«УТВЕРЖДАЮ: Ректор _И.М. Головных 20_ г. № _ ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Направление подготовки 150400 Металлурия Профиль подготовки 150400.62 Металлургия цветных, редких и ...»

12. Определить низшую теплоту сгорания сухого природного газа Саратовского месторождения состава: CO2=0,8%; CH4=84,5%; C2H6=3,8%; C3H8=1,9%; C4H10=0,9%; C5H12=0,3%; N2=7,8%.

13. Определить низшую теплоту сгорания рабочей массы каменного угля состава: Cp =28,7%;

Нp =2,2%; Spл =2,7%; Np =0,6%; Op =8,6%; Ap =25,2% ; Wp =32%.

14. Какой из оксидов металлов относится к кислотным?

15) Относительная плотность некоторого газа по кислороду равна 2. Чему равна относительная плотность этого же газа по водороду?

3. Опрос студентов на практических занятиях (активное участие студентов в проведении практических занятий; успешные ответы и выступления с сообщениями на практических занятиях).

4. Вопросы для получения допуска к выполнению лабораторных работ.

5. Изучение раздела дисциплины заканчивается итоговым контролем:

в семестре 4 – экзамен и курсовой проект.

Для сдачи экзамена необходимо ответить на вопросы билета. Билеты составляются на основании списка вопросов, который выдается заранее.

1. Для текущего контроля успеваемости студентов предусмотрены контрольные вопросы.

2. Для промежуточной аттестации – тестирование студентов.

Для промежуточного контроля знаний по дисциплине предусмотрены тесты с различными видами заданий.

3. Опрос студентов на практических занятиях (активное участие студентов в проведении практических занятий; успешные ответы и выступления с сообщениями на практических занятиях).

4. Изучение дисциплины заканчивается итоговым контролем:

в семестре 5 – зачёт.

Для получения зачёта необходимо ответить на вопросы билета. Билеты составляются на основании списка вопросов, который выдается заранее.

7 Рекомендуемое информационное обеспечение дисциплины Основная литература:

1. Прибытков И.А. Теоретические основы теплотехники: учеб. для вузов. – М.: Академия, 2004. 463 с.

2. Кузьмина М.Ю. Теплотехника: программа и метод. указания к выполнению курсового проекта. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2005. 76 с.

3. Самохвалов В.Г. Металлургические электропечи: учеб. пособие. – М.:

Теплотехник, 2009. 304 с.

4. Темлянцев М.В., Темлянцев Н.В. Металлургия чёрных металлов и теплотехника. История развития науки и техники с древнейших времён до наших дней:

учеб. пособие. М.: Теплотехник, 2008. 170 с.

5. Клёц В.Э, Немчинова Н.В., Кокорин В.С. Основы пирометаллургических производств: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009. 144 с.

«МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»

Направление подготовки: 150400 «Металлургия»

Профиль подготовки: «Металлургия цветных, редких и благородных Квалификация (степень) бакалавр 1. Цели и задачи освоения дисциплины.

Цель дисциплины: познание природы и свойств материалов, а также способов формирования их структуры с целью повышения комплекса свойств для наиболее эффективного использования материалов и обеспечения высокой работоспособности изделий из них.

Задачи дисциплины: знать физическую сущность явлений, происходящих в материалах при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации и показать их влияние на свойства материалов. Показать взаимосвязь между химическим составом, строением и свойствами материалов. Установить зависимость между составом, строением и свойствами материалов. Изучить теорию и практику различных способов упрочнения материалов, обеспечивающих высокую надежность и долговечность деталей машин, инструмента и других изделий. Изучить основные группы металлических и неметаллических материалов, их свойств и область применения.

2. Компетенции обучающегося, формируемые при освоении дисциплины:

- логически верно, аргументированно и ясно строить устную и письменнуюречь ( ОК-2);

– уметь сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ПКуметь осуществлять выбор материалов для изделий различного назначения с учетом эксплуатационных требований и охраны окружающей среды (ПК-12).

В результате освоения программы дисциплины обучающийся должен – анализировать фазовые превращения при нагревании и охлаждении сплавов; проводить металлографический анализ сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов;

– определять физические и механические свойства материалов при различных видах испытаний;

конкурентоспособность материалов;

– основные группы и классы современных материалов, их свойства и области применения;

владеть:

– навыками выбора материалов по критериям прочности, долговечности, износостойкости.

3. Основная структура дисциплины.

Вид промежуточной аттестации (итогово- Зачет, зачет экзамен 4. Содержание дисциплины 4.1. Краткий перечень основных разделов и тем теоретической части дисциплины.

Введение. Атомно-кристаллическое строение металлов. Строение реальных кристаллических тел. Дефекты кристаллического строения: точечные, линейные, поверхностные. Формирование структуры литых сплавов. Процессы при кристаллизации. Ликвация. Модифицирование. Методы улучшения строения слитка. Получение монокристаллов. Влияние химического состава на равновесную структуру сплавов. Диаграммы двойных сплавов. Неравновесная кристаллизация сплавов. Диаграмма состояния железо-цементит. Способы направленного изменения структуры и свойств материалов. Деформация упругая и пластическая. Механизм пластической деформации. Изменение структуры и свойств. Наклеп. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла. Возврат и рекристаллизация. Деформирование горячее и холодное. Конструкционная прочность и критерии оценки механических свойств. Критерии надежности и долговечности.

Термическая обработка стали. Процессы при нагреве до аустенитного состояния, процессы при охлаждении аустенита, процессы при нагреве закаленных сталей.

