[ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ имени М.В. ЛОМОНОСОВА
ФАКУЛЬТЕТ ХИМИИ И ТЕХНОЛОГИИ РЕДКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И
МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕТРОННОЙ ТЕХНИКИ (Т)
АСПИРАНТУРА
Программа кандидатского экзамена по 05.17.02 специальности 05.17.02 «Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов»
УТВЕРЖДАЮ
РЕКТОР МИТХТ
_А.К.Фролкова Протокол заседания Ученого Совета МИТХТ № 4 от 28 ноября 2011гПРОГРАММА КАНДИДАТСКОГО ЭКЗАМЕНА
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ
05.17.02 «ТЕХНОЛОГИЯ РЕДКИХ, РАССЕЯННЫХ И РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ»Программа рассмотрена и рекомендована к использованию на зaседании кафедры ХиТРРЭ «31»августа 2011 г. (протокол № 1) и на Ученом Совете факультета «Т» от 17 октября 2011 (протокол № 7/11).
Должность Фамилия/ Подпись Дата Начальник управления аспи- Голованова Т.И.
Проверил рантуры и докторантуры Зав.кафедрой, профессор Дробот Д.В.
Разработал Стр. 1 из
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ имени М.В. ЛОМОНОСОВА Программа кандидатского экзамена по специальности 05.17. «Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов»05.17. Введение Данная программа представляет собой базовую часть программы кандидатского экзамена.
Дополнительная часть кандидатского экзамена по специальности разрабатывает кафедра индивидуально для каждого аспиранта или соискателя с учетом области его научных исследований и темы диссертационной работы. Дополнительная программа кандидатского экзамена утверждается Ученым Советом факультета.
Настоящая программа базируется на следующих разделах:
Значение редких, рассеянных и радиоактивных элементов для современной техники и народного хозяйства. Научно-технический прогресс и редкие элементы.
Распространенность элементов в земной коре. Классификация редких элементов. Положение редких, рассеянных и радиоактивных элементов в периодической таблице Д.И.Менделеева.
Общие сведения о рудах и минералах редких элементов. Природное сырье промышленного значения. Задачи комплексной переработки сырья. Использование отходов и полупродуктов других производств для получения редких элементов.
Специфика технологии редких элементов. Типичные стадии технологических процессов. Современные требования к чистоте редких элементов. Понятие о ядерной чистоте.
Экологические проблемы технологии редких, рассеянных и радиоактивных элементов. Закон об охране окружающей среды. Малоотходные технологичеСтр. 2 из
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ имени М.В. ЛОМОНОСОВА Программа кандидатского экзамена по специальности 05.17. «Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов»05.17. ские схемы в производстве редких элементов. Рециклы. Методы решения проблемы обезвреживания радиоактивных отходов.
СОДЕРЖАНИЕ
ХИМИЯ РЕДКИХ, РАДИОАКТИВНЫХ И РАССЕЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Положение редких элементов в периодической системе Д.И.Менделеева и электронное строение их атомов. Переходные элементы. Закономерности заполнения электронных оболочек и слоев. Лантаноиды и актиноиды. Явление лантаноидного сжатия. Связь электронного строения атомов с химическими свойствами элементов. Ядерно-физические свойства элементов и их применение. Основные химические соединения редких элементов и их физикохимические свойства. Строение молекул и природа химической связи в соединениях редких металлов.Поведение соединений редких элементов в растворах. Гидролиз и гидролитическая ассоциация. Элементы, склонные к гидролизу и гидролитической полимеризации. Комплексообразование в растворах. Химическая связь в комплексных соединениях. Водородная связь. Мостиковые связи. Органические комплексообразователи. Константы устойчивости комплексов. Ряды устойчивости комплексов. Реакции образования экстрагируемых соединений как частный случай комплексообразования. Химия процессов экстракции редких элементов.
Окислительно-восстановительные процессы в растворах редких элементов. Основные степени окисления лантаноидов и актиноидов.
Использование окислительно-восстановительных реакций при разделении элементов. Основные соединения редких элементов. Летучие соединения.
Стр. 3 из
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ имени М.В. ЛОМОНОСОВА Программа кандидатского экзамена по специальности 05.17. «Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов»05.17. Использование летучих соединений для разделения и очистки редких элементов.
Основные принципы физико-химического анализа. Диаграммы состояния. Типы диаграмм плавкости двухкомпонентных систем: эвтектика, конгруэнтное и инконгруэнтное плавление, монотектика, типы диаграмм с твердыми растворами.
Трехкомпонентные диаграммы плавкости с простой эвтектикой.
Понятия о диаграммах растворимости.
ТИПОВЫЕ ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ В ТЕХНОЛОГИИ РЕДКИХ, РАДИОАКТИВНЫХ И РАССЕЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
1. Общие принципы получения редких, радиоактивных и рассеянных элементов (на примерах лития, бериллия, титана, циркония, редкоземельных элементов, тантала, ниобия и редких платиновых металлов).Минералы и руды редких элементов. Основные технологические схемы получения соединений и металлов.
