А.В. The possibility of using the energy of higher-order phase transitions (4 -6 kind) to produce electrical energy, and the synthesis of new materials was theoretically predicted in the 50 -60 years of the 20th century / 6768 /, and practically confirmed AV Вачаевым и Н.И.Ивановым /8,17/. Vachaevym and N.I.Ivanovym / 8,17 /.

Причем особое внимание уделялось вопросам получения энергии, а процесс получения металлических порошков, их свойства, способы применения изучались недостаточно полно. Moreover, special attention was paid to energy and the process of producing metallic powders, their properties, application methods have been studied insufficiently.

Рассматривая состояние вещества на Р- V диаграмме (рис. 1. 1), можно увидеть, что фазовые переходы 4-6 рода представляют собой предельные состояния вещества; Considering the state of the substance P in the V diagram (. 1. Figure 1), we can see that kind of phase transitions 4-6 are marginal states of matter; их изотермы Т пл ., Т исп , Т кон , нанесены на диаграмме. their isotherms mp., T es T con, plotted on the chart.

                                                     P - V диаграмма состояния вещества P - V diagram of the state of matter

Рис. Fig. 1.1 1.1

Согласно принятому делению частиц по крупности (рис.1.2), анализируя состояние вещества (рис.1.1) выяснено, что в ходе реализации 4 фазового перехода происходит отдача электронов с первых наружных оболочек 4 spdf + 5 spdf + 6 spdf +7 s ), т.е плазма представляет собой в данном случае поток электронов и ионов. According to the accepted division of particles by size (Figure 1.2), analyzing the state of matter (Figure 1.1) found that in the course of 4 phase transition occurs the return of electrons from the outer shells of the first 4 spdf + 5 + 6 sPDF spdf +7 s), t .e plasma is in this case, the flow of electrons and ions.

Однако возможно, что в этом потоке находятся дейтоны элементов 1 – 3 периодов Периодической системы Д.И. However, it is possible that in this stream are deuterons elements 1 - 3 periods of the Periodic DI Менделеева. Mendeleev.

В такой плазме при закалке возможен синтез как лёгких, так и тяжелых элементов. In such a plasma quenching possible synthesis of both light and heavy elements.

 

Для фазовых переходов 5-рода ионизация вещества идет на уровне 2 s -2 p оболочек, соответствуя элементам 4-5 периодов Периодической системы Д.И. For phase transitions 5 kind of ionization of matter is at 2 s -2 p shells, corresponding to the elements of periods 4-5 DI Periodic System Менделеева. Mendeleev.

При этом образуется некоторое количество электронов, которое можно отвести из плазмы. This creates a certain number of electrons that can be withdrawn from the plasma.

Фазовые переходы 6 рода - продолжение предыдущего 5 - заключаются в полной дейтонизаиии вещества. Phase transitions 6 kind - a continuation of the previous 5 - are in full deytonizaiii substance. В этом случае образуются мощные электронно-дейтонные системы. In this case, formed a powerful e-deuteron system.

Практически, в ходе реализации фазовых переходов 4- 6 рода непрерывно создаются условия для образования дейтонной плазмы. In practice, during the implementation phase transitions 4- 6 sort continually create conditions for the formation of the plasma Dayton. Процессы ионизации вещества, способы и методы получения плазмы с температурой 150 000-300 000 К (4 -5 фазовые переходы) требуют тщательного изучения. Ionization process the materials, methods, and methods for producing plasma with a temperature of 150 000-300 000 K (4 -5 phase transitions) require careful study.

                          

                                 

 

 

 

 

 

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛАЗМЕННЫХ СОСТОЯНИЙ CLASSIFICATION plasma state

Рис. Fig. 1.2 1.2

Существует ряд способов ионизации вещества: нагрев его в пламени, электротермический нагрев, сочетание электротермического нагрева с высокочастотным, ионно-циклотронный резонансный нагрев, электронно-циклотронный резонансный нагрев и т.д. There are several ways ionization substance: heating it in the flame, electrothermal heating electrothermal combination with high frequency heating, ion-cyclotron resonance heating, electron-cyclotron resonance heating, etc.

Каждый из видов нагрева является источником получения плазмы с различной степенью ее ионизации. Each type of heating is a source of plasma with varying degrees of its ionization. Но широкого распространения данные методы и способы ионизации вещества (газов) не получили из-за сложности установок, низкого коэффициента использования энергии /48, 56, 57, 67/ But these methods are widely available, and processes of ionization of substance (gas) is not received due to the complexity of systems, low efficiency of energy use / 48, 56, 57, 67 /

 

Пучковый нагрев среды, в отличие от упомянуты ранее, способен поднять температуру до 500 000К, для чего нужен электрический разряд от некоторой емкости С с плотностью тока 10 6 А/мм 2 /68/. Beam heating medium, unlike previously mentioned, is able to raise the temperature of 500 to 000K, which is necessary for electrical charge from a capacitor C with a current density of 10 6 A / mm 2/68 /.

Возникающее при этом круговое магнитное поле обжимает плазму до плотности на несколько порядков большей, чем плотность исходной среды, т.е имеет место пинч - эффект, сопровождающийся скин-эффектом, заключающимся в генерации стягивающейся к оси потока магнитной ударной волны. Occurs in this case a circular magnetic field compresses the plasma density up to several orders of magnitude greater than the initial density of the medium, ie there is a pinch - the effect is accompanied by a skin effect, is to generate contracting to a magnetic shock wave flow axis. Например, для аргонной плазмы за счет скин -эффекта возможен разогрев плазменного шнура до For example, argon plasma due to the skin-effect heating the plasma column is possible to 2 2 10 5 К /68/. By May 10/68 /.

В /69/ указывается, что при пучковом нагреве плазмы достигается равновесие механических B / 69 / indicated that the beam plasma heating is achieved by the mechanical balance

Р м и магнитных Р m P m P m and magnetic   сил, т.е. forces, i.e. Р м = Р m P m = P m . .

Согласно законам электромагнитной динамики можно записать: According to the laws of the electromagnetic dynamics may be written:

                                                В 2 In 2 /( 8 / (8 π ) = k (n e · T e + n i · T i )=2nkT , (1.1) π) = k (n e · T e + n i · T i) = 2nkT, (1.1)

 

где n e where n e = =   n i = n – плотность частиц в объеме плазмы, Т - температура пинч-эффекта. n i = n - the density of particles in the plasma volume, T - temperature of the pinch effect.

Токовые нагрузки в рассматриваемой плазме определятся по формуле : Current loads considered in plasma determined by the formula:

 

                                                            I 2 =4 · c 2 · I 4 = 2 · c 2 · k · N · T , . k · N · T,. (1.2) (1.2)

 

где N = π where N = π r 2 n - число частиц в сечении пинча. r 2 n - number of particles in the cross section of the pinch.

С учетом вышесказанного процесс дейтонизации вещества выглядит следующим образом (рис.1.3). In view of the above, the deytonizatsii substances as follows (Figure 1.3).

Через анод и катод реализуется разряд от конденсатора С 1 ; Through the anode and the cathode discharge is realized by the capacitor C 1; атом, находящейся между анодом и катодом, подвергается воздействие стримера С т . atom located between the anode and the cathode is exposed to the streamer Cm. При разряде внешняя оболочка атома разрушается. When discharging the outer shell of an atom is destroyed. Электроны из оболочки выбрасываются в окружающую среду. Electrons are emitted from the sheath to the environment. В мюонной, пионной и мезонной оболочках возникают деформированные области, ослабляющие прочность сцепления нейтронов и протонов в ядре. The muon, pion meson and shells appear deformed area, weakening the adhesion strength of neutrons and protons in the nucleus. Но гиперонная и бозонная оболочки, оказавшись без электронной защиты, стремятся понизить заряд ядра, дестабилизируя его и приводя к делению ядра на несколько частей, каждая из которых обладает минимальной энергией связи типа n -р. But hyperons and bosonic membrane, being without electronic protection, seeking to reduce the charge of the nucleus, destabilizing it and resulting in fission into several parts, each of which has a minimum binding energy of n-type p.

Соответственно распределится энергия оболочек мезонов, бозонов и гиперонов. Accordingly, the distributed energy shells of mesons, bosons and hyperons.

Процессу распада ядра без выброса активных в радиологическом плане частиц способствует индуцированное пинч-эффектом магнитное поле вокруг стримера, обжимающее область стримера до момента проявления сил сильного взаимодействия. The process of disintegration of the nucleus without release of the active particles in terms of radiological promotes induced pinch-effect magnetic field around the streamer, crimped area of the tape until the manifestation of forces of strong interaction. Удаляемые за пределы стримера электроны образуют сверхпроводящую пленку, которая при обжатии давлением Р m Removable outside streamer electrons form a superconducting film, which when compression pressure P m   образует ударную волну, направленную к центру стримера. It forms a shock wave directed toward the center of the tape.

Схема дейтонизации атома Driving deytonizatsii atom

 

Рис. Fig. 1.3 1.3

Если электроны не выводить из зоны реакции, то создаются условия для возникновения атомного взрыва. If the electrons are not output from the reaction zone, the conditions are created for the emergence of a nuclear explosion. Поэтому важным становится непрерывное движение среды, в которой реализуется разряд. So important is the continuous movement of the medium in which the discharge is realized.

   Вторым условием обеспечения устойчивого процесса является отвод избыточных электронов из области реакции. The second condition is a sustainable process of removal of excess electrons from the reaction region. Это достигается приложением направленного потенциала к системе. This is achieved by application of directional capacity to the system.

 

Для поддержания устойчивого процесса скорость передачи потока в область стримера, т. е. на замену дейтонизированного атома, должна быть пропорциональна времени разряда и размерам атома. To maintain a steady flow of process transfer rate to the tape, ie. E. Replacement deytonizirovannogo atom should be proportional to the discharge time and the size of an atom.

 

Если положить, что за время разряда τ р атом переместится, претерпевая ионизацию, на расстояние а/2, где а – характеристический размер атома, то действие пинч- и скин-эффектов сохранится. If we assume that during the discharge τ p atom moves, undergoing ionization, at a distance of a / 2, where a - a characteristic size of the atom, the effect of the pinch and skin effects persist.

Следовательно, последующий атом, занимая место ионизированного, окажется под воздействием эффектов, разрушающих электронную оболочку. Consequently, the subsequent atom ionized ranking, will be exposed to the effects of destroying the electron shell.

По мере перемещения среды по оси скин-эффекта, всё новые и новые порции среды замещают ионизированные, не давая процессу прекратиться. As you move Wednesday to skin effect axis, all new and new portions of the ionized medium is replaced, do not cease giving process. Практически это означает, что процесс становится непрерывным, а при соответствующей стабилизации – и управляемым. In practice this means that the process becomes continuous, and with appropriate stabilization - and manageable.

Скорость перемещения среды определится: The speed of the medium is determined:

                                                                       U = а / (2 τ р ) ( 1.3) U = a / (2 τ p) (1.3)

 

Механизм дейтонной технологии реализован в агрегате «ЭНЕРГОНИВА» / 8,17, 91, 92, 93,95/. The mechanism of deuteron technology is implemented in the unit "ENERGONIVA" / 8,17, 91, 92, 93,95 /.

С 1983 года было опробовано 16 вариантов агрегата из различных материалов со сменой схем энергообеспечения и энергоотвода. Since 1983, the unit was tested 16 variants of different materials with the change of power supply circuits and energootvoda.

В результате прямых экспериментов на установках мощностью от 0,6 до 300 кВт доказана возможность получения электрической энергии в ходе реализации фазовых превращений 4-6 рода. As a result of direct experiments on the plants capacity from 0.6 to 300 kW it proved possible to produce electric energy in the course of phase transformations 4-6 kind.

Одновременно было установлено, что фазовые превращения 4-6 рода происходят с изменением метрики веществ, т.е. At the same time it was established that 4-6 kinds of phase transitions occur with a change in the metric substances, i.e. возможно получение новых веществ. It is possible to obtain new substances.

Основное внимание исследователями уделялось получению энергии, полученные порошки рассматривались как побочный продукт реакции и представляли собой широкий набор элементов. The main attention was paid to the production of energy researchers obtained powders were seen as a by-product of the reaction and represented a wide range of elements.

Также не исследовались детально роль воды в процессе. Also not investigated in detail the role of water in the process. Поэтому возникли следующие задачи: Therefore, the following problems arose:

- исследовать роль воды, - Explore the role of water,

- получить полиметаллические порошки с максимальной концентрацией целевого элемента, - Polymetallic obtain powders with a maximum concentration of the target element,

- исследовать их физико-химические свойства, возможности использования в металлургии. - To explore their physical and chemical properties, the possibility of use in the industry.

 

Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы: From the above we can draw the following conclusions:

 

1. Существующие процессы производства цветных металлов отличаются большой сложностью, многопередельностью, сложным аппаратным оформлением, большими энерго – и трудовыми затратами. 1. Existing processes non-ferrous metals are very complex, mnogoperedelnostyu, complex hardware design, more energy - and labor costs. Несмотря на ряд существенных улучшений. Despite a number of significant improvements. Коренного изменения в существующих технологиях сделано не было. Fundamental changes in the existing technology was not done.

 

2. Одним из перспективных направлений развития производства металлов следует признать перевод его на интенсивный внутренний энергомассообмен, основанный на энергетике фазовых переходов 4-6 рода, в ходе реализации которых изменяется симметрия исходного вещества с попутной генерацией электроэнергии, создаются условия для синтеза химических элементов. 2. One of the promising directions of development of metal production should be recognized on the translation of his intense inner energy-mass, based on the energy of phase transitions 4-6 kind, in the course of which changes the symmetry of the starting material with the passing of electricity generation, the conditions for the synthesis of chemical elements.

                                                

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 2. EXPERIMENTAL

 

2.1. 2.1. Роль воды в процессе получения полиметаллических порошков The role of water in the preparation of the polymetallic powders

по технологии «ЭНЕРГОНИВА» on "ENERGONIVA" technology

Вода является основным строительным материалом для получения полиметаллических порошков в процессе «ЭНЕРГОНИВА-2». Water is the basic building material for polymetallic powders in the process of "ENERGONIVA-2."

Вода, как вещество для дейтонизации, обладает неоценимыми характеристиками. Water, as a substance for deytonizatsii has invaluable characteristics. Например. For example. Эксцентриситет полярности молекулы воды способствует быстрой ионизации её с последующей диссоциацией и дейтонизацией водорода и кислорода. The eccentricity of the polarity of the water molecules contribute to its rapid ionization followed by dissociation and deytonizatsiey hydrogen and oxygen.

Кластерная структура воды позволяет увеличить её сплошность на 11,4 % путем введения в состав минеральных или иных добавок, увеличивающих эффект преобразований среды, вводя в процесс как легкие ( C , B , Si ), так и тяжелые ( Fe , Pb , Ti , Bi ) элементы. A cluster structure of water can increase its denseness of 11.4% through the introduction of the mineral or other additives that enhance the effect of the medium changes by entering into the process as light (C, B, Si), and heavy (Fe, Pb, Ti, Bi ) elements.