Закалка, охлаждающие среды, прокаливаемость, дефекты при закалке. Виды и назначение отпуска. Отжиг первого рода. Отжиг второго рода. Нормализация.

Термообработка сплавов с переменной растворимостью в твердом состоянии. Закалка и старение цветных сплавов. Поверхностная закалка. Термомеханическая обработка. Химико-термическая обработка. Поведение конструкционных материалов в условиях внешних воздействий. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали. Углеродистые конструкционные стали. Легированные стали.

Влияние легирующих элементов на свойства стали. Стали общего назначения.

Цементуемые, улучшаемые, рессорно-пружинные стали. Шарикоподшипниковые стали. Высокопрочные стали. Сплавы, устойчивые к действию окружающей среды. Коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные стали. Легкие сплавы.

Алюминиевые деформируемые, литейные, спеченные сплавы. Сплавы магния.

Медь и ее сплавы – латуни и бронзы. Антифрикционные сплавы на основе олова и свинца. Титан и сплавы на его основе. Жаропрочные сплавы на основе никеля и тугоплавких металлов. Неорганическое стекло. Пластмассы. Резины. Техническая керамика. Композиционные материалы.

4.2. Перечень рекомендуемых лабораторных работ.

1. Макроскопический анализ металлов и сплавов 2. Микроскопический анализ металлов и сплавов 3. Измерение микроскопических объектов при помощи окуляра-микрометра и объекта-микрометра.

4. Изучение микроструктуры и свойств углеродистых сталей.

5. Пороки строения конструкционных сталей.

6. Пластическая деформация и рекристаллизация металлов 7. Термическая обработка сталей (закалка) 8.Термическая обработка сталей (отпуск) 9. Неравновесные структуры, полученные в стали при термической обработке 10. Изучение структуры и свойств чугунов 11 - 12. Изучение микроструктуры и свойств легированных сталей.

12 - 13. Изучение микроструктуры и свойств сплавов на основе меди (латуней и бронз).

14 -16. Изучение структуры и свойств алюминиевых сплавов (деформируемых и литейных).

17. Изучение структуры и свойств титановых сплавов.

18. Изучение структуры и свойств магниевых и жаропрочных сплавов.

4.3. Перечень рекомендуемых практических занятий.

Учебным планом данный вид занятий не предусмотрен.

4.4. Перечень рекомендуемых видов самостоятельной работы.

1. Подготовка к лабораторным работам и оформление отчета.

2. Закрепление теоретического курса, подготовка к промежуточному контролю знаний.

3. Самостоятельное изучение тем разделов курса, написание конспектов.

4. Подготовка к итоговому контролю знаний.

5. Образовательные технологии, применяемые для реализации программы.

Для освоения дисциплины применяются следующие образовательные технологии: при проведении лабораторных работ для изучения микроструктур сплавов используется исследовательский метод – металлографический анализ, а также работа в команде; при чтении лекционного курса используются слайд–лекции, фильмы на дисках; тестирование студентов.

6. Оценочные средства и технологии.

При освоении дисциплины применяются следующие оценочные средства:

1. Промежуточные контроли осуществляются в форме теста.

Пример КИМ Тема: «Термическая обработка стали»

1. Закалка на мартенсит вызывает следующие изменение свойств стали… 1.Снижается пластичность, повышается твердость.

2. Снижается твердость и пластичность.

3. Снижается твердость, растет пластичность.

2. Температура низкого отпуска составляет:

3. После правильно проведенной закалки структура стали У13:

1. Мартенсит и феррит.

2. Мартенсит и троостит.

3. Мартенсит и цементит.

4. Закаленную сталь 65 подвергают отпуску при температуре 5. Сталь У8 нагрета до температуры 750оС и охлаждена с печью. Как называется ее структура?

6. Сталь 40 подверглась термообработки: закалка и высокий отпуск. Какую структуру она имеет?

1.Мартенсит отпуска. 2. Тростит. 3. Сорбит.

7.До какой температуры нагревают сталь для проведения отпуска?

1.Выше Ас3. 2.Выше Ас1. 3.Ниже Ас1.

2. Форма итогового контроля в 3-ем семестре – зачет; заранее выдается список контрольных вопросов по разделам дисциплины.

3. Форма итогового контроля в 4-ом семестре – экзамен; необходимо ответить на вопросы билета, который содержит три вопроса. Список вопросов к экзамену выдается заранее.

7. Рекомендуемое информационное обеспечение дисциплины.

Основная литература:

1. Сильман Г.И. Материаловедение: учеб. пособие для вузов. М.: Академия, 2008. 334 с.

2. Материаловедение: учеб. для вузов / под общ. ред. Б. Н. Арзамасова, Г. Г.

Мухина. Изд. 7-е, стер. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. 646 с.

3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М: Издательский дом Альянс, 2009. 528 с.

4. Бузевич Г.И., Константинова М.В., Гусева Е.А. Сплавы на основе цветных металлов и жаропрочные сплавы. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. 36 с.

5. Металловедение черных сплавов / Г.И. Бузевич, М.В. Константинова, Е.П.

Николаева [и др.]. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. 64 с.

«МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Направление подготовки: 150400 «Металлургия»

Профиль подготовки: «Металлургия цветных, редких и благородных Квалификация (степень) бакалавр 1. Цели и задачи освоения дисциплины.

Дисциплина является базовой для изучения металлургических технологий производства цветных металлов для бакалавров по профилю подготовки «Металлургия цветных, редких и благородных металлов».

Целью освоения дисциплины является получения основных знаний и умений.