2. Подготовка руд к обогащению и вскрытию.
Основы теории измельчения. Принципы измельчения. Устройство машин для крупного и среднего дробления. Машины и аппараты для тонкого и сверхтонкого измельчения. Сравнительная оценка сухого и мокрого измельчения.
Гравитационные, струйные, гидравлические устройства для измельчения. Вибрационные мельницы и ультразвуковые диспергаторы. Грохоты, классификаторы и гидроциклоны. Типовые схемы отделений рудоподготовки.
3. Обогащение руд.
Методы обогащения; гравитационное обогащение, флотация, магнитный и электростатический способы. Физико-химические основы методов. ОграниСтр. 4 из
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Программа кандидатского экзамена по специальности 05.17. «Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов»05.17. чения и экономическая целесообразность применения того или иного метода.
Аппараты для обогащения.
4. Разложение рудных концентратов.
Разложение концентратов редких металлов кислотами, их солями, растворами и расплавами щелочей, карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов. Примеры.
Физико-химические основы методов разложения. Термодинамика и кинетика процессов. Гетерогенные процессы. Протекание реакций в условиях тепло- и массообмена. Макрокинетика. Лимитирующая стадия процесса. Основные области реагирования. Аппаратура для разложения концентратов и выщелачивания вскрытой массы. Процессы автоклавного разложения и выщелачивания.
Использование противоточных методов в процессах выщелачивания.
Разложение концентратов газообразными агентами. Термодинамика и кинетика процесса. Топохимические реакции. Характерные области реагирования с участием пористых твердых тел. Температурная зависимость эффективных констант скорости реакций. Аппаратура для непрерывного и периодического процесса хлорирования.
5. Процессы разделения, концентрирования и очистки в технологии редких металлов.
Основные положения и понятия общей теории разделения. Элементарный разделительный процесс; каскад; колонна. Простой, разветвленный и рециркуляционный каскады. Коэффициенты разделения и обогащения. Равновесный и эффективный коэффициенты разделения. Теоретическая ступень разделения.
Расчет числа теоретических ступеней. Реальная ступень разделения.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ имени М.В. ЛОМОНОСОВА Программа кандидатского экзамена по специальности 05.17. «Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов»05.17. 6. Ионообменная хроматография.
Основы методов ионного обмена и хроматографии. Классификация сорбентов и ионитов. Емкость сорбента или ионита. Равновесие при ионном обмене. Селективность ионного обмена. Явление набухания ионитов. Кинетика ионного обмена, лимитирующие стадии. Динамика сорбции ионов в колоннах.
Элюирование и регенерация ионитов. Оборудование для проведения хроматографического процесса и сорбции. Сорбция из пульп. Оборудование для проведения сорбции пульп. Примеры применения сорбционных процессов.
7. Экстракция.
Физико-химические основы процессов экстракции. Экстрагенты и их классификация. Экстракционные равновесия. Коэффициенты распределения, разделения и очистки. Принципы выбора экстрагента и разбавителя. Смешанные экстрагенты: синергетный эффект. Состояние веществ в водных растворах и влияние его на экстракцию. Коэффициенты активности и стандартные состояния в фазах. Применение теории разбавленных растворов электролитов для расчета коэффициентов активности в водных растворах. Уравнение Дебая Хюккеля. Правило ионной силы. Высаливание. Строение экстрагентов, их экстракционная способность. Влияние органических разбавителей на экстракционные равновесия. Кинетика экстракционных процессов. Влияние реакций на скорость экстракции. Объемные и поверхностные реакции. Другие поверхностные явления при экстракции. Коэффициенты массоотдачи. Правило аддитивности фазных сопротивлений. Организация экстракционного процесса. Противоток и полупротивоток. Противоток с орошением. Беэотборный режим. Принципы расчета экстракционного процесса. Аппаратура для проведения процессов экстракции. Примеры применения экстракции в технологии редких металлов.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ имени М.В. ЛОМОНОСОВА Программа кандидатского экзамена по специальности 05.17. «Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов»8. Перегонка и ректификация.
Физико-химические основы перегонки и ректификации. Организация ректификационного процесса. Число ступеней, флегмовое и разделяюЧИСЛО щая способность колонны. Классификация ректификационных аппаратов и процессов. Ректификация под давлением и вакуумом. Примеры применения перегонки и ректификации в технологии редких элементов.
9. Методы получения редких металлов.
Электрохимические методы. Физико-химические основы электрохимических процессов. Ряды напряжений, электродные потенциалы. Электролиз в растворах и расплавах. Законы электролиза. Катодные и анодные процессы. Анодный эффект. Выход по току. Термодинамика и кинетика электродных процессов. Аппаратура для электролиза в расплавах. Закрытый электролизер.
Примеры применения электролиза в технологии редких металлов.
Металлотермия. Физико-химические основы металлотермических процеccoв. Термодинамика и кинетика процессов. Виды металлотермических процессов: алюмо-, натрие-, магниетермия.