Кроме того, экспериментами /70/ удалось показать, что самой легко поддающейся обработке средой служит вода, имеющая радиус электронной оболочки 0,138 нм. In addition, experiments / 70 / were able to show that the most readily amenable to processing medium is water having a radius of the electron shell of 0.138 nm.

Нескомпенсированная энергоразбалансировка частиц воды позволяет с минималными затратами ионизировать пятислойную электронную конструкцию, открывая путь к разъединению системы Н-О-Н с получением двух протонов и кислородного дейтона. Uncompensated energorazbalansirovka water particles makes minimalnymi costs ionize a five-layer electronic structure, opening the way to the separation system H-O-H to yield two protons and oxygen Daytona.

 

Процесс дейтонизации воды (рис.2.1) начинается в Deytonizatsii process water (Figure 2.1) begins to   точке А, в которую поступает молекула воды. A point to which the water molecule acts. Потоком она перемещается по оси О-О, подвергаясь всё увеличивающемуся давлению Р м , достигающему максимума в критической точке К. Stream it moves along the axis O-O, being exposed to ever-increasing pressure P m, reaching a maximum at a critical point K.

Давлению Р м противостоит давление среды The pressure p m resists pressure environment Р m P m < < Р м . P m. За счет скин-эффекта, кроме того, Due to skin effect, moreover,   по оси действует ударная волна, давление которой на фронте волны Р у axially acting shock wave, the pressure on the P wave in front

При обжатии молекулы силами Р м идет постепенная ионизация сначала молекулы, далее – диссоциация её на водород и кислород с последующей их ионизацией. When compression forces the molecule P m is gradual ionization of the first molecules further - dissociation of it into hydrogen and oxygen with their subsequent ionization.

Дейтоны водорода и кислорода, обжатые магнитным полем, в точке К сближаются на расстояние действия сил сильного взаимодействия , образуя дейтоны других элементов. Deuterons hydrogen and oxygen crimped magnetic field at point K approach to a distance to a strong interaction forces, forming deuterons other elements.

 

Электроны, удаленные с электронных оболочек, в виде сверхпроводящей пленки под действием потенциала П 12 , приложенного к системе от постороннего источника, стекают в систему электросети. Electrons are removed from the electron shells in the form of a superconducting film under the influence of the potential P 1 -P 2, we applied to the system from an external source, drain into the electrical system.

Рис. Fig. 2.1 2.1

Дейтоны, выходя их зоны К, поступают в зону постепенного снижения Р м и, попадая в зону электромагнитного взаимодействия, постепенно восстанавливают электронные оболочки атомов новых элементов до устойчивых, объединяющихся в кристаллы, кластеры. Dayton, leaving their zone K, enter into a zone of gradual decline in F m and getting into the area of the electromagnetic interaction, gradually reduced the electron shells of atoms of the new element to sustainable, united into crystals, clusters.

Так как поверхность образованных объединений химических элементов после выхода из зоны дейтонизации оказывается энергетически нейтральной, то образования из отдельных атомов оказываются метастабильными, длительное время сохраняющими свои свойства. Since the surface formed by association of chemical elements is energy-neutral after leaving deytonizatsii zone, the formation of individual atoms are metastable, long time retain their properties.

 

Не подвергшаяся деструкции и дейтонизации вода выходит из объема дейтонизации без изменения своих характеристик, но очистившись от примесей, подвергшихся в силу своей несжимаемости дейтонизации в первую очередь. Were not subjected to destruction and deytonizatsii water leaves deytonizatsii volume without changing its features, but cleansed of impurities, exposed due to its incompressibility deytonizatsii first.

Процесс дейтонизации воды осуществлен в агрегате « ЭНЕРГОНИВА – 2» Process deytonizatsii water carried in the unit "ENERGONIVA - 2"

Последовательность операций - алгоритм технологии изображен на рис. The sequence of operations - technology algorithm is shown in Fig. 2.2. 2.2.

 

АЛГОРИТМ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ . Algorithm TECHNOLOGY obtain a powder.

 

Алгоритмом предусматривается деструкция твердых материалов (руд, шлаков, отвальных пород) с целью их измельчения до порошкообразного состояния .Полученная масса гидротранспортом поступает на классификацию по крупности ( d = d ). The algorithm provides for the destruction of solid materials (ores, slag, overburden) for the purpose of grinding to a powder The obtained mass of hydraulic transport arrives at a classification by size (d = d).

Расклассифицированная водно-минеральная масса поступает на магнитную сепарацию с целью отделения ферромагнитных фракций от немагнитных. Rated water-mineral mass is fed to magnetic separation to separate ferromagnetic fractions of non-magnetic. Но это не обязательно, так как обработка всего материала может и должна осуществляться в едином агрегате с получением определенного целевого элемента. But this is not necessarily because the processing of all the material and can be implemented in a single unit to give a specific target element.

Прошедшая магнитную обработку водно-минеральная смесь поступает в расположенные последовательно реакторные устройства, где и обрабатывается. Past magnetic treatment of water-mineral mixture enters the reactor device arranged in series, and where processed.

Рис. Fig. 2.2 2.2

Конечные продукты после реакторов, пройдя гидравлическое разделение, подвергаются разделению в высокотемпературных установках (ВТТУ). The end products of the reactors after passing hydraulic separation, are subjected to separation in a high-temperature plants (VTTU).

 

Отфильтрованная вода (после реакторов), пройдя осветление, направляется на центрифуги для отделения тяжелой и сверхтяжелой воды, после чего насосом подается в начало процесса. Filtered water (after reactor), having clarification, it is sent to a centrifuge to separate a heavy and extra water, and then pumped to the beginning of the process. Утечки и неизбежная убыль воды вос полняются либо стоками, либо водой от любого водоисточника. Leaks and the inevitable decline in water Sun holds a sewage or water from any water source. Очищенная же вода после центрифугирования используется для бытового или производственного потребления. The purified water is after centrifugation is used for domestic or industrial consumption.

 

Кроме металлического порошка, воды, тяжелой и сверхтяжелой воды, продукцией технологии является также энергия (электрическая и тепловая). In addition to the metal powder, water, heavy and extra heavy water production technology it is also energy (electricity and heat). Источником получения энергии служит плазма, в которой в результате полной ионизации атомов образуемся избыток электронов, отводимых из реактора на нужды самой технологии или для реализации другим потребителям. The source of energy is plasma, which as a result of complete ionization of atoms forming an excess of electrons discharged from the reactor to the needs of the technology itself, or for sale to other consumers. Тепловая энергия генерируется в реакционных объемах в результате охлаждения плазмы водой из состава перерабатываемого материала, а также при охлаждении ВТТУ. Thermal energy generated in a reaction volume of plasma resulting from the cooling water from the material to be processed, as well as upon cooling VTTU.

Управление технологическим процессом заключается в обеспечении электрического разряда соответствующей мощности в реакционном, объеме, заполненном перерабатываемой текучей средой, в которой действует стабилизирующее электрическое поле. Process control is to provide an electric power corresponding to the discharge reaction, the volume filled with the processed fluid, which acts in stabilizing the electric field. Мощность разряда при этом обуславливает дейтонизацию какого-либо элемента из состава исходного материала, то изменение характеристик стабилизирующего поля ( напряжения, силы тока) - это обеспечение состава конечных продуктов реакции. Power discharge while deytonizatsiyu causes of any element of the composition of the starting material, the change in the field of stabilizing characteristics (voltage, amperage) - is to ensure the composition of the final reaction products.

2.3. 2.3. Агрегат «ЭНЕРГОНИВА – 2» The unit "ENERGONIVA - 2"

Наиболее оптимальной с точки зрения получения полиметаллических порошков является схема агрегата « ЭНЕРГОНИВА – 2», принципиальная схема которого приведенная на рис.2.3 The most optimal in terms of getting polymetallic powders is a unit diagram of "ENERGONIVA - 2", the concept of which is shown in Figure 2.3

 

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА АГРЕГАТА « ЭНЕРГОНИВА» CONCEPT UNIT "ENERGONIVA"

Рис. Fig. 2.3 2.3

 

В ограниченном объеме обрабатываемой среды (воды) между импульсными электродами 1 возбуждается мощный разряд от постоянного источника электроэнергии (конденсатор, аккумулятор, электрическая сеть). The limited amount of processed medium (water) between the pulse electrodes 1 is excited by a powerful discharge of DC power source (capacitor, battery, electric network).

Объем образующейся при этом плазмы заключен между торцами полых стабилизирующих электродов 2, через которые про пускается среда 3 , представленная водными система ми . The volume formed by this plasma is made between the ends of the hollow stabilizing electrodes 2 through which starts about 3 medium, provided the water system in E. Электроды 2 запитаны от внешнего источника тока W , включаемого перед реализацией разряда. Electrodes 2 are powered by an external power source W, included before the implementation of the discharge.

 

Стабилизирующие электроды заключены в электро гидроизоляционную оболочку, на наружной поверхности которой размещается соленоид 4, в котором индуцируется ток магнитным полем разряда. Stabilizing electro electrodes enclosed in a waterproof casing, the outer surface of which is located a solenoid 4, which is induced by the magnetic field of the discharge current.

 

Разряд между импульсными электродами индуцирует вокруг себя магнитное поле напряженностью Н, обжатие которым зоны разряда настолько велико, что при организации направленного движения электронов под воздейст вием стабилизирующего тока I от внешней сети (мощность сети W ) процесс ионизации элементов в реакционном объеме остается автомодельным. Pulse discharge between the electrodes around it induces a magnetic field of H, reduction of the discharge zone which is so great that the organization of directed motion of electrons under vozdeyst Viy stabilizing current I from the mains (power W Network) ionization of the elements in the reaction chamber is self-similar.

Избыток электронов через стабилизирующие электроды (или специальные токосъёмные устройства) отводятся из системы. Excess electrons through the electrodes stabilizing (or special tokosёmnye devices) are discharged from the system. Для пол ного использования энергии служат катушка - соленоид, в которой магнитным полем индуцируется электрический ток, используемый или как ток стабилизации, или для других нужд. For use of the complete energy serve coil - coil in which a magnetic field is induced by an electric current, the current is used or stabilization, or for other purposes.

 

Образовавшаяся в реакционном объеме дейтонная плазма, состоящая из объединений протонов и нейтронов, на выходе из реактора претерпевает реакции синтеза или деструкции, давая ядра новых элементов, которые, усваивая электроны из потока, образуют нейтральные элементные системы и в виде порошка вместе с водой поступают на фильтрационные установки и далее - на переработку. Formed in the reaction volume Dayton plasma consisting of the association of protons and neutrons, at the outlet of the reactor undergoes a synthesis reaction or degradation, giving a core of new elements that are digesting the electrons from the stream to form a neutral element of the system and in powder form together with water supplied to filtration installation and beyond - for processing. Отфильтрованная вода возвращается в процесс. Filtered water is returned to the process.

 

2.4 2.4    Энерго-технологический комплекс «Энергонива-2» Energy-technological complex "Energoniva-2"

Принципиальная схема энерго-технологического комплекса для получения полиметаллических порошков с использованием системы агрегатов «Энергонива-2» представлена на рис. The concept of energy-technological complex for polymetallic powders using a system of units "Energoniva-2" is shown in Fig. 2.4 2.4

 

Минеральные или органические вещества (отходы производств, шлаки, шламы и т.д.), измельченные до 0,5 мм, поступают в агрегат смешения 18, где обеспечивается оптимальное для работы комплекса соотношение Т:Ж = 1:10 Mineral or organic matter (waste production, slag, sludge, etc.), chopped to 0.5 mm, enter the mixing unit 18, which provides the optimum ratio of the complex to T: L = 1:10

 

Водно-минеральная смесь поступает в последовательно расположенные реакторные устройства 9, в каждом из которых посредством электрического разряда высокой мощности генерируется дейтонная плазма, температура которой регулируется как мощностью заряда, так и объемом пропускаемой среды. Water-mineral mixture enters the reactor device arranged sequentially 9, each of which via an electrical discharge generated by a high power plasma Dayton whose temperature is regulated by the charge capacity and the volume of the medium skipped. В зависимости от требований по получению целевого продукта и особенностей системы, обрабатываемый материал классифицируется поэлементно. Depending on the requirements for obtaining the desired product and features of the system, the treated material is classified elementwise.

 

Принципиальная схема гидравлической системы установок ЭНЕРГОНИВА -2 Schematic diagram of the hydraulic system installations ENERGONIVA -2

 

Рис. Fig. 2.4 2.4

Конечные продукты (полиметаллические порошки) после реакторов, пройдя гидравлическое разделение в отстойнике 12, направляются на обработку в высокотемпературные установки 20 (ВТТУ). Final products (base metal powders) reactors after passing hydraulic separation in a settling tank 12 are sent to processing unit 20 into high temperature (VTTU).

Отфильтрованная вода (после реакторов) пройдя осветление, направляется на центрифуги -сепараторы для отделения тяжелой и сверхтяжелой воды, после чего после аэрации в 14 подается в начало процесса или в систему распределения и потребления чистой воды. Filtered water (after reactor) passing clarification, -separatory directed to a centrifuge to separate a heavy and extra water, and then after aeration is supplied at 14 to the beginning of the process or in the distribution system and the consumption of clean water.

  Неизбежная убыль воды восполняется стоками предприятий любого назначения, качество воды при этом не регламентируется. The inevitable water loss is compensated sinks companies for any purpose, the water quality is not regulated.

 

Пуск агрегата «Энергонива-2» заключается в обеспечении электрического разряда соответствующей мощности в реакционном объеме. Start the unit "Energoniva 2" is to provide an electric power corresponding to the discharge in the reaction chamber.

Если мощность разряда останавливает дейтонизацию какого-либо элемента из состава исходного материала, то изменение характеристик стабилизирующего поля регулирует состав конечных продуктов реакции. If the discharge power stops deytonizatsiyu any element from the starting material, the change in characteristics of the stabilizing field adjusts composition of the final reaction products.

 

Принципиальная схема электрической системы установок «Энергонива-2» приведена на рис.2.5. Schematic diagram of the system settings "Energoniva-2" is shown in Figure 2.5.

 

 

Схема принципиальная электрическая установок ЭНЕРГОНИВА -2 The circuit is a circuit installations ENERGONIVA -2

 

number

п/п p / p

Наименование Name

Кол-во Count

шт. PC.

 

number

п/п p / p

Наименование Name

Кол-во Count

шт. PC.