Задачи изучения дисциплины сводятся к изучению физико-химических основ производства и обработки цветных металлов, литейного производства, вторичной металлургии; приобретения умений и навыков, необходимых для профессионального выполнения основных технологических процессов получения цветных металлов, литейного производства и вторичной металлургии; применению своих знаний и умений в производственно-технологической и научно-исследовательской работе.

Знакомство с основными свойствами металлов, классификация металлов, главные металлосодержащие минералы, типы рудных месторождений и методы их разработки, а также со способами механической рудоподготовки и предварительного обогащения руд. Дано определение понятиям элемент, металл, минерал, кларк, месторождение, руда, технология. Дана характеристика металлической связи. Основной материал дисциплины посвящен краткой характеристике двух самостоятельных направлений металлургической технологии – пирометаллургическому и гидрометаллургическому способам производства металлов.

Изучить физико-химические основы гидрометаллургических процессов, в том числе процессов извлечения металлов из различных типов руд. Иметь навыки в практическом исполнении технологии выщелачивания, кристаллизации, осаждения металлов и т.п.

Знакомство с физико-химическими основами литейных процессов на примере производства литейной продукции в электролизных цехах алюминиевых заводов; знакомство с литейными свойствами алюминиевых сплавов, особенностями их плавления, кристаллизации, рафинирования и модифицирования; изучение особенностей технологических схем и оборудования для производства алюминиевой чушки, катанки и крупногабаритных слитков, а также путей интенсификации процессов и повышения качества выпускаемой продукции.

Разработка и осуществление технологических процессов получения и обработки металлов и сплавов, а также изделий из них; разработка мероприятий по защите окружающей среды от техногенных воздействий металлургического производства; разработка энерго- и ресурсосберегающих технологий в области металлургии и металлообработки.

Выпускник должен обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК):

– самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ОК-4);

– использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОКработать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-12);

– оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ОК-13).

Выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):

– уметь использовать фундаментальные общеинженерные знания (ПК-1);

– уметь сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ПКуметь осуществлять и корректировать технологические процессы в металлургии и материалообработке (ПК-10);

– уметь выявлять объекты для улучшения в технике и технологии (ПК-11);

– иметь способности к анализу и синтезу (ПК-18);

– уметь использовать физико-математический аппарат для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-20);

– уметь использовать основные понятия, законы и модели термодинамики, химической кинетики, переноса тепла и массы (ПК-21);

– уметь выполнять элементы проектов (ПК-23);

– уметь обосновывать выбор оборудования для осуществления технологических процессов (ПК-25).

В результате освоения программы дисциплины обучающийся должен – рассчитывать и анализировать химические и физико-химические процессы, процессы массопереноса, происходящие в технологических процессах переработки минерального сырья, производства и обработки черных и цветных металлов, – выбирать рациональные способы производства и обработки черных и цветных металлов, – рассчитывать материальные балансы технологических процессов их производства, – анализировать фазовые превращения при нагревании и охлаждении сплавов, – применять программное обеспечение для решения типовых задач производства и обработки металлов и сплавов, – принимать технологические решения, позволяющие использовать безотходные и ресурсосберегающие технологии в металлургии;

– оценивать возможность извлечения металла гидрометаллургическим способом;

– самостоятельно проводить технологические исследования, связанные с переработкой лома и отходов;

– основные закономерности химических и физико-химических процессов, процессов массопереноса применительно к технологическим процессам, агрегатам и оборудованию переработки минерального сырья, производства и обработки черных и цветных металлов;

– принципы основных технологических процессов производства и обработки черных и цветных металлов, устройства и оборудование для их осуществления;

– современные эффективные способы внепечной обработки расплавов с целью удаления из расплава вредных примесей и неметаллических включений, ухудшающих физико-механические и литейные свойства сплавов;

– физико-химические процессы, протекающие при металлургическом производстве цветных металлов, при получении заготовок и изделий различными методами, при термической и термохимической обработках деталей;

современные и перспективные технологии получения цветных металлов и сплавов;

– классификацию алюминиевых сплавов по химическому составу и потребительским свойствам; влияние различных компонентов на физико-химические и литейные свойства алюминиевых сплавов; основные физико-химические процессы протекающие при нагреве и расплавлении шихты, кристаллизации расплавов;

особенности плавки литейных и деформируемых алюминиевых сплавов; конструктивные особенности оборудования и технологию литья различных видов алюминиевой продукции;

– основные положения кинетики и термодинамики;

– как осуществляется контроль и организацию обслуживания технологического оборудования;

– классификацию техногенных ресурсов, их потребительские и металлургические свойства;

– сырьевые ресурсы вторичной цветной металлургии, характеристику вторичного сырья цветных металлов;

– классификацию отходов цветных металлов по физическим, химическим свойствам и качеству;

– методы подготовки вторичного сырья к металлургической переработке;

владеть:

– методами анализа технологических процессов и их влияния на качество получаемых изделий.

3. Основная структура дисциплины Самостоятельная работа (в том числе курсовое проектирование) том числе курсовое проектирование 4. Содержание раздела дисциплины.

4.1. Краткий перечень основных разделов и тем теоретической части раздела дисциплины.

Введение. Место дисциплины при общеинженерной подготовке бакалавров, связь дисциплины с другими фундаментальными науками.

Раздел 1. Общая металлургия Введение 1. Способы получения металлов.

2. Общие принципы получения черных металлов.

3. Общие принципы получения цветных металлов.

Раздел 2. Основы производства и обработки металлов Введение.

1. Характеристика металлов.

2. Классификация металлов.

3. Металлургическая технология: ведение и корректировка технологических процессов в металлургии и материалообработке.

4. Пирометаллургическое производство металлов.