Аппаратура для металлотермических процессов. Примеры применения металлотермии в технологии редких элементов. Водородное восстановление.
Физико-химические основы метода. Термодинамика и кинетика процесса. Аппаратура для водородного восстановления. Примеры применения водородного восстановления.
10. Методы получения редких металлов в компактном виде и их рафинирование.
Порошковая металлургия. Физико-химические основы метода порошковой металлургии. Свойства порошков. Химическая активность и пирофорность.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ имени М.В. ЛОМОНОСОВА Программа кандидатского экзамена по специальности 05.17. «Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов»05.17. Причины загрязнения порошков примесями. Способы уменьшения загрязнений. Прессование порошков. Спекание. Оборудование для прессования и спекания.
Электродуговая и электронно-лучевая плавки. Физико-химические основы методов. Дуговая плавка с расходуемым и нерасходуемым электродами. Изготовление электродов. Подготовка печи к плавке. Способы получения однородных по составу слитков. Конструкция электродуговых печей. Примеры применения электродугового процесса.
Особенность электронно-лучевой плавки. Рафинирование металлов в процессе плавки в глубоком вакууме. Конструкция электронно-лучевых печей.
Области применения электронно-лучевых плавок.
Кристаллизационные методы рафинирования. Физико-химические основы метода. Направленная кристаллизация, вытягивание из расплава, зонная плавка и бестигельная зонная перекристаллизация. Влияние различных факторов на степень очистки. Аппаратура кристаллизационных методов.
Транспортные реакции. Сущность транспортных реакций. Способы осуществления процессов с транспортными реакциями. Термодинамика и кинетика процессов с транспортными реакциями. Иодидное рафинирование. Химические реакции в процессах иодидного рафинирования. Аппаратура для иодидного рафинирования. Проведение процесса. Возможности организации непрерывного процесса. Экономика процесса иодидного рафинирования.
11. Плазменные процессы в технологии редких металлов.
Понятие о низкотемпературной плазме. Стабильность плазмы. Методы получения плазмы. Типы плазмотронов. Плазма как источник тепла. Преимущество плазменного нагрева перед другими видами нагрева. Применение плазСтр. 8 из
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ имени М.В. ЛОМОНОСОВА Программа кандидатского экзамена по специальности 05.17. «Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов»05.17. мы при производстве соединений редких металлов, при вскрытии рудного сырья, при плавке, рафинировании, получении порошков.
12. Переработка и захоронение радиоактивных отходов.
Меры предотвращения загрязнения окружающей среды при переработке ядерного горючего и облученных материалов. Выделение некоторых радиоизотопов в радиохимическом производстве.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ имени М.В. ЛОМОНОСОВА Программа кандидатского экзамена по специальности 05.17. «Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов»1) Редкие и рассеянные элементы. Химия и технология в 3-х томах// Под ред.
С.С.Коровина - М.: МИСиС, т.1. 1996, т.2. 1999, т.3.2001.
2) Минеральное сырье редких и рассеянных элементов и малых металлов, П.И.Федоров, Й.А.Димитрова, П.П.Федоров.: Учебное пособие. – М., МИТХТ., 3) В.И.Букин, М.С.Игумнов, В.В.Сафонов Основы обогащения и переработки вторичного сырья, содержащего редкие и благородные металлы.: Учебное пособие. – М., МИТХТ., 4) А.Н.Зеликман, Г.М.Вольдман. Теория гидрометаллургических процессов.
М.: "Металлургия", 1993. 400 с.
5) Проблемы применения хлорных методов в металлургии редких металлов./ Под ред. Д.В.Дробота. - М.: Металлургия, 1991. - 190с.
6) Ю.Д.Третьяков, В.И.Путляев Введение в химию твердофазных материалов М., Издательство Московского Университета, Издательство «Наука» (Классический университетский учебник), 2006.
7) Вольдман Г.М. Основы экстракционных и ионообменных процессов в гидрометаллургии М.: Металлургия, 1982.- 374с.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ имени М.В. ЛОМОНОСОВА Программа кандидатского экзамена по специальности 05.17. «Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов»05.17. 8) Букин, В.И, А. М. Резник, Е. И. Лысакова. Экстракция в технологии редких и благородных металлов. В 2-х частях.: (Учебное пособие) – М., 9) Ярославцев А.Б. Химия твердого тела - М.: Научный мир, 10) Э.Г.Раков, С.В.Хаустов. Процессы и аппараты производств радиоактивных и редких металлов. М.: "Металлургия", 1993. 384 с.
11) Антропов Л.И. «Теоретическая электрохимия». М., Высшая школа, 1984.
12) Лукомский Ю.Я., Гамбург Ю.Д. «Физико-химические основы электрохимии», ИД «Интеллект», 2008.- 415с.
13) Соколов И.П., Пономарев Н.Л. Введение в металлотермию. -М.: Металлургия, 1990.-134с.
«