1 1

Панель клеммная Panel terminal

1 1

10 10

Автоматический выключатель нагрузки А37406 Automatic load switch A37406

1…5 1 ... 5

2 2

Выключатель тока стабилизации Switch current stabilization

1 1

11 eleven

Автоматический выключатель нагрузки А37106 Automatic load switch A37106

1…5 1 ... 5

3 3

Автотрансформатр Avtotransformatr

1 1

12 12

Нагрузка внешняя 0,7 Load external 0.7

 

4 4

Выключатель пускового разряда Switch trigger discharge

1 1

13 13

Нагрузка собственная 0,3 Load own 0.3

 

5 5

Конденсаторная батарея 200 … 4000 мкф The capacitor bank 200 ... 4000 microfarads

1 1

14 14

Панель нагрузки load Panel

1 1

6 6

Выключатель подзарядки конд. Switch cond battery. батарей battery

1 1

15 15

Панель пуска start Panel

1 1

7 7

Выпрямитель тиристорный ТБ,ТБК, Т14 Rectifier thyristor TB, TBA, T14

2 2

16 16

Реле времени РВ, РП Relay PB time RP

5…10 5 ... 10

8 8

Трансформатор нагрузки load transformer

1 1

17 17

Разъединитель автоматический isolator circuit

1 1

9 9

Трансформатор нагрузки load transformer

1 1

18 18

Внешняя сеть External network

 

 

Рис. Fig. 2.5 2.5

В исходном состоянии все выключатели, входящие в схему электрической системы установок «Энергонива-2», а именно: выключатель тока стабилизации 2, выключатель пускового разряда 4, автоматические выключатели нагрузок 10 и 11, выключатель подзарядки конденсаторных батарей 5, а также разъединитель автоматический 17 , должны быть установлены в отключенное состояние. In the initial state, all the switches included in the circuit of the electrical system installations "Energoniva-2", namely the stabilization of the circuit breaker 2, the switch trigger discharge 4, automatic load switches 10 and 11, charging switch capacitor banks 5 and the isolator circuit 17, They must be set to the OFF state.

 

Пуск агрегата производится в следующей последовательности: Start the machine in the following order:

1. Выключателем нагрузки 11 подключаем собственную нагрузку 13. 1. Load Switches 11 13 connect their own load.

2. Включаем разъединитель автоматический 17, при этом от внешней сети 18 начинает заряжаться конденсаторная батарея 5. 2. Turn the isolator circuit 17, with the external network 18 begins to charge the capacitor bank 5.

3. Включаем выключатель тока стабилизации 2. 3. Turn on the power switch 2 stabilization.

4. По достижении номинального напряжения конденсаторных батарей 5, включаем выключатель пускового разряда 4 и, после чего подключаем внешнюю нагрузку 12 автоматическим выключателем. 4. On reaching the rated voltage capacitor banks 5, turn on the switch trigger discharge and 4, then connect the external load 12 breaker.

5. В момент разряда конденсаторных батарей 5 должен срабатывать разъединитель автоматический 17, т.е. 5. At the time of discharge of capacitor banks 5 must operate isolator circuit 17, ie, установка должна отключиться от внешней сети. the installation must be disconnected from the mains.

6. Отключаем выключатель 4 . 6. Turning off the switch 4.

7. Замыкаем выключатель подзарядки 6. 7. closes the charging switch 6.

8. По окончании заряда конденсаторных батарей 5 выключаем выключатель 6. 8. At the end of the charge capacitor banks 5, turn off the switch 6.

 

Химический анализ исходной среды представлен в табл.2.1. Chemical analysis of the source environment is presented in Table 2.1.

Целью экспериментов являлось практическое подтверждение возможности получения полиметаллических порошков из различных водных систем. The purpose of the experiments was to confirm the possibility of obtaining practical polymetallic powders of various water systems.

 

Таблица 2.1 Характеристики воды Table 2.1 Characteristics of water

 

Показатели Питьевая Дистиллированная Из р.Урал Indicators Drinking Distilled From the Ural River

Мутность 0,2 0 18 Turbidity 0.2 18 0

ВПК 5 2 12 MIC 2 May 12

Цветность 10 5 30 Colour 10 May 30

Взвешенные вещества, мг/л 0,35 0,1 25 Suspended solids, mg / l 0.1 0.35 25

рН 6,7 6,0 8 pH 8 6.7 6.0

Общая жесткость, мг-экв/л 16 0,5 4,4 Total hardness, mEq / L 16 0.5 4.4

Хлориды, мг/л 70 0 25 Chloride, mg / L 70 0 25

Сульфаты, мг/л 330 0 18 Sulphates mg / l 330 0 18

Железо, мг/л 3,5 0,001 1,4 Iron mg / l 3.5 1.4 0.001

Марганец, мг/л 1,2 – 1,6 Manganese, mg / l 1.2 - 1.6

Аммоний , мг/л 1,5 – 0,7 Ammonium mg / l 1.5 - 0.7

Нитриты, мг/л ОД – 0,2 Nitrite, mg / L OD - 0.2

Нитраты, мг/л 1 – 3 Nitrates mg / l 1 - 3

Свободный СO 2 ,мг/л 13,5 0,1 4 Free CO 2 mg / l 13.5 0.1 4

Растворенный O 2 ,мг/л 7,5 4 9,5 Dissolved O 2 mg / l 7,5 9,5 4

 

Проведена серия экспериментов по обработке природных вод, основные результаты которых, статистически обработанные, приведены в процентах от общей массы твердого остатка после реактора в табл.2.2. A series of experiments on processing of natural waters, the main results are statistically processed, given as a percentage of the total weight of the solid residue in the reactor after Table 2.2.

Экспериментами установлено, что результаты обработки водных системы различного происхождения в агрегате «Энергониза-2» имеют некоторые отличия. Experiments found that the results of the processing of water systems of various origins in the unit "Energoniza-2" have some differences. Это объясняется различием кристалло - кластерной структуры систем. This is due to the difference in Crystal - cluster structure systems.

Установлено, что путем изменения конструкции реактора и характеристик управления можно добиться приоритетного выхода порошка с минимумом выхода электроэнергии. It is found that by changing the design characteristics of the reactor and control the priority can be achieved with a minimum output power of the powder outlet. С учетом полученных данных удалось создать металлургический вариант агрегата - «Энергонива-2». In view of the data it managed to create a version of the metallurgical unit - "Energoniva-2."

В отличие от агрегата «Энергонива-1» /8/, плазменный объем реализуется в прямом потоке водной среды; Unlike aggregate "Energoniva 1" / 8 / plasma volume is realized in the direct flow of water environment; изменена конструкция разрядных электродов, что приводит к увеличению температуры плазмы, изменяется характеристика импульса, появляется возможность использовать меньший ток стабилизации (на 15....25.%), увеличивается срок службы электродов и т.д. modified design of the discharge electrodes, causing an increase in plasma temperature, pulse characteristics change, it is possible to use a smaller current stabilization (15 .... 25%), increases the service life of the electrodes, etc.

Электрический и гидравлический режимы определены на основании серии экстремальных экспериментов с целью получения максимального количества полиметаллического порошка определенного состава . Electric and hydraulic modes are defined on the basis of a series of extreme experiments in order to obtain the maximum amount of poly-metallic powder of a certain composition.

Во всех экспериментах в качестве сырья использовались водные системы, характеристики которых приведены в табл. In all experiments, in aqueous systems whose characteristics are given in Table were used as raw materials. 2.1 2.1

Таблица 2.2 Химический анализ продуктов, полученных из водных систем Table 2.2 Chemical analysis of products derived from the water systems

 

 

Элемент, соединение Element, compound

Вода Water

Питьевая drinking

Дистиллированная Distilled

Из р. From p. Урал Ural

в твердой фазе, г/кг in the solid phase, g / kg

в жидкой фазе, мг/л in the liquid phase, mg / l

в твердой фазе, г/кг in the solid phase, g / kg

в жидкой фазе, мг/л in the liquid phase, mg / l

в твердой фазе, г/кг in the solid phase, g / kg

в жидкой фазе, мг/л in the liquid phase, mg / l

Li, Ве Li, Be

0,012 0.012

Следы Footprints

0,006 0,006

Следы Footprints

0,08 0.08

Следы Footprints

С FROM

8,2 8.2

-

6,7 6.7

-

3,6 3.6

-

B B

1,6 1.6

0,1 0.1

1,1 1.1

0,1 0.1

1,9 1.9

0,1 0.1

Si Si

6,4 6.4

1,0 1.0

4,4 4.4

0,2 0.2

6,0 6.0

1,0 1.0

Сг Cr

1,8 1.8

0,01 0.01

0,9 0.9

0,1 0.1

1,6 1.6

0,1 0.1

Мg Mg

0,5 0.5

0,4 0.4

0,1 0.1

0,1 0.1

3,0 3.0

0,2 0.2

Fe

12,3 12.3

0,5 0.5

6,6 6.6

Следы Footprints

48,5 48.5

2,0 2.0

Мn Mn

0,3 0.3

0,1 0.1

0,1 0.1

-

0,6 0.6

0,1 0.1

Ni Ni

0,6 0.6

-

0,4 0.4

-

0,3 0.3

-

V V

0,7 0.7

-

0,7 0.7

-

0,4 0.4

-

Sn Sn

4,2 4.2

-

5,5 5.5

-

0,2 0.2

-

Zn Zn

3,0 3.0

0,8 0.8

2,0 2.0

0,4 0.4

3,2 3.2

0,7 0.7

А1 A1

4,6 4.6

3,6 3.6

2,1 2.1

1,1 1.1

2,0 2.0

2,7 2.7

Сu Cu

0,6 0.6

0,1 0.1

0,4 0.4

-

0,5 0.5

0,2 0.2

Тi Ti

4,8 4.8

-

0,4 0.4

-

0,4 0.4

-

Р R

0,5 0.5

0,1 0.1

0,1 0.1

-

0,1 0.1

-

S S

0,1 0.1

Следы Footprints

-

-

0,1 0.1

-

Вi Bi

0,3 0.3

0,02 0.02

0,1 0.1

0,01 0.01

0,1 0.1

0,02 0.02

Se

0,1 0.1

Следы Footprints

0,1 0.1

-

0,1 0.1

-

Рb Pb

0,6 0.6

Следы Footprints

0,8 0.8

-

0,1 0.1

-

Те Those

0,2 0.2

-

-

-

0,3 0.3

-

D 2 О D 2 O

-

0,112 0.112

-

0,06 0.06

-

0,05 0.05

Т 2 О T 2 O

-

0,001 0,001

-

0,05 0.05

 

0,00 0.00

pH pH

-

6,6 6.6

-

6, 0 6, 0

-

6,8 6.8

           

Основные эксперименты выполнены на реакторе диаметром 10 мм. Most of the experiments carried out on the reactor diameter of 10 mm. Энергетические характеристики агрегата «Энергонива -2» оставались неизменными для всех видов обрабатываемой среды : Energy characteristics of the unit "Energoniva -2" remained unchanged for all types of processed media:

                                                       I ст =40 A , I st = 40 A,

                                                       U CT =115 В, U CT = 115,

среднее время разряда τ Р =20 мксек, the average discharge time τ P = 20 microseconds,

общая емкость конденсаторов С= 2400 мкФ. the total capacitance C = 2400 uF.

время работы реактора на каждом виде водной системы составило during operation of the reactor for each type of water system was

0,6 ч, производительность системы - 9 см 3 / с. 0.6 hours, the system performance - 9 cm 3 / s.

 

Данные табл. Data Table. 2.2 свидетельствуют о наличии в про дуктах реакции повышенной концентрации Fe , Al . 2.2 indicate the presence of prod ucts increased concentration of Fe, Al reaction.

Исследованиями химической активности элемен тов, выполненные рядом ученых /94/,установлены ряды Studies of chemical activity of elements, carried out a number of scientists / 94 /, set the ranks

элементов с перемежающейся активностью (в периодиче ской системе элементов Д.И.Менделеева). elements with intermittent activity (of a periodic Mendeleev system of elements).

Сопоставляя эти данные с характеристиками дейтонных процессов /8,42,54/,можно увидеть, что в процессе Comparing these data with the characteristics of deuteron processes / 8,42,54 /, you can see that in the process of

синтезируются элементы, имеющие минимальный (или нулевой) избыток нейтронов в дейтоне. synthesized elements having the minimum (or zero) the excess neutrons in Dayton.

Необходимо заметить также, что дейтонную плазму легче получить из элементов, имеющих мощные It should also be noted that it is easier to obtain plasma Dayton element having potent

электрон ные оболочки, а скорость протекания реакции дейтониза ции и синтеза элементов определяется nye electron shell, and the reaction rate deytoniza tion and synthesis of elements is determined

скоростью дест рукции сложных соединений и элементов. DECT speed struction complex compounds and elements. Последняя же зависит от энергии, подводимой в реакционную зону. The latter depends on the energy supplied to the reaction zone.

Отсутствие оксидов металлов в продуктах реакции объясняется тем, что при обжатии дейтонов наиболее представленного кислорода магнитным полем с максимальной полнотой проявляется оротропные магнитные роторы тройной симметрии кислорода . The absence of metal oxides in the reaction products due to the fact that most of deuterons at a reduction of oxygen represented by the magnetic field is shown with a maximum fullness orotropnye magnet rotors oxygen triple symmetry.

Следствием этого служит образование дейтонов элементов из трех дейтонов: The consequence of this is the formation of deuterons elements of the three Dayton:

ЗД O —►Д Cr ; W. O -►D Cr; Д O + Д H D O + D H + Д Ме —►Д K и т.д. D + Me -►D K, etc.

 

Также обращает внимание наличие Т 2 О и D 2 О. Практи чески в ходе реализации фазовых переходов 4-6 рода непрерывно создаются условия для образования дейтонной плазмы. Also draws attention to the presence of T 2 O and D 2 O. Pract cally during the implementation phase transitions 4-6 kind continuously creates conditions for the formation of the plasma Dayton. Она непрерывно создается, обновляется при поступлении новых порций исходного вещества в систе му. She continually created, is updated when new batches of the starting material in the system mu. По мере уменьшения количества тяжелых дейтонов идет непрерывное увеличение количества легких, в пре деле приближаясь к дейтронам . As you reduce the amount of hard deuterons is a continuous increase in the amount of light in the case of pre approaching deuterons. Это, вероятно, и является одной из причин наличия тяжелой и сверхтяжелой во ды в продуктах переработки водных систем в агрегатах «Энергонива-2». This probably is one of the reasons for the presence of heavy and extra-heavy wa ter in food processing of aquatic systems in the units "Energoniva-2."