5. Оборудование для пирометаллургического производства.

6. Гидрометаллургическое производство металлов.

7. Способы выделения металлов из растворов и пульп.

Раздел 3. Основы гидрометаллургического производства Введение.

1.Теория (химическая кинетика, законы термодинамики) и практика выщелачивания металлов.

2.Выщелачивание оксидов.

3.Практика выщелачивания сульфидов.

4. Кристаллизация.

5.Адсорбция.

6. Теория ионного осаждения.

7. Осаждение металлами.

8.Осаждение газами.

9.Ионная флотация.

10.Ионный обмен.

11.Жидкостная экстракция.

12. Аппараты в процессах гидрометаллургического производства.

Раздел 4. Литейное производство цветных металлов 1. Физико-химические основы литейных процессов.

2. Физико-химические основы и особенности плавки алюминиевых сплавов.

3. Технология плавки алюминиевых сплавов.

Раздел 5. Металлургия вторичных цветных металлов 1. Сырьевые ресурсы вторичной цветной металлургии.

2. Классификация отходов цветных металлов.

3. Сбор, хранение, первичная подготовка и транспортировка вторичных материалов.

4. Разделка и компактирование лома и отходов.

5. Металлургия вторичного алюминия.

6. Переработка вторичного сырья благородных металлов.

4.2. Перечень рекомендуемых лабораторных работ.

Раздел 1. Учебным планом данный вид занятий не предусмотрен.

Раздел 2.

1. Обжиг, спекание и плавление.

2. Сгущение пульп, фильтрация сгущенного продукта, обезвоживание центрифугированием.

3. Кристаллизация солей металлов, химическое осаждение металлов, ионообменное извлечение металлов из растворов и пульп, электролитическое восстановление металлов.

4. Электродуговая печь, индукционная печь.

Раздел 3.

1. Осаждение меди цементацией.

2. Изучение влияния скорости вращения на степень перехода цинка в раствор при выщелачивании цинкового огарка.

3. Изучение процесса кристаллизации.

4. Выбор оптимальной ионно-обменной смолы.

Раздел 4. Учебным планом данный вид занятий не предусмотрен.

Раздел 5. Учебным планом данный вид занятий не предусмотрен.

4.3. Перечень рекомендуемых практических (семинарских) занятий.

На базе теоретических знаний - решение инженерных задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности, при использовании стандартных приемов математического аппарата. На семинарских занятиях - разбор конкретных производственных ситуаций.

Раздел 1.

1. Расчет минералогического состава концентрата.

2.Расчет рационального состава сульфидного свинцового концентрата.

3. Расчет состава самоплавкого шлака при плавке свинцового агломерата.

4. Расчет воздуха и газов для пирометаллургических процессов.

5. Расчет рационального состава медно-никелевой руды.

1.Характеристика металлов.

2. Классификация металлов.

3. Металлы в природе.

4. Разработка месторождений полезных ископаемых.

5. Понятие о технологии, классификация металлургической технологии.

6. Рудоподготовка и обогащение руд.

7. Пирометаллургическое производство металлов.

8. Гидрометаллургическое производство металлов.

1. Расчет процесса экстрагирования для единичной операции (кинетические и термодинамические величины).

2. Определение эффективности разделения компонентов смеси в операции ионного обмена, контроль и организация производственного цикла.

3. Определение выхода шлама при выщелачивании вольфрамитового сырья.

4. Расчеты равновесия реакций процесса выщелачивания (на примере редкометалльного сырья).

5. Определение основных характеристик, аппаратуры, производственных ресурсов (людей, материалов, площадей и т.п.) противоточной схемы растворения.

1. Литье алюминиевой чушки.

2. Устройство и эксплуатация машины полунепрерывного литья слитков.

3. Дефекты при производстве продукции из алюминия и алюминиевых сплавов.

4. Производство алюминиевой катанки.

5. Рафинирование алюминиевых расплавов.

6. Ознакомление со структурой литейного цеха алюминиевого завода.

7. Моделирование литейного процесса с помощью специализирвоанного программного комплекса «ProCast».

1. Классификация алюминиевого лома и отходов.

2. Расчет параметров грохотов с плоскими ситами.

3. Расчет молотковой дробилки.

4. Конструктивные особенности отражательных и короткобарабанных печей для плавки алюминиевых сплавов.

5. Конструктивные особенности индукционных печей для плавки вторичных цветных металлов.

6. Ознакомление с работой предприятий вторичной цветной металлургии.

4.4. Перечень рекомендуемых видов самостоятельной работы.

1. Закрепление теоретического курса, подготовка к контролю знаний.

2. Самостоятельное изучение тем разделов дисциплины.

3. Написание реферата по предлагаемым тематикам, имеющих целью самостоятельно приобретать новые знания при изучаемой дисциплине, используя современные информационные технологии (работая с информацией в глобальных компьютерных сетях, например, в поисковых системах сети Internet).

4. Оформление результатов выполненной лабораторной работы в виде отчетов, в которых проведен анализ данных и сделаны выводы.

5. Выполнение расчетной курсовой работы (3 семестр).

6. Подготовка к экзаменам (3-6 семестры) и зачету (7 семестр).

5. Образовательные технологии, применяемые для реализации программы.

При реализации программы применяются следующие образовательные технологии: слайд-лекции по данному разделу дисциплины, демонстрационные видео-материалы по технологиям получения цветных металлов на заводах России и за рубежом; разбор конкретных ситуаций; компьютерная программа по тематике курса («ProCast»); компьютерное тестирование.

6. Оценочные средства и технологии.