                                     

2.5 Режимы работы агрегата «Энергонива-2» 2.5 Modes of operation of the unit "Energoniva-2"

Теоретические исследования энергообмена в систе мах с импульсным побуждением /8,12,45,46,47,48/ привели к выводу о необходимости разработки механизма управления процессами дейтонизации Theoretical studies of energy in the system with max pulse impulse / 8,12,45,46,47,48 / led to the conclusion about the need to develop process control mechanism deytonizatsii вещества в агрега те «Энергонива-2».Этот процесс в общем случае описы вается уравнением Кортевега - де'Фриза. substance in those agrega "Energoniva-2" .This process generally described by the Korteweg - de'Friza. Однако, как пока зал анализ, это уравнение не учитывает некоторые особенности дейтонного процесса – термодинамического взаимодействия на уровне лептонов, химического взаимо действия крупных образований с дейтонной плазмой и т.п. However, as is room analysis, this equation does not take into account some features of the deuteron process - thermodynamic interaction in the lepton level of chemical interaction of large formations with deuteron plasma, etc. Дополнив уравнение Картевега де'Фриза получаем более точное уравнение: Complementing the equation Korteweg de'Friza obtain a more accurate equation:

 

где μ 0 , μ where M 0, μ _ магнитопроницаемость вакуума и дейтонной плазмы с электропроводимостью ρ ; _ Magnitopronitsaemost vacuum and deuteron plasma conductivity ρ;

К - концентрация элемента в конечных продуктах. K - concentration of the element in the final products.

Решение уравнения (2.1) при граничных условиях: The solution of equation (2.1) with the boundary conditions:  

записывается в виде: It is written as:

К= C 1 K 1 = C ch -2 ch -2 [ C 2 [C 2 f ( E ) ] (2.2) f (E)] (2.2)

 

где С 1 where C 1 и С 2 - постоянные интегрирования, интерпретируемые как свойства элементов. and C 2 - integration constants are interpreted as properties of the elements.

Значения С 1 Values of 1 и С 2 определены статистической об работкой экспериментальных данных, получены в виде следующих зависимостей: and C 2 defined statistical processing of the experimental data obtained in the following relationships:

                                                     C 1= 0,207 j 2 ; C 1 = 0,207 j 2; C 2 = 1,6781*10 -4 n φ , (2.3) C 2 = 1.6781 x 10 -4 n φ, (2.3)

  где j - электроотрицательность элемента; where j - electronegativity element; φ - потенциал полной ионизации; φ - the full ionization potential; n n - линейные размеры атомов целево го элемента. - The linear size of the target element atoms.

Используя полученные данные для C 1 и С 2 по (2.3), функция f ( E ) = Е 2 = I 2 , где I - ток стабилиза ции, действующей в системе «Энергонива-2». Using the data for the C 1 and C 2 by (2.3), the function f (E) = E 2 = I 2, where I - current stabilization of the acting "Energoniva-2" system.

 

На рис.2.6 приведено сравнение расчетных (по 2.1) и эксперимен тальных данных по концентрациям некоторых элементов в конечных продуктах переработки водошлаковой системы с соотношением твердого к жидкому 1 : 10 для шлаков Кислородно-конвертерного цеха ММК (ККЦ) при регулирова нии тока стабилизации I , подводимого в систему «Энергонивы-2» из внешней сети или от системы отбора мощности самого агрегата. In Figure 2.6 shows a comparison of the calculated (by 2.1) and the experimental data on concentrations of certain elements in the final products vodoshlakovoy processing system with a ratio of solid to liquid 1: 10 for the slag oxygen-converter shop of MMK (CCC) at SRI regulation constant current I, supplied in "Energonivy-2" from the external network or the PTO system of the unit.

Относительная разность между расчетными и экспе риментальными данными, как видно из приведенных дан ных, не превышает 2,0-5,5 % при частоте совпадений (повторяемости) экспериментальных данных не менее 0,92, т.е. The relative difference between the calculated and experi- mental data, as can be seen from the above given GOVERNMENTAL, does not exceed 2,0-5,5% at a frequency of coincidence (repeatability) of the experimental data of not less than 0.92, that is, доверительный интервал экспериментальных д анных достаточно высок, а дисперсия от эксперименталь ных и расчетных данных не превышает 0,171 , что свиде тельствует о высокой достоверности полученных резуль татов. confidence interval experimental d OF DATA is high enough, and the variance of the experimental and calculated data is not greater than 0.171, suggesting a high of reliability of the results obtained.

 

 

 

 

Рис. Fig. 2.7 Концентрация элементов в конечных продуктах переработки: 2.7 The concentration of elements in the end-products of processing:

а - бедных отвальных руд АО ММК and - poor ore dump JSC MMK

б – железистых кварцитов Иркускана b - ferruginous quartzite Irkuskana

в – руд КМА in - KMA ores

г – Качканарских титаномагнетитов g - Kachkanar titaniferous

     На рис.2.7 показаны результаты обработки водно- минеральных систем из отвальных Магнитогорских руд, железистых кварцитов Иркускана, руд КМА, титано - магнетитовых руд Качканара, подтверждающие возможности управления агрегатом «Энергонива-2» регулированием тока стабилизации, подаваемого к соответствующим элек тродам агрегата. In Figure 2.7 shows the results of the processing of water-mineral systems from dump Magnitogorsk ore, ferruginous quartzite Irkuskana, KMA ores, titanium - magnetite ore Kachkanar, confirming the possibility of control unit "Energoniva-2" regulation of constant current supplied to the respective elec- trode unit. Для каждого материала значения 1 СТ и U CT индивидуальны. For each material, the values 1 and ST U CT individual. Индивидуальность W = I CT Individuality W = I CT U CT объяс няется механизмом дейтонизации элементов, входящих в состав рудных и породных минералов в составе руд. U CT explained by the mechanism deytonizatsii elements that make up the ore and gangue minerals in the composition of ores. Например, выход кремния из состава магнитогорских бед ных руд максимален при 1 СТ < 2ОА/мм 2 , свидетельствуя о большой концентрации в составе руд основных оксидов, способных при деитонном синтезе образовывать дейтоны кремния. For example, silicon output from the Magnitogorsk troubles ores maximal at 1 ST <2OA / mm 2, indicating a high concentration in the composition of the main ore oxides capable of forming silicon deuterons with deuterons synthesis. Ток стабилизации при этом обеспечивает пере мещение избытка электронов и самих дейтонов из зоны реакции. This stabilization provides current during re substituted excess electrons themselves and deuterons from the reaction zone.

2.6. 2.6. Производительность агрегата «Энергонива-2» Performance unit "Energoniva-2"

Если вопросы управления, решенные на уровне подвода энергии к агрегату «Энергонива-2» в импульсном режиме для достижении необходимой температуры дейто низации /8/ и в режиме стабилизации, позволяют запус тить агрегат и обеспечить стабильную работу последне го, то производительность его нуждается в уточнениях как по выходу твердого продукта, так и по подаче исходного материала в реакционную зону. If the control questions, decided to supply the energy level, the unit "Energoniva-2" in a pulsed mode to achieve the desired temperature Data Organization / 8 / and in stabilization mode, allow zapus tit unit and ensure stable operation up to date first, then its performance needs to be clarified both the solid output and by applying a starting material in the reaction zone. Это значит, что требуется установление расходных характеристик дейтонной технологии. This means that the need to establish flow characteristics deuteron technology.

Расходные характеристики определялись экспериментальным путем - заменой полых стабилизирующих электродов, изготовляемых из медных труб диаметром от 6 до 50 мм. Flow characteristics were determined by experiment - replacing the hollow stabilizing electrodes that are made of copper pipes with diameters from 6 mm to 50 mm.

Выход твердых продуктов из реакционной зоны агрегата показан на рис.2.8 при использовании стабилизирующих электродов диаметром 6-50 мм . The yield of solid products from the reaction zone of the unit shown in Figure 2.8 using stabilizing electrodes with a diameter of 6-50 mm. Из данных ри сунка видно, что максимальный эффект по выходу твердых продуктов достигается при скорости v =0,55 м/с. When data From ure shows that the maximum effect on the output of the solids is achieved at a speed v = 0,55 m / s.

Рис. Fig. 2.8. 2.8. Выход твердого в агрегате «Энергонива 2» (6 < d The yield of the solid in the unit "Energoniva 2" (6 <d < 50) <50)

Эта скорость соответствует времени т нахождения каж дого элемента в зоне дейтонизации и последующей зоне синтеза (0,05 < τ This rate corresponds to the time t finding kazh dogo element deytonizatsii zone and the subsequent synthesis zone (0,05 < 0,25), определенной по скоростям ио низации и восстановления электронных оболочек элемен тов . <0.25) as determined by the velocity of Io Organization and recovery of electronic shells of elements.

Колебания по выходу твердого G , отмеченные на рис.2.8 интервалом между двумя линиями, объясняются составом исходного сырья: Fluctuations in output on a solid G, marked on Figure 2.8 the interval between the two lines, are explained feedstock composition:

  G max G max   - при соотношении Т:Ж=1:10, - With a ratio S: L = 1: 10,

  G min G min   - при обработке водно-минеральной смеси ( Fe 2 0 3 * FeO ) : Н 2 0 = 1:10, - The processing of mineral-water mixture (Fe 2 0 3 * FeO): H 2 0 = 1:10

 

*т.е. *those. при добавлении к воде окалины. when added to water scale.

  

Изменение расхода водно-минеральной среды и вы хода твердых продуктов из реакционной зоны для разных диаметров реакторной зоны показаны на рис.2.9. Modification of the flow of water and mineral medium and you move solids from the reaction zone to the reactor zone of different diameters are shown in Figure 2.9.

Режимными испытаниями установлено нарастание производительности агрегатов «Энергонива-2» по выходу твердых материалов по мере роста диаметра реакционной камеры. Mode test set to increase in equipment productivity "Energoniva-2" in the output of the solid materials with the growth of the diameter of the reaction chamber. При переработке воды из системы водоснабжения, получены данные, приведенные в табл. During the processing of water from the water supply system, the data in Table. 2.3. 2.3.

                    

Таблица 2.3 Выход твердых продуктов в установке "Энергонива - 2" Table 2.3 Yield solids to install "Energoniva - 2"

 

D, мм 10 15 20 25 32 40 52 D, mm 10 15 20 25 32 40 52

G, г/мин 90 180 270 450 720 1080 1800 (108 кг/час с одного реактора) G, g / min 90 180 270 450 720 1080 1800 (108 kg / hr to a single reactor)

Из вышесказанного можно сделать вывод, что производительность агрегата «Энергонива-2» зависит от ха рактера истечения среды (скорости потока), диаметра реакционного пространства. From the above it can be concluded that "Energoniva 2" depends on the performance of the unit the expiration of a character of the medium (flow rate), the diameter of the reaction space.

2.7. 2.7. Безопасные режимы работы агрегатов «ЭНЕГОНИВА – 2» Secure modes units "ENEGONIVA - 2"

Безопасные и надежные режимы работы агрегатов «ЭНЕГОНИВА – 2» нуждаются в исследованиях, т.к. Secure and reliable modes of operation units "ENEGONIVA - 2" in need of research because плазменные системы в настоящее время относятся к наиболее опасным вследствие ненадежного удержания её длительное время в магнитных полях. Plasma systems are currently among the most dangerous due to the precarious hold it for a long time in the magnetic fields. /57,63/. / 57.63 /.

Необходимо отметить, что для исключения негатив ных моментов большую роль призваны сыграть вопросы надежности управления, диагностирования и контроля всех систем агрегата «Энергонива-2». It should be noted that to avoid the negative moments of great role to play safety management issues, diagnosis and control of all machine systems' Energoniva-2. "

Рассматривая Р - V диаграмму (рис.1.1) за преде лами процесса дейтонизации, частное решение основного энергетического уравнения КДФ /8,12 / можно свести к виду : Considering P - V diagram (Figure 1.1) for the Previous Lamy deytonizatsii process, a particular solution of the main energy equation KDF / 8.12 / can be reduced to the form:

где Т д - температура дейтонизации; where T d - deytonizatsii temperature;

              v - скорость прото на в дейтонной плазме; v - velocity of the proto on plasma in Dayton;

с - скорость света. c - velocity of light.

Критические характеристики для некоторых элемен тов, полученных в агрегате «Энергонива-2» приведены в табл.2.4. Critical characteristics of some elements of the received in the unit "Energoniva-2" are shown in tabl.2.4.

Статистическая обработка экспериментальных дан ных, выполненная по стандартной методике /73 /, пока зала достаточную надежность агрегатов «Энергонива-2». Statistical analysis of experimental data, performed by the standard method / 73 /, while the audience sufficient reliability of aggregates "Energoniva-2." Наиболее стойкими оказались реакторы, корпуса которых были изготовлены из полиэтиленовых труб, а электроды - из меди. Were the most resistant reactors, a shell were made of PE pipes and the electrodes - of copper. Выполнены визуальные и ультразвуковые исследования электродов. Make a visual and ultrasound electrodes. При визуальном осмотре выявлено, что и медные электроды подвергаются эррозионному износу (рис.2.9).При ультразвуковых исследованиях электродов выяснено, что если для стабилизирующих электродов, изготовленных по схеме Visual inspection revealed that copper electrodes are exposed to erosive wear (Figure 2.9) .If ultrasonic electrodes studies found that if the stabilizing electrodes made under the scheme

, .

  происходит перекомпенсация анизотропных характеристик (коэффициент действительной анизотропии % =2%), то для импульсных электродов он составляет 5-10%. overcompensation occurs anisotropic characteristics (actual anisotropy ratio% = 2%), then pulse the electrodes it is 5-10%.

Следует от метить, что анизотропия увеличивается для металлов с большим электрическим сопротивлением. It is of note that the anisotropy increases for metals with high electrical resistance. Поэтому и возникают требования к выбору материалов электродов. Therefore, there are demands for the choice of electrode materials.

Повреждений корпусов реакторов в процессе экспе риментов не наблюдалось. Damage RPV process of experiments was not observed.

 

                                               Форма электродов агрегата «Энергонива 2» Shape "Energoniva 2" electrode assembly

Исходная После 240 часов непрерывной работы Initial After 240 hours of continuous operation

Рис. Fig. 2.10 2.10

В заключение следует отметить: In conclusion:

1.Доказано,что применяя определенные режимы работы агрегата «Энергонива-2», можно получать порошки с максимальным выходом целевого элемента. 1.Dokazano that using certain modes of operation of the unit "Energoniva-2", can produce powders with a maximum yield of the target element.

2.Изменяя режим прохождения среды через зону реак ции, диаметр реактора можно регулировать количество полиметаллического порошка -продукта реакции . 2. Change the passing fluid through the area rea tion, the reactor diameter can be adjusted by the amount of polymetallic powder -product reaction.

3. Агрегаты «Энергонива-2» являются практически без отходными, экологически чистыми , а при 3. Units "Energoniva-2" is virtually no waste, environmentally friendly, and when

соблюдении номинальных значений I c т , Т д безопасными и надежными в работе. compliance with nominal values I c m T d safe and reliable operation.

4. Обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения полиметаллических порошков на агрегате «Энергонива-2» при переработке водных систем. 4. substantiated and experimentally confirmed the possibility of polymetallic powders on the unit "Energoniva-2" in the processing of aquatic systems.

5. Технология «Энергонива-2» позволяет вместе с получением металлических порошков производит очистку 5. "Energoniva-2" technology enables together to give metal powders cleans стоков любого происхождения и с любым загрязнением. effluents from any source and of any contamination.

 

3. ПРИМЕНЕНИЕ АГРЕГАТОВ «ЭНЕРГОНИВА» ДЛЯ ОБРАБОТКИ 3. APPLICATION OF UNITS "ENERGONIVA" TREATMENT

ВОДНО – МИНЕРАЛЬНЫХ СИСТЕМ. WATER - mineral systems.

           3.1. 3.1. Обработка рудно – минеральных систем в агрегатах «Энергонива – 2» Processing of ore - mineral systems in aggregates "Energoniva - 2"

 

Проведена серия экспериментов по обработке водно-минеральных систем, где в качестве минеральной составляющей выбраны руды следующих месторождений: Магнитогорское , Лисаковское, Бакальское, КМА, Кусинское, Туканское, Качарское, В-Уральское, Теченское. A series of experiments on the treatment of water and mineral systems, where the mineral component selected ore deposits of the following: Magnitogorsk Lisakovsk Bakal, CMA, Kusa, Tukan, Kachar, In-Ural, Techa.

Химический состав этих руд приведен в Прил.2. The chemical composition of the ore is shown in Pril.2.

 

Целью экспериментов являлось определение макси мального выхода целевого элемента из рудных материалов различных месторождений, прошедших предварительную деструкцию. The purpose of the experiments was to determine the maximal yield of the desired item from the ore deposits of various materials that have passed the preliminary destruction. Далее обработка исходного вещества ведется по схеме, рассмотренной в гл.2, аналогично обработке водных систем. Further processing of the starting material is carried out according to the scheme discussed in Chapter 2, similar treatment of aqueous systems.

Водно-минеральная смесь готовится исходя из соотношения Т : Ж = 1:10, т.е. Water and mineral mixture is prepared based on the ratio S: L = 1:10, ie в соотношении, обеспечивающем полное заполнение твердыми частицами полостей в кластере воды. in a ratio that ensures the complete filling of the cavities in the particulate water cluster. Результаты экспериментов об рабатывались методами статистики и приведены в процентах от общей массы твердого осадка после реакто ров. The results of experiments and statistical methods hammered out are given in percentage of the total weight of the solid residue after of reactors.

 

В результате экспериментов установлено, что рудные материалы разных месторождений в агрегате «Энер гонива- 2» при их обработке даже при одинаковых режи мах и параметрах дают различные конечные продукты. The result of the experiments found that materials of different ore deposits in the unit "Ener goniva- 2" in processing even if the same parameters Regis swing and give various final products. Это объясняется различием характеристик рудных материа лов, обусловленных кристалло-кластерными структурами минералов и пород в составе горно-рудной массы. This is due to the difference in the characteristics of the ore Materia fishing due to crystal-cluster structure of minerals and rocks as a part of mining mass.

 

Эксперименты выполнены с управлением количества и состава конечных продуктов методом регулирования тока стабилизации при температуре дейтонной плаз мы, соответствующей деструкции самого устойчивого эле мента, входящего в состав руды. The experiments were performed with the management of the quantity and composition of the final product stabilization current control method at deuteron plasma we corresponding destruction of the stable of the element, which is part of the ore.

Для эксперимента базовым вариантом были выбраны агрегаты с реакторами диаметром 10 мм, емкость конденсаторов 2400 мкФ, время разряда 20 мкс. For the experiment, the basic version were selected units with reactors of 10 mm diameter, 2400 uF capacitors capacity, discharge time of 20 microseconds.

 

Как видно из результатов эксперимента, приведенных в табл.3.1. As seen from the experiment results shown in Table 3.1. , содержание некоторых целевых элементов (С u ) в составе продуктов реакции изменяются в широких пределах. , The contents of some elements of the target (C u) in the composition of the reaction products vary widely. Поэтому возникает необходимость оптимального производства целевого элемента, определяемого требованиями технологии металлургического производства, предопределяя тем самым состав исходной шихты для агрегата «Энергонива-2», при которой наибо лее эффективно использовалось бы минеральное сырье. Therefore there is a need to optimize the production of the target element, defines the requirements of metallurgical production technology, thereby predetermining the composition of the initial charge for the unit "Energoniva-2", in which the Naib Lee effectively used to minerals. Анализ данных, приведенных в Гл.2 приводит к вы воду, что пределы регулирования выхода целевых элемен тов достаточно ограничены и находятся в пределах 17,0 < Analysis of the data shown in the results in Chapt.2 you water that limits the control output comrade target elements are rather limited and are in the range 17.0 < I ст I st   < 30 А/мм 2 <30 A / mm 2

Для получения максимума целевого элемента необходимо соблюдать индивидуальность I For maximum target element must be observed personality I ст . Art. Например, для получения в составе порошка максимальной концентрации Zn , нужен I ст = 30 А/мм 2 ; For example, to obtain a powder composed of a maximum concentration of Zn, I need a = 30 A / mm 2; для А1 нужен I ст I need to A1 Article =18,5 А/мм 2 и т.д. = 18.5 A / mm 2, etc.

Необходимо отметить: хотя в ходе экспериментов получили ,что в составе порошков доминирует желе зо, оно не является самой ценной составляющей. It should be noted that although in the course of the experiments have found that in the composition of powders jelly dominates public areas, it is not the most valuable part. До стигнутые концентрации (в продуктах реакции) таких элементов, как Zn , Си, Al , позволяют считать их хорошим сырьем для цветной металлургии. Still be reached concentrations (reaction products) of elements such as Zn, Cu, Al, suggest their good raw material for non-ferrous metallurgy.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что можно считать целесообразной обработку рудно-минеральных систем в агрегатах «Энергонива-2», в результате кото рой можно получать высококачественное сырье для раз личных направлений цветной металлургии, минуя стадии разведки, разработки, транспортировки, обогащения. From the above it can be concluded that the appropriate treatment can be considered ore-mineral systems in aggregates "Energoniva-2", resulting in a swarm of koto can obtain high quality raw materials for a time of personal lines non-ferrous metallurgy, bypassing the stage of exploration, development, transportation and enrichment.

Таблица 3.1 Table 3.1

Результаты переработки рудных материалов в агрегате «Энергонива-2» The results of the processing of ore material in the unit "Energoniva-2"

в реакторах диаметром 10 мм in reactors 10 mm

 

 

 

Месторождение Field

                              Суммарное содержание элементов The total content of the elements

Т 2 О T 2 O

D 2 O D 2 O

в воде in water

S, P, S, P,

Se, Sn, Se, Sn,

Bi, Cd Bi, Cd

 

   Zn Zn

Al, Al,

Mg Mg

Ca, As, Ca, As,

Cu Cu

Mn, Y, Mn, Y,

Co, Ni, Co, Ni,

Ir,Si Ir, Si

Fe, Pd Fe, Pd

Ti, Cr, Ti, Cr,

Mo, Hf, Mo, Hf,

W, Re, Os, Nb W, Re, Os, Nb

Целевой элемент Fe, Iст = 22,2 А/мм 2 Task Fe element Ist = 22.2 A / mm 2

Магнитогорское Magnitogorsk

1,7 1.7

      14 14

11,8 11.8

     3,6 3.6

12,8 12.8

  47,0 47.0

     9,1 9.1

0,12 0.12

Лисаковское Lisakovsk

1,1 1.1

     12,2 12.2

6,3 6.3

     1,8 1.8

6,6 6.6

  69,7 69.7

      2,3 2.3

0,11 0.11

Бакальское Bakal

1,7 1.7

     8,4 8.4

6,0 6.0

     1,9 1.9

5,4 5.4

   66,6 66.6

      9,8 9.8

0,12 0.12

КМА KMA

1,9 1.9

      8,6 8.6

4,9 4.9

     2,4 2.4

3,4 3.4

   74,0 74.0

4,8 4.8

0,11 0.11

Кусинское Kusinsk

1,4 1.4

      6,3 6.3

7,6 7.6

     2,6 2.6

3,4 3.4

   70,0 70.0

8,4 8.4

0,11 0.11

Туканское Tukan

1,7 1.7

      5,4 5.4

6,0 6.0

     2,6 2.6

2,1 2.1

   68,0 68.0

  14,0 14.0

0,12 0.12

Качарское Kachar

1,4 1.4

     10,3 10.3

7,6 7.6

    6,7 6.7

6,0 6.0

   65,0 65.0

3,0 3.0

0,11 0.11

В - Уральское The - Ural

1,4 1.4

     10,1 10.1

12,8 12.8

     6,2 6.2

5,5 5.5

   58,0 58.0

6,0 6.0

0,11 0.11

Теченское Techa

1,6 1.6

     11,2 11.2

11,8 11.8

     6,1 6.1

6,0 6.0

   58,3 58.3

5,0 5.0

0,11 0.11

 

Целевой элемент Zn , Iст = 30,0 А/мм 2 Task element Zn, Ist = 30.0 A / mm 2

Магнитогорское Magnitogorsk

   0,6 0.6

    18,0 18.0

    8,1 8.1

    1,6 1.6

   3,4 3.4

   61,9 61.9

     6,7 6.7

0,18 0.18

Лисаковское Lisakovsk

   0,8 0.8

    12,8 12.8

    4,7 4.7

    0.9 0.9

   8,1 8.1

   60,1 60.1

    12,6 12.6

0,16 0.16

Бакальское Bakal

   1,0 1.0

    14,0 14.0

    3,8 3.8

    1,9 1.9

4,6 4.6

64,3 64.3

11,3 11.3

0,15 0.15

КМА KMA

   1,0 1.0

    12,0 12.0

    4,2 4.2

    3,1 3.1

5,2 5.2

64,4 64.4

10,1 10.1

0,14 0.14

Кусинское Kusinsk

   0,5 0.5

    11,4 11.4

    3,6 3.6

    0,6 0.6

6,6 6.6

67,9 67.9

9,4 9.4

0,14 0.14

Туканское Tukan

   0,5 0.5

    11,0 11.0

    6,0 6.0

    1,7 1.7

4,1 4.1

63,8 63.8

12,9 12.9

0,16 0.16

Качарское Kachar

   2,3 2.3

    11,0 11.0

    5,9 5.9

   12,4 12.4

2,0 2.0

60,2 60.2

6,2 6.2

0,12 0.12

В - Уральское The - Ural

   1,1 1.1

    14,0 14.0

  10,2 10.2

    2,7 2.7

6,4 6.4

56,3 56.3

9.3 9.3

0,16 0.16

Теченское Techa

   1,1 1.1

    13,6 13.6

  10,6 10.6

    3,4 3.4

6,0 6.0

   52 ,5 52, 5

12,8 12.8

0,16 0.16

 

Целевой элемент Al , Iст = 18,5 А/мм 2 Task element Al, Ist = 18.5 A / mm 2

Магнитогорское Magnitogorsk

1,5 1.5

13,4 13.4

11,8 11.8

13,4 13.4

2,7 2.7

52,4 52.4

4,7 4.7

0,12 0.12

Лисаковское Lisakovsk

1,6 1.6

     6,4 6.4

   15,4 15.4

10,6 10.6

6,3 6.3

57,4 57.4

2,3 2.3

0,11 0.11

Бакальское Bakal

2,0 2.0

    8,1 8.1

   13,2 13.2

11,8 11.8

5,7 5.7

54,8 54.8

4,4 4.4

0,14 0.14

КМА KMA

0,9 0.9

9,3 9.3

10,3 10.3

13,3 13.3

3,7 3.7

60,3 60.3

2,2 2.2

0,15 0.15

Кусинское Kusinsk

0,3 0.3

9,9 9.9

9,7 9.7

13,1 13.1

3,6 3.6

56,3 56.3

7,1 7.1

0,13 0.13

Туканское Tukan

0,8 0.8

5,7 5.7

12,2 12.2

12,6 12.6

3,6 3.6

61,2 61.2

3,9 3.9

0,12 0.12

Качарское Kachar

2,3 2.3

11,0 11.0

13,4 13.4

13,9 13.9

2,3 2.3

45,4 45.4

1,7 1.7

0,12 0.12

В - Уральское The - Ural

2,7 2.7

10,0 10.0

11,6 11.6

14,7 14.7

4,0 4.0

49,8 49.8

7,2 7.2

0,11 0.11

Теченское Techa

2,1 2.1

11,0 11.0

12,0 12.0

14,7 14.7

4,1 4.1

48,8 48.8

7,3 7.3

0,11 0.11

 

Целевой элемент Cu , Iст = 25 А/мм 2 Task element Cu, Ist = 25 A / mm 2

Магнитогорское Magnitogorsk

0,5 0.5

11,2 11.2

10,4 10.4

1,3 1.3

14,7 14.7

49,6 49.6

12,3 12.3

0,12 0.12

Лисаковское Lisakovsk

0,4 0.4

9,7 9.7

13,7 13.7

1,2 1.2

15,9 15.9

48,4 48.4

9,7 9.7

0,11 0.11

Бакальское Bakal

0,4 0.4

8,1 8.1

17,5 17.5

0,8 0.8

14,0 14.0

47,2 47.2

11,0 11.0

0,11 0.11

КМА KMA

0,6 0.6

8,3 8.3

14,1 14.1

0,6 0.6

14,6 14.6

51,8 51.8

10,0 10.0

0,13 0.13

Кусинское Kusinsk

0,5 0.5

6,7 6.7

9,8 9.8

2,3 2.3

14,1 14.1

50,0 50.0

16,6 16.6

0,12 0.12

Туканское Tukan

0,6 0.6

5,4 5.4

6,5 6.5

1,4 1.4

15,6 15.6

61,8 61.8

9,3 9.3

0,12 0.12

Качарское Kachar

0,5 0.5

6,6 6.6

9,5 9.5

2,3 2.3

13,4 13.4

58,9 58.9

9,8 9.8

0,14 0.14

В - Уральское The - Ural

0,8 0.8

8,0 8.0

11,3 11.3

3,4 3.4

15,0 15.0

49,4 49.4

12,1 12.1

0,11 0.11

Теченское Techa

1,0 1.0

7,7 7.7

11,0 11.0

2,8 2.8

15,2 15.2

50,3 50.3

12,2 12.2

0,11 0.11

 

Целевые элементы * S , P / Se , Sn , Bi , Cd , Pb Iст = 17 А/мм 2 Target elements of * S, P / Se, Sn , Bi, Cd, Pb Ist = 17 A / mm 2