В изучаемой дисциплине предусмотрены следующие оценочные средства:

1. контрольные вопросы для закрепления лекционного материала раздела дисциплины при подготовке к промежуточному контролю знаний (промежуточный контроль - опрос в виде разбора конкретных ситуаций);

2. промежуточный контроль знаний в виде тестирования;

3. проведение контрольных работ;

4. изучение данного раздела дисциплины заканчивается итоговым контролем:

в 3-6 семестрах – экзамены; в 3 семестре - курсовая работа; 7 семестре – зачет.

7 Рекомендуемое информационное обеспечение дисциплины.

Основная литература:

1.Жучков И.А. Основы производства и обработки металлов: учеб. пособие.

Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. 147 с.

2. Развитие теории и практики металлургических технологий / под. ред. В.Н.

Перетятько. М.: Теплотехник, 2010. Том 1, 329 с. Том. 2, 352 с.

3. Теория металлургических процессов: учебник для вузов / Г.Г. Минеев [и др.]. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. 524 с.

4. Пожидаева С.П. Основы производства. Материаловедение и производство металлов: учеб. пособие для вузов. М.: Академия, 2010. 190 с.

5. Процессы и аппараты цветной металлургии: учебник для вузов / С.С.

Набойченко, Н.Г. Агеев, А.П. Дорошкевич [и др.]. Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. 700 с.

6.Производство алюминиевых сплавов: учеб. пособие / Г.В. Галевский [и др.]. М.: Флинта, 2006. 282 с.

7.Москвитин В.И., Николаев И.В., Фомин Б.А. Металлургия легких металлов: учебник для вузов. М.: Интермет Инжиниринг, 2005. 413 с.

8.Фомин Б.А., Москвитин В.И., Махов С.В. Металлургия вторичного алюминия: учеб. пособие. М.: ЭКОМЕТ, 2004. 238 с.

9. Сильман Г.И. Материаловедение: учеб. пособие для вузов. М.: Академия, 2008. 334 с.

10. Белоусова О.В. Основы гидрометаллургических производств: курс лекций [электронный вариант]. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008.

«ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»

Направление подготовки: 150400 «Металлургия»

Профиль подготовки: «Металлургия цветных, редких и благородных Квалификация (степень) бакалавр Основными целями изучения дисциплины являются:

– теоретическая подготовка бакалавров в области электрометаллургических технологий;

– изучение основных явлений, протекающих в электролитах и на границе электрод-электролит с точки зрения физики, химии и электрохимии (теория электролитов, двойной электрический слой, электрокинетические и электрокапиллярные явления);

– изучение закономерностей электрохимических процессов, возникающих при непосредственном превращении электрической энергии в химическую энергию веществ;

– освоение методов исследования кинетики электродных процессов с выявлением наиболее медленных, контролирующих стадий электрохимических процессов и прогнозированием путей их интенсификации;

– изучение основных положений электрохимической термодинамики расплавленных солей и их применение при анализе и расчёте процессов электролитического получения металлов;

– изучение термодинамических основ ряда технологических процессов, связанных с применением расплавленных солей;

– изучение кинетики электродных процессов в электролитах различного состава;

– ознакомление с особенностями электрохимических технологией при производстве цветных металлов;

– изучение основных методов защиты окружающей среды от воздействия металлургического производства;

– формирование у студентов целостного научного мировоззрения, отвечающего современному уровню развития общества;

– привлечение студентов к самостоятельной творческой работе.

В состав основных задач изучения дисциплины входит:

– формирование у студентов понимания роли и задач теории электрометаллургических процессов в развитии современной цветной металлургии;

– изучение возможности интенсификации процессов производства металлов электролизом расплавленных солей, используя знания о физикохимических и термодинамических свойствах ионных расплавов, кинетики электродных процессов, механизма потерь металла при электролизе;

– изучение возможности повышения качества технологического продукта за счет совершенствования гидроэлектрометаллургической стадии получения металла;

– подготовка специалистов, владеющих навыками грамотной эксплуатации оборудования электрометаллургических цехов.

2. Компетенции обучающегося, формируемые при освоении дисциплины Общекультурные компетенции (ОК):

- самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ОК– 4);

- использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК– 6);

- оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ОК–13).

Профессиональные компетенции (ПК):

- уметь использовать фундаментальные общеинженерные знания (ПК–1);

- уметь сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ПК– 4);

- уметь выбирать методы исследования, планировать и проводить необходимые эксперименты, интерпретировать результаты и делать выводы (ПК–19);

- уметь использовать физико-математический аппарат для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК–20);

- уметь использовать основные понятия, законы и модели термодинамики, химической кинетики, переноса тепла и массы (ПК–21);

В результате освоения программы дисциплины обучающийся должен – пользоваться профессиональной терминологией;

– правильно формулировать и решать разнообразные прикладные задачи, используя знания о строении и физико-химических свойствах электрохимических систем, а также термодинамики и кинетики электродных процессов;

– рассчитывать и анализировать химические и физико-химические процессы, происходящие в технологических процессах производства цветных металлов;

– правильно формулировать и решать разнообразные прикладные задачи с использованием основных законов термодинамики;

– использовать электрохимические методы анализа при исследовании кинетических параметров электродных процессов в растворах и расплавах электролитов;

– собирать электрические схемы равновесного и неравновесного процессов;

– рассчитывать и экспериментально определять величину электропроводности электролитов и значение чисел переноса ионов;

– рассчитывать и определять количество электричества, прошедшего через электролизную ванну, выход по току, напряжение разложения электролита, напряжение на ванне, коэффициент использования электроэнергии;

– выводить аналитический вид поляризационных кривых при различных видах электродного перенапряжения;