Магнитогорское Magnitogorsk

0,07 /2,4 0.07 / 2.4

6,8 6.8

12,7 12.7

22,4 22.4

7,3 7.3

53,4 53.4

6,47 6.47

0,14 0.14

Лисаковское Lisakovsk

0,11 0.11 /2,3 / 2.3

7,0 7.0

11,0 11.0

19,8 19.8

8,8 8.8

45,7 45.7

5,29 5.29

0,12 0.12

Бакальское Bakal

0,08 /3,6 0.08 / 3.6

7,0 7.0

11,0 11.0

21,0 21.0

8,0 8.0

44,3 44.3

5,02 5.02

0,11 0.11

КМА KMA

0,05/ 3,0 0.05 / 3.0

6,6 6.6

10,3 10.3

20,0 20.0

8,9 8.9

46,2 46.2

4,95 4.95

0,12 0.12

Кусинское Kusinsk

0,03 /1,7 0.03 / 1.7

5,3 5.3

6,2 6.2

21,0 21.0

6,1 6.1

55,0 55.0

4,67 4.67

0,11 0.11

Туканское Tukan

0,08 /2,1 0.08 / 2.1

6,0 6.0

9,7 9.7

19,6 19.6

4,3 4.3

54,4 54.4

4,02 4.02

0,11 0.11

Качарское Kachar

0,15 / 1,6 0.15 / 1.6

6,0 6.0

11,1 11.1

19,8 19.8

5,6 5.6

50,1 50.1

5,75 5.75

0,11 0.11

В - Уральское The - Ural

0,10 /2,0 0.10 / 2.0

5,7 5.7

9,6 9.6

13,6 13.6

4,8 4.8

59,6 59.6

4,6 4.6

0,14 0.14

Теченское Techa

0,10 /2,1 0.10 / 2.1

5,6 5.6

9,6 9.6

14,9 14.9

5,2 5.2

57,9 57.9

4,6 4.6

0,11 0.11

* - числитель S + P , знаменатель Se , Sn , Bi , Cd , Pb * - Numerator S + P, the denominator Se, Sn, Bi, Cd, Pb

                          3.2 Обработка водно-минеральных систем промышленного и бытового 3.2 Treatment of water and mineral systems for industrial and domestic

происхождения в агрегате «Энергонива-2» origin unit "Energoniva-2"

При производстве основной продукции (черных и цветных металлов) предприятия металлургии служит источником выбросов шлаков, шламов, сточных вод, содержащих в своем составе гамму черных и цветных металлов. In the production of primary products (ferrous and non-ferrous metals), metallurgy enterprises is a source of emissions of slag, sludge, waste water, containing in its composition range of ferrous and non-ferrous metals.

Увеличивая потери металла, названные материалы - отходы горно-металлургического производства - существенно загрязняют окружающую среду и поэтому утилизация их служит цели не только расширения сырьевой базы предприятий черной и цветной металлургии, но и улучшению экологической обстановки. Increasing loss of metal, called materials - waste mining and metallurgical production - significantly pollute the environment, and so recycling them is the goal of not only expanding the raw material base of ferrous and non-ferrous metallurgy, and environmental improvement.

 

Проведена серия экспериментов по переработке водно-шлаковых систем, шламовых систем, стоков различной этиологии в агрегатах «Энергонива-2». A series of experiments on water-recycling systems slag, sludge systems, sewage of various etiologies in aggregates "Energoniva-2."

Целью экспериментов являлось определение возможности получения полиметаллического порошка, а также выявление режима максимального выхода целевого элемента из шлаков, шламов, стоков. The purpose of the experiments was to determine the possibility of obtaining polymetallic powder, as well as the identification mode the maximum yield of the desired item from the slag, sludge, sewage.

При приготовлении водно-шлаковых систем соблюдалось оптимальное соотношение Т:Ж = =1:10. Optimal ratio T observed when preparing water-slag system: F = 1: 10. Химический анализ шлаков приведен в Прил.2. The chemical analysis of the slag given in Pril.2.

 

Эксперименты выполнены на агрегатах с реакторами диаметром 10 мм, емкость конденсаторных батарей 24 00мкФ, время разряда 15 мкс, скорость прохождения водно-минеральных систем через зону реакции v=0,55 м/с. Experiments were performed in units of a 10 mm diameter reactor, the capacitance of capacitor bank 24 00mkF, discharge time is 15 ms, the rate of passage of water and mineral systems through the reaction zone v = 0,55 m / s.

Результаты экспериментов обрабатывались методами статистики /72,73,74/ и приведены в процентах от общей массы твердого осадка после реактора (табл.3.2). The experimental results were processed statistical methods / 72,73,74 / and shown in percentage of the total weight of the solid residue after the reactor (Table 3.2).

В таблице 3.3 приведены результаты переработки стоков различных производств. Table 3.3 shows the results of various wastewater treatment plants.

Эксперименты выполнены аналогично обработке рудных материалов, поэтому целевые продукты и другие характеристики подобны ранее изложенным. The experiments were performed similarly to the processing of ore materials, so the desired products, and other characteristics similar to those previously outlined.

 

Таблица 3.2 Table 3.2

 

 

Обрабатываемый материал Work material

Суммарное содержание элементов The total content of the elements

 

Т 2 О T 2 O

D 2 O D 2 O

в воде in water

S, P, S, P,

Se, Sn, Se, Sn,

Bi, Cd Bi, Cd

  

Zn Zn

Al, Al,

Mg Mg

Ca, As, Ca, As,

Cu Cu

Mn, Y, Mn, Y,

Co, Ni, Co, Ni,

Ir,Si Ir, Si

Fe, Pd Fe, Pd

Ti, Cr, Ti, Cr,

Mo, Hf, Mo, Hf,

W, Re, Os, Nb W, Re, Os, Nb

Целевой элемент Fe, Iст = 22,2 А/мм 2 Task Fe element Ist = 22.2 A / mm 2

ШЛАКИ: ККЦ Slag: CCC

Доменный blast-furnace

Мартеновский Open-hearth

1,3 1.3

8,4 8.4

2,3 2.3

2,3 2.3

4,7 4.7

74,3 74.3

6,7 6.7

0,18 0.18

1,8 1.8

7,0 7.0

8,3 8.3

7,2 7.2

8,1 8.1

62,7 62.7

4,9 4.9

0,18 0.18

2,4 2.4

6,2 6.2

4,2 4.2

3,1 3.1

12,0 12.0

62,2 62.2

9,9 9.9

0,16 0.16

Шламы: ККЦ Sludge: CCC

Доменный blast-furnace

2,0 2.0

9,4 9.4

3,0 3.0

2,7 2.7

6,0 6.0

72,0 72.0

4,9 4.9

0,10 0.10

2,0 2.0

12,3 12.3

6,0 6.0

3,4 3.4

16,0 16.0

53,0 53.0

7,3 7.3

0,12 0.12

Зола: ТЭЦ Ash: CHP

8,0 8.0

13,9 13.9

8,4 8.4

3,1 3.1

18,0 18.0

42,0 42.0

6,6 6.6

0,19 0.19

 

ШЛАКИ: ККЦ Slag: CCC

Доменный blast-furnace

Мартеновский Open-hearth

Целевой элемент Аl, Iст = 18,5 А/мм 2 Task element Al, Ist = 18.5 A / mm 2

2,4 2.4

5,4 5.4

9,6 9.6

20,4 20.4

7,1 7.1

50,3 50.3

4,8 4.8

0,1 0.1

2,8 2.8

6,3 6.3

10,3 10.3

22,3 22.3

14,3 14.3

39,8 39.8

4,9 4.9

0,12 0.12

2,0 2.0

6,0 6.0

10,1 10.1

19,8 19.8

12,3 12.3

45,4 45.4

4,4 4.4

0,11 0.11

Шламы: ККЦ Sludge: CCC

Доменный blast-furnace

2,6 2.6

10,1 10.1

11,8 11.8

16,1 16.1

11,0 11.0

41,6 41.6

6,8 6.8

0,1 0.1

2,8 2.8

9,4 9.4

11,4 11.4

14,3 14.3

12,0 12.0

43,0 43.0

7,1 7.1

0,09 0.09

Зола: ТЭЦ Ash: CHP

4,1 4.1

10,0 10.0

13,0 13.0

12,4 12.4

14,0 14.0

39,6 39.6

6,9 6.9

0,13 0.13

 

Целевой элемент Cu, Iст = 25 А/мм 2 Task element Cu, Ist = 25 A / mm 2

ШЛАКИ: ККЦ Slag: CCC

Доменный blast-furnace

Мартеновский Open-hearth

3,0 3.0

6,3 6.3

7,0 7.0

4,6 4.6

24,0 24.0

48,3 48.3

6,8 6.8

0,12 0.12

2,1 2.1

6,6 6.6

7,0 7.0

5,1 5.1

23,0 23.0

49,3 49.3

6,9 6.9

0,11 0.11

2,0 2.0

6,0 6.0

7,0 7.0

3,8 3.8

23,0 23.0

39,4 39.4

7,2 7.2

0,11 0.11

Шламы: ККЦ Sludge: CCC

Доменный blast-furnace

2,7 2.7

7,3 7.3

8,1 8.1

9,1 9.1

28,0 28.0

39,4 39.4

5,4 5.4

0,13 0.13

2,8 2.8

7,5 7.5

8,2 8.2

9,1 9.1

26,0 26.0

44,3 44.3

6,1 6.1

0,14 0.14

Зола: ТЭЦ Ash: CHP

4,0 4.0

7,7 7.7

11,3 11.3

6,1 6.1

29,3 29.3

31,8 31.8

9,8 9.8

0,16 0.16

 

Целевой элемент Zn , Iст = 30 А/мм 2 Task element Zn, Ist = 30 A / mm 2

ШЛАКИ: ККЦ Slag: CCC

Доменный blast-furnace

Мартеновский Open-hearth

2,7 2.7

11,2 11.2

3,4 3.4

2,2 2.2

13,3 13.3

55,0 55.0

6,9 6.9

0,1 0.1

3,4 3.4

12,2 12.2

3,8 3.8

2,7 2.7

12,1 12.1

62,0 62.0

3,8 3.8

0,08 0.08

1,7 1.7

9,4 9.4

4,2 4.2

3,6 3.6

11,0 11.0

67,0 67.0

3,3 3.3

0,12 0.12

Шламы: ККЦ Sludge: CCC

Доменный blast-furnace

2,2 2.2

16,0 16.0

11,3 11.3

4,3 4.3

14,0 14.0

50,0 50.0

2,2 2.2

0,16 0.16

1,3 1.3

19,0 19.0

9,6 9.6

3,1 3.1

7,9 7.9

54,3 54.3

4,8 4.8

0.18 0.18

Зола: ТЭЦ Ash: CHP

4,3 4.3

17,3 17.3

8,3 8.3

8,0 8.0

17,0 17.0

38,9 38.9

6,2 6.2

0,21 0.21

Сравнивая результаты, полученные при переработке отходов производства, промышленных, бытовых стоков, можно заметить, что какой-либо определенной шихтовки для их переработки в агрегатах «Энергонива-2» не требуется. Comparing the results obtained during the processing of waste products, industrial and domestic waste water, it can be seen that any particular blending for processing in units of "Energoniva 2" is required. Необходимая для обеспечения реализации дейтонной технологии вода может быть любого качества, в том числе и загрязненной кислотами, щелочами, углеводородами, маслами и т.д. Necessary to ensure the implementation of the deuteron water technology can be of any quality, including contaminated acids, alkalis, hydrocarbons, oils, etc. Поэтому нет необходимости выбора исходного сырья, а есть необходимость оценки качества конечных продуктов. Therefore, there is no need of choice of feedstock and there is a need of quality evaluation of the final products.

 

Экспериментами показано, что шлаки, шламы, промстоки являются хорошим сырьем для получения цветных металлов при переработке их по дейтонной технологии в агрегатах «Энергонива-2». Experiments showed that slag, sludge, industrial waste is a good raw material for refining nonferrous metals in their technology deuteron aggregates "Energoniva 2".

 

  Из данных табл.3.1 и 3.2 можно сделать следующие выводы : From the data of Table 3.1 and 3.2, you can draw the following conclusions:

1. Доказано ,что при обработке водно - минеральных систем в агрегатах «Энергонива-2» возможно получение полиметаллического порошка. 1. It is proved that in the processing of water - mineral systems in aggregates "Energoniva-2" may receive polymetallic powder.

2. Показано, что изменяя I CT , I p, d можно регулировать выход целевого элемента и количество порошка. 2. It is shown that by changing the I CT, I p, d can be controlled and an output of the target amount of the powder.

3. При переработке промышленно - бытовых стоков и отходов производства происходит их очистка, что снижает угрозу экологического загрязнения окружающей среды. 3. When processing industrial - domestic sewage and industrial waste is their treatment, which reduces the threat of environmental pollution.

 

4.Физико-химические свойства полиметаллических порошков, 4.Fiziko-chemical properties of polymetallic powders,

полученных на агрегате «Энергонива-2» received on the unit "Energoniva-2"

Экспериментально установлено, что 25-40% водных систем в результате структурных перестроек превращается в твердые вещества, в основном металлы, минуя стадии окисления - восстановления, т.е. Experiments found that 25-40% of water systems as a result of structural transformations in solids are converted, mostly metals, bypassing the stage of oxidation - restoration, ie минуя основные процессы современной металлургии. bypassing the main processes of modern metallurgy. Механизм взаимодействия частиц в дейтонной плазме подтверждается химическими анализами начальных и конечных продуктов, полученных в ходе реализации технологии (табл.4.1). The mechanism of the interaction of particles in Dayton plasma chemical analyzes confirmed the initial and final products obtained in the course of the implementation of technology (Table 4.1).

Проведена серия экспериментов по обработке промышленных и бытовых стоков. A series of experiments on the treatment of industrial and domestic waste.

Эксперименты проведены при следующих параметрах агрегата «Энергонива-2» : The experiments were performed at the following parameters "Energoniva-2" unit:

время разряда 24 мкс, discharge time of 24 microseconds,

ток стабилизации 22 А, 22 A stabilization of current,

ток разряда 220 А/мм 2 , the discharge current of 220 A / mm 2,

скорость прохода водных систем через зону реакции 0,55 м/с. the speed of passage of aqueous systems through the reaction zone of 0.55 m / s.

Выход полиметаллических порошков, их химический и дисперсный состав регулируются Out of polymetallic powders, their chemical composition and particulate regulated

системами управления агрегата «Энергонива-2». "Energoniva-2" systems management unit.

Полученные порошки обладают характерным металлическим блеском, непрозрачны. The resulting powders have a characteristic metallic luster, opaque.

 

  Применяя определенные режимы работы агрегата «Энергонива-2», можно получать полиметаллические порошки с более высоким содержанием целевого элемента и меньшим количеством примесей (Гл. 2, 3). Applying certain modes of operation of the unit "Energoniva 2" can be obtained polymetallic powders with a higher content of the target element and fewer impurities (Ch. 2, 3).

 

Важной характеристикой, оказывающей влияние на технологические свойства порошков является форма частиц. An important characteristic of an impact on the technological properties of powders is the shape of the particles. Форма частиц высушенного порошка определялась на оптическом микроскопе (МИМ-9) с 30 * увеличением. The form of the dried powder particles was determined by optical microscope (MIM-9) at 30 * magnification. На 15% они представлены сферическими образованиями, до 60% -игольчатыми, пластинчатыми; At 15% they appear spherical formations, up to 60% -igolchatymi, plate; остальное - образования в виде чешуек, нитей и т.д.(рис.4.1). Else - formation in the form of flakes, filaments, etc. (Figure 4.1).

Структурная форма порошков, полученных из руд: The structural form of powders obtained from ores:

 

1 - магнитогорской, 1 - Magnitogorsk,

2 - лисаковской; 2 - Lisakovsk;

3 - бакальской; 3 - Bakal;

4 - КМА; 4 - KMA;

5 -шлак доменный ММК; 5 MMK -shlak domain;

6 - стоков ККЦ ММК. 6 - CCC CMI waste.

Рис. Fig. 4.1 4.1

Для получения более точных сведений о форме и размерах частиц порошка, провели исследования частиц на электронном микроскопе путем съемки на просвет. To obtain more accurate information about the shape and size of the powder particles had a particle with an electron microscope studies by shooting against the light. На фотографиях рис.4.2 прослеживается динамика образования кристаллов с включениями различных примесей в виде тугоплавких элементов, образования оксидных пленок на поверхности частиц чистого металла. Figure 4.2 In the photos can be traced dynamics of the formation of crystals with inclusions of various impurities in the form of refractory elements, the formation of oxide films on the surface of the fine metal particles.

 

Динамика образования конгломератов порошка, полученного на агрегате «Энергонива 2» Dynamics of powder conglomerates obtained in the unit "Energoniva 2»

Рис. Fig. 4.2 4.2

Каждая частица порошка является либо отдельным зерном-кристаллитом, либо (в большинстве случаев) поликристаллом или метастабильным образованием. Each powder particle is a separate grain-crystallite, or (in most cases) or polycrystal metastable form. При исследовании свежих порошков выяснено, что каждая частица обладает моноэлементным составом. In the study of fresh powder found that each particle has a single-element composition. Выявлено, что вследствие своей малой дисперсности частицы способны, быстро коагулируя, образовывать крупные конгломераты. It was found that, due to its low dispersion of the particles are capable of coagulating rapidly forming large conglomerates. Эти явления связаны с изменениями поверхностной энергии частиц, что следует из объединенного выражения 1-го и 2-го законов термодинамики /83/: These phenomena are associated with changes in the surface energy of the particles, which follows from the combined expression of the 1st and 2nd laws of thermodynamics / 83 /:

Т dS=dU + Pdv , (4.1) T dS = dU + Pdv, (4.1 )

т.е. those. подведенная к системе теплота идет на изменение внутренней энергии dU и совершение работы Р dv . Summing up the heat to the system is the change in internal energy dU and a work P dv.

Можно записать это выражение с учетом того, что для гетерогенной системы часть внутренней энергии выражается как поверхностная энергия a dS , химическая Е jxidni, электрическая, обусловленная зарядом q ,т.е. We can write this expression, taking into account the fact that for a heterogeneous system of the internal energy is expressed as the surface energy of a dS, chemical E jxidni, electric, due to a charge of q, ie. ф dq: f dq:

 

                                                               dU = T - dS - Pdv + CTdS n +2ц±- dn ± + cpdq , (4.2) dU = T - dS - Pdv + CTdS n + 2p ± - dn ± + cpdq, ( 4.2)

 

где а - поверхностное натяжение; where a - the surface tension;

Sn - площадь поверхности; Sn - the surface area;

ц± - химический потенциал i-того компонента; n ± - the chemical potential of the i-th component;

п±- число молей i-того компонента; n ± - i-number of moles of the component;

ср - электрический потенциал; Wed - electric potential;

q - электрический заряд. q - electric charge.

 

Учитывая, что энтальпия Н = U+P v , а изобарно - изотермический потенциал G= Н - Т S после простых преобразований /83/ получаем уравнение объединенного закона термодинамики в виде: Given that the enthalpy H = U + P v, and isobaric - isothermal potential G = H - T S after simple transformations / 83 / obtain the equation unified law of thermodynamics in the form:

 

dG = -S'dT+vdP + adS +Z|ndn +q>dq. dG = -S'dT + vdP + adS + Z | ndn + q> dq. (4.3) (4.3)

 

Поверхностная энергия выражена через приращение свободной энергии Гиббса. Surface energy is expressed in terms of the increment of the Gibbs free energy. Основное уравнение термодинамики дает возможность проследить за возможными превращениями поверхностной энергии: The basic equation of thermodynamics makes it possible to trace the possibility of converting the surface energy:

ctS„ = dG + S dT - v dP - Ец dn -cpdq. ctS "= dG + S dT - v dP - Ek dn -cpdq. (4.4) (4.4)

 

  Из этого уравнения следует, что поверхностная энергия, связанная с дисперсностью может переходить в энергию Гиббса, теплоту, механическую, химическую и электрическую энергию. From this equation it follows that the surface energy associated with the dispersion can proceed to the Gibbs energy, heat, mechanical, chemical and electrical energy. На практике эти превращения сопровождаются изменением реакционной способности, дисперсности порошка, адгезией, адсорбцией газов на частицах. In practice, these transformations are accompanied by a change in reactivity, powder dispersibility, adhesion, gas adsorption on the particles.

Исследования показали, что скорость коагуляции полидисперсных частиц порошка, особенно при сушке, довольно высока - мелкие частицы быстро поглощаются крупными. Studies have shown that coagulation speed polydisperse particle powder, particularly when drying, is quite high - smaller particles quickly absorbed large. Это подтверждается экспериментально (рис.4.2) и расчетами, проведенными по методике /83/. This is confirmed by experiment (Figure 4.2) and the calculations carried out by the method / 83 /.

 

Выполнен гранулометрический анализ высушенных порошков ситовым и седиментационным методами, и свежих - методом электронной микроскопии. Completed analysis of the particle size distribution of the dried powder by sieve and sedimentation methods, and fresh - by electron microscopy.

The analysis results are shown in Figure 4.3 in the form of differential distribution curve.

        

The particle size distribution and - fresh powder; b - the dried powder

                                                                                                         n ,%

                                             

           

                              n ,%

60 60

                

40 40

                

20 20

 

                                

5.4 10.6 20 24 30 d, MM

                                                    and b

                                Figure 4.3

 

Completed analysis of the particle size distribution of the dried powder by sieve and sedimentation methods, and fresh - by electron microscopy.

The analysis results are shown in Figure 4.3 in the form of differential distribution curve.

Of great interest are studies of the oxide phase in the composition of the powder. The fresh oxide powders were found. When storing the powders in water - product of the reaction, the oxidation of the particles slightly (up to 3% of the total weight).

Due to the high dispersion and as a consequence Vie, increased surface energy, when drying or long-term storage in the open air oxidation hour particles is very intense.

In processing the results of experiments on techniques / 52.54 / found that the dynamics of powder oxidation obeys:

a = b / (1+ a an e ~ Btk ) + 0.35, (4.5)

 

where c - oxide phase concentration in the composition of the powder;

a is a constant characterizing the initial concentration of oxides in the powder;

t -time oxidation;

b - the maximum possible value;

to is the relative rate of oxidation.

 

Dynamics of oxidizing the powder is shown in Figure 4.4. For prolonged storage in water, by virtue of their activity, the powder is capable of decomposing water, thus detected oxides Al, Cr, Si, Mn and hydrogen evolution is observed.

Dynamics oxidation powder

                                                  0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 hour

Рис. Fig. 4.4

In the area occupied by the iron crystals - bright elongated grains - quite easy to estimate its concentration in the reaction products (Figure 4.1). Dark spots on the surface of the dot iron crystals represented nonferrous metals, and the dark period between light grains represented by light elements (Al, Li, Be, Zn, Si, etc.).

 

Studies of the individual particles microhardness established its significant fluctuations (Table 4.2), indicating a change in the strength characteristics of the metallic phase in the composition of the powders.

Table 4.2 The measurement results of microhardness (kgf / mm)

Most hardness powders derived from Bakal ing ore, indicates the presence of significant Leahy iron ing chromium and low (for Magnitogorsk and Lisakovki ores) - a relatively high purity jelly for, produced from these materials. The same can be said of other particles: on the background of the hardness of iron particles of refractory metals is higher than the basics. However, in some cases it is not confirmed (e.g., hardness decreased to 100-110 kgf / mm 2 for molybdenum and hafnium).

Dark areas, according to Chemical Research - a non-ferrous metal having iron as compared to a lower strength, which is confirmed experimentally.

Measurements by the method / 29 / showed that pycnometric density of the powder ranges from 7,48-7,63 g / cm 3 ; bulk density of 1.95 - 1.98 g / cm 3 .

Due to the high polydispersity of the powder (d cp = 1.6 mm), it is not fluid but has a flowability (angle of repose of 28 °). Powders not pyrophoric (not ignite spontaneously in air).

 

In the production of the powders on the unit "Energon Island-2" no increase of radioactivity, the powders are not radioactive.

 

Water, which is the reaction product has the following characteristics:

pH - 6.0 - 6.8;

D 2 O - 0.05%; T 2 0 0.05%;

besides water contains the same metal as the powder (in microdoses) conferring properties of biologically active water environment.

 

Analyzing the data of the research, we can draw the following conclusions:

 

- Polymetallic particle sizes of the powders obtained on the machine "Energoniva 2" are not the same, i.e. they are polydisperse;

 

- Due to the high rate of coagulation, powder particles quickly form large conglomerates polycrystals;

 

- During storage in water does not substantially oxidized powders, but when stored outdoors oxidation degree of the powder is very high;

 

- Not pyrophoric (not ignite spontaneously in air) and are not radioactive, friable, that is valuable for their transportation and processing;

 

- Gamma although chemical elements in the powder is wide, by using a specific mode is possible to increase the concentration of the target element and to reduce impurities.

 

Thus, the technology of producing polymetallic powders on the unit "Energoniva-2" is suitable for a wide range of powders, and the creation of active environments, providing ecological cleanliness and reducing tensions rudnomineralnoy base.

 

5. Methods of processing polymetallic powders produced in the unit "Energoniva 2»

                            

5.1 Classification powders separation methods.

Существующие способы получения металлов весьма сложны. Existing methods of producing metals are very complex. В результате их осуществления получают металлы в виде расплавов, при этом основной металл содержит примеси в виде других металлов и соединений, которые нередко негативно влияют на качество конечного продукта. As a result of their prepared form molten metals, wherein the base metal contains impurities in the form of metals and other compounds which often adversely affect the quality of the final product.

 

Между тем доказано, что качественные изделия, обладающие свойствами, близкими к теоретическим, могут быть получены из порошковых композитов /2,25,36/. Meanwhile, it is proved that high-quality products, which have properties similar to the theoretical, can be prepared from powder composites / 2,25,36 /.

 

  Однако, получение этих порошков, как правило трудоемко и энергоемко. However, the preparation of these powders is usually time-consuming and energy-intensive. Например, получение железных порошков методами распыления требует 120 -180 МВт-ч/т получаемого продукта, при этом потери теплоты достигают 70%, расход воды 400-800 м 3 /т и т.д. For example, the preparation of iron powders by spraying requires 120 -180 MWh / t of the product obtained, while the heat loss reaches 70%, the water flow rate of 400-800 m 3 / t, etc. /6,7,72/. / 6,7,72 /.

 

Другие способы разделения полиметаллических порошков (центробежные, раздувание газовыми струями, закалка из перегретой фазы в жидкости и т.д. ) так же обладают высокой энергоемкостью и достаточно низкой производительностью. Other methods polymetallic powders separation (centrifugal, inflating gas jets, quenching of a superheated liquid phase, etc.) also possess sufficiently high energy and low productivity. Разделение металлических порошков, их очистка при этом не производится ( за исключением способов разделения чистых металлов в ходе зонной плавки металлов и сплавов /75/ характеризующихся высокой энерго - и трудоемкостью, вследствие чего они используются для получения металлов спецназначения ). Separation of metal powders and their cleaning is not made (except for the separation techniques of pure metals in the zone melting of metals and alloys / 75 / characterized by a high energy - and labor intensive, so that they are used for special purpose metals).

 

Полиметаллические порошки в рамках существующей традиционной металлургической технологии могут быть получены при химико-термическом восстановлении полиметаллических порфировидных медистых руд (например, Норильских) на стадии холодных штейнов /4/ с получением относительно чистых оксидов металлов хрома, железа), которые разделяются впоследствии гравитационными методами. Polymetallic powders within the existing conventional metallurgical technology can be obtained by chemical-thermal recovery of copper porphyry polymetallic ores (e.g., Norilsk) in step mattes cold / 4 / to obtain a relatively pure metal oxides of chromium, iron), which subsequently are separated by gravitational means.

 

Нашими исследованиями установлено, что максимум выхода порошков металлов достигается при использовании агрегатов «Энергонива-2» (табл.5.1). Our research found that the maximum output of metal powders is achieved by using units "Energoniva-2" (Table 5.1).

 

Приведенные в табл.5.1 данные свидетельствуют о том, что в результате переработки различных материалов в агрегатах «Энергонива-2» получается весьма широкая гамма элементов, в результате чего возникает необходимость разделения полиметаллического порошкового материала на моноэлементные системы. Are listed in Table 5.1 data show that as a result of processing units of different materials "Energoniva 2" is obtained very wide range of elements, whereby there is the need to separate the powder material polymetallic single-element system.

 

Таблица 5.1 . Table 5.1. Выход полиметаллических порошков (% по массе) при пере работке рудных Yield polymetallic powders (% by weight) for processing ore re

материалов некоторых месторождений в аг регатах «Энергонива». Some materials in the fields ar regattas "Energoniva".

  Известны следующие методы разделения порошков: Known methods of separation of powders:

   магнитная сепарация; magnetic separation;

    гравитационный ; gravity;

    ионно-обменный ; ion exchange;

    выщелачивание; leaching;

    флотационный ; flotation;

    зонная плавка; zone melting;

    плазмохимические методы с закалкой из паровой фазы и др. plasmachemical methods vapor quenching and other.

Учитывая полидисперсный состав получаемых нами порошков было выполнено несколько серий экспериментальных работ с получением 60 кг сухого порошка при переработке водно-минеральных систем с соотношением Т:Ж = 1:10. Given the polydisperse composition of the resulting powder contact multiple series of experimental work was carried out to obtain 60 kg of powder with water and mineral processing systems with a ratio S: L = 1:10.

 

В качестве минеральной составляющей были выбраны железорудные скарны Верхнеуральского региона (как наиболее вероятной рудной базы АО ММУ). The iron skarns Verkhneuralsk region (as most probable ore base stock MTN) were selected as the mineral component.