– определять вид возникающего перенапряжения в работающей электролизной ванне;

– рассчитывать и строить диаграммы состояния Еh = f(pH) (диаграммы Пурбэ) для различных металлов;

– делать выбор электродов сравнения, используемых для исследования растворов и расплавов электролитов;

– определять направление и границы протекания самопроизвольных процессов;

– делать выбор оптимального состава электролита для электролиза ионных расплавов на основании определения термодинамических свойств солевой фазы;

– ориентироваться в основных ресурсосберегающих технологиях получения металлов;

– использовать справочную литературу для выполнения расчетов;

– применять современное оборудование и приборы при решении практических задач;

– владеть основными физико-химическими расчетами в области электрометаллургических процессов;

– использовать полученные в результате изучения курса “Теория электрометаллургических процессов” знания для дальнейшего освоения других дисциплин;

электрометаллургии и вклад отечественных учёных в развитие науки;

– основные положения и законы теоретической электрохимии;

– современную теорию растворов электролитов;

– термодинамическую трактовку равновесных электродных потенциалов;

– классификацию электродов;

– виды электродов сравнения, используемых для исследования;

– строение двойного электрического слоя;

– электрокинетические и электрокапиллярные явления в электролитах, законы Липмана;

– термодинамическую трактовку равновесных электродных потенциалов;

– классификацию электродов;

– виды электродов сравнения, используемых для исследования;

– строение двойного электрического слоя;

– механизм прохождения тока через электролит, подвижность ионов, числа переноса ионов, общую, удельную и эквивалентную электропроводность;

– законы количественного перехода электрической энергии в химическую и наоборот; иметь понятие о выходе по току, кулонометрии, напряжении разложения, напряжении на ванне, коэффициенте использования электроэнергии;

– основные методы исследования электрохимической кинетики;

– новые исследования в области электрохимии и электрометаллургии;

– перспективные области применения растворов и расплавов электролитов;

– природу химических реакций, используемых в металлургических производствах;

– основные закономерности химических и физико-химических процессов применительно к технологическим процессам и агрегатам производства цветных металлов;

– термодинамические основы ряда технологических процессов, связанных с применением расплавленных электролитов;

– основы технологии получения металлов электролизом расплавленных солей;

– способы защиты окружающей среды при электролизе расплавленных хлоридов и фторидов;

владеть:

– методами работы на основных физических приборах;

электрометаллургических процессов;

– принципами выбора материалов для элементов конструкций и оборудования.

3. Основная структура дисциплины Самостоятельная работа (в том числе курсовое проектирование) Вид промежуточной аттестации (итогового кон- зачет, троля по дисциплине), в том числе курсовое проек- курсовая 4. Содержание дисциплины.

4.1 Краткий перечень основных разделов и тем теоретической части дисциплины.

Введение.

1. Теория растворов электролитов.

1.1 Понятие об электрохимической системе.

1.2 Основы теории электролитической диссоциации 1.3 Гидратация и сольватация ионов.

1.4 Межионное взаимодействие.

2. Равновесный электродный процесс.

2.1 Скачки потенциалов на границе раздела фаз.

2.2 Электрокинетические явления в электролитах.

2.3 Теория строения двойного электрического слоя.

2.4 Электрокапиллярные явления в электролитах.

2.5 Строение двойного электрического слоя в расплавах.

2.6 Основные виды электродов электрохимических систем.

2.6.1 Электроды первого рода.

2.6.2 Электроды второго рода.

2.6.3 Газовые электроды.

2.6.4 Амальгамные электроды.

2.6.5 Окислительно-восстановительные, или редокси – электроды.

2.6.6 Ионоселективные электроды. Стеклянные электроды.

2.7 Потенциалы электродов в расплавленных солях.

3. Неравновесный электродный процесс.

3.1 Электропроводность растворов электролитов.

3.2 Электропроводность расплавленных солей.

3.3 Числа переноса ионов.

3.4 Диффузия в электролите.

3.5 Химическое действие электрического тока.

3.6 Показатели электролиза.

3.7 Диаграмма Пурбэ.

3.8 Области выделения металлов на диаграмме Пурбэ.

4. Кинетика электродных процессов.

4.1 Понятие о скорости электрохимических процессов.

4.2 Поляризация и перенапряжение.

4.2.1 Диффузионное перенапряжение.

4.2.2 Химическое перенапряжение.

4.2.3 Электрохимическое перенапряжение.

4.2.4 Фазовое перенапряжение и его виды.

4.2.5 Методы определения вида перенапряжения.

4.3 Анодное растворение металлов.

4.4 Виды поляризации в расплавленных солях.

4.5 Роль перенапряжения водорода при в электрометаллургии сред, содержащих протоны.

5. Особенности электролитического получения различных металлов.

5.1 Электролитическое получение металлического алюминия (электролиз криолито-глиноземного расплава).

5.2 Электролитическое рафинирование черновой меди.

5.3 Электролитический аффинаж в металлургии благородных металлов (серебряный и золотой электролиз).

5.4 Гидроэлектрометаллургия никеля, кобальта, цинка и кадмия.

5.5 Электрометаллургия редких металлов (галлия, индия, таллия).

5.6 Причины возможного загрязнения электролитов металлов примесями при рафинировании.

5.7 Методы защиты окружающей среды от воздействия металлургического производства.

6. Основы расчетов электролизных установок.

6.1 Конструкционный расчет электролизера.

6.2 Расчет материального баланса электролиза, баланса напряжения и теплового баланса электролизеров.

4.2. Перечень рекомендуемых лабораторных работ.