Полученные навески тщательно перемешивали и делили на отдельные пробы по 5-6 кг. The obtained sample was thoroughly mixed and divided into individual samples of 5.6 kg.

Каждую пробу перерабатывали по отдельной технологии с последующим компактированием полученных относительно чистых монометаллических порошков. Each sample was processed through a separate technology, followed by compacting the obtained relatively pure monometallic powders.

 

Всего выполнено 6 серий экспериментов с получением 340 кг твердого продукта, состав которого оставался постоянным, что позволило увеличить массу каждой пробы до 10-20 кг, т.е. Total six series of experiments carried out to obtain 340 kg of a solid composition which remained constant, thus increasing the weight of each sample to 10-20 kg, ie довести ее до представительной /72/. bring it to the representative / 72 /.

 

Для разделения порошков были выбраны наиболее доступные и эффективные способы: To separate the powders and the most effective methods available have been selected:

    магнитная сепарация с последующей флотацией, magnetic separation, followed by flotation,

  гравитационный, gravitational,

  плазмохимический с закалкой элементов из паровой фазы, quenching plasma chemical vapor elements,

  химическое выщелачивание с последующим сгущением и восстановлением металлов, chemical leaching, followed by concentration and recovery of metals,

  последовательное плавление с отжимом расплава от порошковой массы. consistent with the melting of spin melt of the powder mass.

 

Чтобы получить наиболее достоверные результаты по данным статистической выборки /72,73/, масса пробы для каждого из выбранных способов определена в 8,2 кг. To get the most reliable results according to statistical sampling / 72,73 /, the mass of the sample for each of the selected methods defined in 8.2 kg.

Это обеспечивает вероятность получения достоверных результатов: 0, 91 <Р< 0,97. It provides the probability of obtaining reliable results: 0, 91 <P <0.97.

Результаты эксперимента приведены в табл. The experimental results are shown in Table. 5.2. 5.2.

 

Рассматривая принятые к реализации способы разделения порошков (см. выше) и полученные результаты (табл.5.2) можно отметить следующее : Considering adopted to implement the methods of separation of powders (., See above) and the results (Table 5.2) are the following:

 

1. Магнитная сепарация позволяет выделить практически только ферромагнитные материалы, потери же металлов, особенно цветных, в хвостах и прочие достигают 30%.Наиболее ценная часть шихты уходит практически в хвосты. 1. Magnetic separation allows you to select virtually only ferromagnetic materials, the loss of the metals, especially color, tailings and other up to 30% .The most valuable part of the charge leaves almost tails. Полученный концентрат требует дальнейшей обработки :или плавления с получением сплавов, причем из состава этих сплавов необходимо вывести еще некоторые элементы группы S или R , или переработкой по традиционной металлургической технологии. The resulting concentrate requires further processing, either melting to obtain alloys wherein the composition of these alloys is necessary to withdraw still some elements of S or R, or processing by conventional metallurgical techniques.

 

2. Гравитационное разделение, выполняемое в жидких средах, требует последующего отделения разделяющей среды от металлических частиц с дальнейшей обработкой их компактированием порошков в изделия или сплавы. 2. Gravity separation performed in liquid media requires subsequent separation of the medium from separating metal particles from further processing of products in powder compaction or alloys.

 

3. Плазмохимическая переработка порошков с закалкой из паровой фазы сложна технологически и не гарантирует от соединения металлов г групп F, S, R с ухудшением их свойств примесями S ,P, As, Se , Te и другими, в том числе азотом, водородом при плазменном испарении порошков в нейтральной и восстановительной плазме. 3. Plasma-chemical processing of powders with vapor quenching technologically complex and does not guarantee g of metal compounds of groups F, S, R to the deterioration of their properties impurities S, P, As, Se, Te , and others, including nitrogen, hydrogen in a plasma evaporation of powders in a neutral and a reducing plasma. Кроме того, этот способ отличается высокой энергоемкостью и требует совершенных способов экологической защиты. Furthermore, this method is highly energy intensive and requires sophisticated methods of environmental protection.

 

4. Химическое выщелачивание (цианирование, хлорирование) связано с опасностью устойчивого загрязнения окружающей среды хлоридами, цианидами, ртутью. 4. The chemical leaching (cyanidation, chlorination) due to the risk of sustained environmental pollution by chlorides, cyanides, mercury. Кроме того, получение чистых металлов из хлорпроизводных, цианидов и др. соединений требует применения сложнейших специальных технологий обогащения и очистки конечного продукта от примесей. Furthermore, the preparation of chlorinated pure metals, cyanides, and others. Connections requires special complicated technologies enrichment and purification of the final product from the impurities.

Таблица 5.2 Извлечение элементов из порошков после агрегата «Энергонива-2» Table 5.2 Retrieving items from the powders after the unit "Energoniva-2"

 

Расчетами установлено, что материало - и энергоемкость методов разделения полиметаллических порошков и получения из них продукции, пригодной для использования в технике, различны, так же различны и физико-химические основы получения и разделения полиметаллических порошков. Calculations revealed that the material - and energy intensity of separation techniques polymetallic powders and products derived from them suitable for use in the art, different, as different physical and chemical bases of reception and separation of polymetallic powders.

 

В табл. Table. 5.3 приведены технико-экономические показатели использованных нами методов разделения. 5.3 shows the technical and economic parameters, we used methods of separation.

На основании данных табл.5.3 можно сделать вывод о высокой эффективности способа разделения последовательным плавлением с отжатием металлов от порошковой массы. Table 5.3 can be made on the basis of the data output of the high efficiency of the separation process consistent with squeezing melting metal powder by weight.

 

 

 

 

 

Таблица 5.3 Технико-экономические показатели методов разделения Table 5.3 Technical and economic indicators of separation methods

полиметаллических порошков polymetallic powders

 

Показатели Indicators

Магнитная magnetic

сепарация separation

Гравитаци-оный Gravity-shalt

Плазмо-химический Plasma-chemical

Выщела-чивание Vyschela-Chiwan

Последова-тельное The sequence-tional

плавление melting

Относительная металлоемкость, т/т The relative metal content, t / t

2,0 2.0

1,0 1.0

2,8 2.8

0,5 0.5

0,25 0.25

Расход воды, т/т Water consumption, t / t

сух.-0 suh.-0

-1окр.-11,: -1okr.-11 ,:

17,6 17.6

25,0 25.0

25,0 25.0

10,0 10.0

Расход топлива,т. Fuel consumption, ie. у. y. т. m.

 

 

0,5 0.5

 

 

Расход эл. Consumption email. энергии, energy

0,54 0.54

0,25 0.25

3,2 3.2

0,3 0.3

0,45 0.45

Расход энергии на компактир. Energy consumption in the Compact. МВт ч/т MWh / t

2,2 2.2

2,6 2.6

1,75 1.75

2,5 2.5

0,5 0.5

Потери в хвостах, шлаках, % The losses in the tailings, slag,%

30,3 30.3

16,2 16.2

26,7 26.7

44,02 44.02

16,8 16.8

Утилизация хвостов, % Disposal of tailings,%

75 75

100 100

75 75

45 45

100 100

Совместим, процессов разд., отн. Compatible, processes Sec., Rel.

0,4 0.4

0,75 0.75

0,8 0.8

0,4 0.4

1,0 1.0

Длит. Dur. опер способа, отн. method operas, rel.

7,5 7.5

10,0 10.0

1,5 1.5

60,0 60.0

1,0 1.0

Относительные расходы: Relative costs:

капитальные capital

0,7 0.7

0,75 0.75

1,5 1.5

1,2 1.2

1,0 1.0

эксплуатационные operational

1,75 1.75

1,8 1.8

2,0 2.0

1,2 1.2

1,0 1.0

приведенные затраты adjusted cost

1,75 1.75

2,0 2.0

2,5 2.5

1,6 1.6

1,0 1.0

 

 

5.2 Основы технологии разделения порошков последовательным плавлением 5.2 Basis of technology of separating successive melting powders

Способ разделения порошков основан на различии температур плавления металлов /18/, в частности - мелкодисперсных порошков /18,13,76 /, плавящихся при более низких температурах, чем в слитках . The method of separation based on the difference of powders of metals Melting / 18 /, in particular - of fine powder / 18,13,76 /, melting at lower temperatures than in ingots.

Например, для платины при крупности6 For example, when platinum krupnosti6

d =200нм Тпл = 1230 о C, d = 200nm = 1230 mp of C,

d =40 нм Тпл = 615 о C, d = 40 nm, m.p about 615 C,

d =10 нм Тпл = 245 о С /18/. d = 10 nm, Tm = 245 ° C / 18 /.

Такие же соотношения наблюдаются и для других металлов . The same ratio observed for other metals.

 

Факт понижения температуры плавления мелкодисперсных порошков металлов является одной из причин невозможности раздельного плавления металлов с откачкой расплава. The fact of lowering the melting point of the fine metal powder is one of the reasons for the impossibility of separate metal melt with a melting pumping.

Поэтому для выбора этого метода разделения необходимо, чтобы размер частиц металла не был меньше некоторого предела, обусловленного атомнокристаллографической структурой вещества. Therefore, for the choice of separation method requires that the metal particle size is not less than a certain limit caused atomnokristallograficheskoy structure material.

Этот предел определится из условия равенств энергии частицы E = mv и Е = кТ, если изменение температуры плавления и диаметра пропорциональны : This limit is determined from the energy equalities conditions particle E = mv, and E = kT, if the change in the melting temperature and the diameter is proportional to:

                                                          

Фт 2 187ipv2kT 2 , (5.1) 187ipv2kT Ft 2 2 (5.1)

 

где d - диаметр частицы; where d - diameter of the particles;

р - плотность; p - the density;

к - постоянная Больцмана; k - the Boltzmann constant;

v - скорость движения частицы, определяемая по скорости движения частиц расплава /18/; v - velocity of motion of the particle, which is determined by the speed of the melt particles / 18 /;

Т - температура плавления. T - the melting point.

Решение уравнения (5.1) при Т = Т пл в массиве, (vr - скорость течения Гартмана /13,18/) показывает, что предельный размер частиц для последовательного плавления не должен быть ниже 250 нм для самого низкоплавкого металла - натрия. The solution of equation (5.1) at T = T m in the array, (vr - flow rate Hartmann / 13,18 /) indicates that the maximum particle size for consistent melting should not be less than 250 nm of the low melting metal - sodium. Представление о размерах частиц порошков можно получить с помощью фотографий (рис.4.1). The notion of powder particle sizes can be obtained with the help of photographs (Figure 4.1).

 

  Измерениями установлено, что крупность частиц легкоплавких металлов (Pb, Sn , P, S), a также тугоплавких (Fe, Ni, Cr ) далека от предельной. Measurements revealed that the particle size of fusible metals (Pb, Sn, P, S ), a refractory and (Fe, Ni, Cr) is far from the limit. Это значит, что применение способа последовательного плавления с отжимом расплавов из полиметаллических порошков вполне допустимо. This means that the use of the method with successive melting of spin melt powders polymetallic quite acceptable.

 

Первые целевые эксперименты по последовательному плавлению с отжимом расплавов выполнены в металлическом (стальном ) тигле диаметром 200 мм и емкостью 3 кг порошков. The first target through the serial experiments spin melting with melts formed in metal (steel) crucible diameter of 200 mm and a capacity of 3 kg of powder. Требуемое давление (Р = 1Мпа) обеспечивалось нажимным устройством - гидравлическим прессом. The required pressure (P = 1 MPa) ensures the pressure device - a hydraulic press. Схема установки приведена на рис.5.1. Installation diagram is shown in Figure 5.1.

Принципиальная схема установки для последовательного плавления с отжатием расплавов Schematic diagram of the installation for the serial melting with squeezing melts

 

 

Рис.5.1 1 - тигель; Figure 5.1 1 - crucible; 2 - порошок; 2 - powder; 3 - индуктор; 3 - the inductor; 4 - огнеупорная футеровка; 4 - refractory lining;

5 -решетка; 5 is a lattice; 6 - накопитель расплава; 6 - melt Drive; 7 - литейная форма; 7 - mold; 8 - пуансон; 8 - punch;

9 - пресс; 9 - Press; 10 - ВЧ генератор; 10 - RF generator; 11- сеть; 11- network; 12 - регулятор. 12 - a regulator.

 

Работа установки четко просматривается из схемы рис 5.1. Installation work can be seen clearly from the scheme of Figure 5.1. Эта установка позволяет поочередно повышая температуру порошка, дренировать расплав более легкоплавкого элемента в накопитель расплава 6, откуда он разливается в формы. This setting allows the powder alternately increasing temperature, the melt drained more fusible element melt storage unit 6, where it is poured into molds. Контроль температуры в рабочем пространстве тигля осуществляется термопарами, выходной сигнал которых подается на регулятор установки, что позволяет оперативно менять энергетические характеристики тигля. Temperature control in the working space of the crucible is carried out by thermocouples, the output of which is supplied to the control setup that allows you to quickly change the power characteristics of the crucible. Экспериментальные плавки позволили получить слитки, структура которых приведена на рис.5.2. Experimental fusion yielded ingots, the structure of which is shown in Figure 5.2.

 

Структура слитков. The structure of the ingots.

1 2 3 1 2 3

                                                                         

4 5 6 4 5 6

 

7 8 9 7 8 9

Рис. Fig. 5.2 5.2

В эксперименте все элементы были разделены на несколько групп по температурам плавления : In the experiment, all the elements were divided into several groups according to the melting temperatures:

1. 373 К - S, P 1. 373 K - S, P

2. 373 - 673 К - Sn, Se, Bi, Pb 2. 373 - 673 K - Sn, Se, Bi, Pb

3. 673 - 773 К - Zn 3. 673 - 773 K - of Zn

4. 773 - 973 К - Аl, Мg 4. 773 - 973 K - Al, Mg

5. 973 - 1373 К - Ca, As, Cu 5. 973 - 1373 K - Ca, As, Cu

6. 1373 - 1773 К - Mn, Si, Co, Ni, Ir 6. 1373 - 1773 K - Mn, Si, Co, Ni , Ir

7. 1773 - 1873 К - Fe, Pd 7. 1773 - 1873 K - Fe, Pd

8. > 1873 К - Ti, Cr, V, Mo, W, Re, Hf 8.> 1873 K - Ti, Cr, V, Mo , W, Re, Hf

 

Всего было получено 9 слитков, химический состав которых приведен в табл.5.4. There were obtained 9 bars, the chemical compositions shown in tabl.5.4.

 

Таблица 5.4 Химический состав слитков из порошков Table 5.4 Chemical composition of the powder ingots

 

Элемент Element

С од е р ж а н и е э л е м е н т о в в с л и т к а х 1 – 9, % On the one w e r a n e e l e m e n t a l in at a ton and a and x 1 - 9%

1 1

2 2

3 3

4 4

5 5

6