1. Уравнение Нернста, напряжение разложения, коэффициент использования электроэнергии.

2. Законы Фарадея, кулонометрия, выход по току.

3. Исследование чисел переноса ионов.

4. Предельный ток выделения металлов из разбавленных электролитов на катоде.

4.3. Перечень рекомендуемых практических занятий.

1. Равновесные электродные потенциалы. Классификация электродов.

2.Электролитическое получение металлического алюминия (электролиз криолито-глиноземного расплава).

3. Электролитическое рафинирование черновой меди.

4. Электролитический аффинаж в металлургии благородных металлов.

5. Гидроэлектрометаллургия никеля и кобальта.

6. Электрометаллургия редких металлов (галлия, индия, таллия).

7. Электролиз расплавленных сред. Примеры технологических расчетов.

8. Основы расчета установок электролитического получения металлов. Расчет электролизера, его габаритов и необходимого количества электролизных ванн, потребности в катодных основах и анодах, размещения ванн в цехе, количества растворов.

9. Расчет материального баланса электролиза, баланса напряжения и теплового баланса электролизеров.

4.3 Перечень рекомендуемых видов самостоятельной работы.

1. Самостоятельное изучение отдельных разделов дисциплины.

2. Подготовка к практическим занятиям, самостоятельно приобретая новые знания при изучении дисциплины, используя современные информационные технологии (напрмер, осуществляя поиск необходимой информации в глобальных компьютерных сетях).

3. Подготовка к выполнению лабораторных работ.

4. Оформление результатов выполненной лабораторной работы в виде отчетов, в которых проведен анализ данных и сделаны выводы.

5. Выполнение курсовой работы, включающей в себя элементы расчетов, входящих в проектирование металлургических агрегатов.

6. Подготовка к зачету.

5. Образовательные технологии, применяемые для реализации программы.

Слайд-лекции, тестирование студентов, разбор конкретных ситуаций.

6. Оценочные средства и технологии.

1. Текущий контроль успеваемости – тестирование студентов.

Пример КИМ 1. Укажите слабый электролит:

2. Укажите сильный электролит:

3. Отметьте закон разведения Оствальда:

4. Как определяется теплота растворения ?

5. Укажите выражение для закона Вальдена :

6. Отметьте выражение для плотности заряда ионной атмосферы :

7. Что учитывает коэффициент активности ?

а) Влияние температуры среды;

б) Межионное взаимодействие ;

в) Радиус гидратированного иона.

8. Система измерения скачка потенциалов на границе раздела фаз :

а) Один электрод, ионизированная среда, потенциометр;

б) Пара различных электродов, ионизированная среда, потенциометр;

в) Пара одинаковых электродов, ионизированная среда, потенциометр.

9. Потенциал какого электрода имеет условное нулевое значение в стандартных условиях?

10. Выделите формулу для расчета электрокинетического потенциала:

2.Вопросы для получения допуска к выполнению лабораторных работ.

3. Опрос студентов на практических занятиях (активное участие студентов в проведении практических занятий; успешные ответы и выступления с сообщениями на практических занятиях).

4. Для промежуточной аттестации – контрольные вопросы.

5. Изучение дисциплины заканчивается итоговым контролем:

в 6 семестре – зачет и курсовая работа.

7. Рекомендуемое информационное обеспечение дисциплины.

Основная литература:

1. Теория металлургических процессов: учебник для вузов / Г.Г. Минеев [и др.]. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. 524 с.

«ТЕОРИЯ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»

Направление подготовки: 150400 «Металлургия»

Профиль подготовки: «Металлургия цветных, редких и благородных Квалификация (степень) бакалавр 1. Цели и задачи освоения дисциплины.

Перспективы развития металлургического производства, современные научно-технические проблемы отрасли связаны с разработкой принципиально новых схем и способов получения металлов и сплавов, основанных на глубоких теоретических знаниях. Теория металлургических процессов – основа научных прогнозов при совершенствовании известных и разработке новых процессов и технологий. Только владея методами и представлениями теоретической металлургии, инженер-металлург может стать полноценным специалистом.

Курс «Теория гидрометаллургических процессов» является базовой специальной металлургической дисциплиной, необходимой для дальнейшего изучения и усвоения цикла технологических курсов.

Основной целью изучения данной дисциплины является теоретическая подготовка будущих инженеров-металлургов специальности «Металлургия цветных металлов», проработка научного понимания гидрометаллургических процессов. Освоение данного курса позволит в дальнейшем, зная сущность этих процессов, ориентироваться в их многообразии, грамотно и творчески решать вопросы выбора, теоретического обоснования и оптимизации параметров, предлагать направления повышения их эффективности.

Задачами изучения дисциплины являются:

изучение термодинамических и кинетических закономерностей процессов, составляющих основу современных гидрометаллургических схем производства цветных металлов;

овладение принципами научного анализа закономерностей процессов, протекающих в водных растворах, с целью оптимизации режимов проведения технологических операций, выдачи рекомендаций по интенсификации, а также выбора аппаратов для их осуществления.

2. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины.

Выпускник должен обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК):

– использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОКоформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ОК-13).

Выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):

– уметь использовать фундаментальные общеинженерные знания (ПК-1);

– уметь сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ПКобоснование рекомендаций по интенсификации процесса);

- уметь выбирать методы исследования, планировать и проводить необходимые эксперименты, интерпретировать результаты и делать выводы (ПК–19);

– уметь использовать основные понятия, законы и модели термодинамики, химической кинетики, переноса тепла и массы (ПК-21);

В результате освоения программы дисциплины обучающийся должен – оценивать вероятность и определять направление протекания процесса, выполнять расчеты химического равновесия;

гидрометаллургических процессов – методами определения энергии Гиббса, констант равновесия реакций, энергии гидратации ионов, энергии кристаллической решетки и т.д.;

– освоить методику и технику современных методов исследования кинетики выщелачивания (определение энергии активации, порядка по реагенту, выявление лимитирующей стадии процесса);

– выбирать методы исследования, планировать и проводить необходимые эксперименты, интерпретировать результаты и делать выводы;

– использовать справочную литературу для выполнения расчетов;

– применять методы анализа и обработки экспериментальных данных, систематизации и обобщения научно-технической информации.

– законы и понятия физической химии для анализа гидрометаллургических процессов;

– основные физико-химические закономерности гидрометаллургических процессов:

– термодинамику, кинетику и механизм процессов выщелачивания;

– закономерности, положенные в основу направлений интенсификации гидрометаллургических процессов;

– физико-химические основы экстракционных и ионообменных процессов, цементации, кристаллизации, осаждения металлов из растворов в виде труднорастворимых соединений.

владеть:

основными физико-химическими расчетами металлургических процессов, методами измерения равновесных характеристик;

представлениями теоретической металлургии применительно к гидрометаллургическим системам.

3. Основная структура дисциплины.

Самостоятельная работа (в том числе курсовое проектирование) Вид промежуточной аттестации (итого- Экзамен, Экзамен, вого контроля по дисциплине), в том курсовая работа курсовая работа числе курсовое проектирование 4. Содержание дисциплины.

4.1. Краткий перечень основных разделов и тем теоретической части дисциплины.

1. Введение.

Сущность и значение гидрометаллургических процессов в производстве цветных металлов, их технико-экономические, экологические и социальные преимущества. Краткая история развития гидрометаллургии, роль советских ученых в создании теории гидрометаллургии. Задачи курса. Принципиальная гидрометаллургическая схема переработки сырья, её структура. Растворители гидрометаллургии. Требования к ним.

2. Выщелачивание.

Виды выщелачивания. Термодинамика простого растворения. Свойства воды как растворителя. Энергия гидратации ионов. Энергия кристаллической решетки.

Методы их определения.

Оценка термодинамической вероятности протекания выщелачивания, сопровождающего химической реакцией. Методы экспериментального определения и расчета энергии Гиббса и константы равновесия для реакций различных типов.

Кинетика выщелачивания. Общее уравнение потока выщелачивания, вывод.

Области протекания процесса. Понятие лимитирующей стадии. Особенности кинетики процесса с участием газообразного реагента.

Закономерности протекания процесса во внешнедиффузионной области.

Метод вращающегося диска и преимущества его использования для исследования кинетики взаимодействия в системе “твердое - жидкость”. Виды внутридиффузионного сопротивления. Критерий Пиллинга – Бедвордса.

Закономерности протекания процесса в кинетической области. Теория активных столкновений. Общее дифференциальное уравнение скорости химической реакции.

Методика экспериментального исследования кинетики выщелачивания:

выявление зависимости скорости от гидродинамического режима, температуры, определение порядка реакции по реагенту, энергии активации. Признаки протекания процесса во внешне -, внутридиффузионной и кинетической областях.

Кинетика выщелачивания дисперсных материалов. Роль геометрии зерна, эмпирические уравнения зависимости изменения поверхности во времени. Влияние дефектов кристаллической структуры на кинетику выщелачивания. Способы активирования твердых тел: механохимическое, термическое, ультразвуковое, радиационное.

Направления интенсификации процессов выщелачивания. Основные типы аппаратов. Режимы выщелачивания. Использование кинетических закономерностей для выбора аппаратов и расчета их производительности.

Особенности кинетики и механизма выщелачивания металлов, оксидов, сульфидов. Теоретические основы биометаллургических процессов. Типы микроорганизмов, перспективных для гидрометаллургии. Механизм бактериального растворения металлов, окисления сульфидов, сорбции и гетерокоагуляции. Использование биометаллургии в производстве меди, урана, золота.

3. Ионообменные процессы.

Общая характеристика. Области применения. Типы ионитов, их строение.

Основные количественные характеристики.

Равновесие и селективность ионного обмена. Кинетика ионного обмена, пленочный и гелевый типы.

Ионный обмен в колоннах и из пульп. Сорбционное выщелачивание. Сорбция металлов активными углями: получение сорбентов, механизм извлечения металлов.

4. Экстракционные процессы.

Общая характеристика. Области использования. Требования к экстрагентам.

Классификация экстракционных процессов и типы экстрагентов.

Механизмы экстракции: сольватный, гидратно – сольватный, оксониевый, ионообменный, физическое распределение. Кинетика экстракции. Синергетный эффект.

Расчет числа теоретических ступеней экстракции. Аппараты для осуществления экстракционных процессов.

5. Физико-химические основы процессов выделения металлов в виде малорастворимых соединений.

Факторы, влияющие на растворимость труднорастворимых соединений (гидролиз аниона или катиона, ионная сила раствора, pH раствора, присутствие комплексообразующих лигандов).

Зависимость pH гидратообразования от произведения растворимости гидроксида, активности иона металла в растворе, заряда иона. Условия осаждения основных солей и сульфидов. Закономерности соосаждения примесей. Изоморфное, адсорбционное соосаждение.

6. Теоретические основы цементации.

Термодинамика процесса. Требования к цементатору. Механизм и кинетика цементации: основные стадии процесса, виды поляризации. Диффузионная и электрохимическая кинетика. Скорость цементации. Побочные процессы, способы проведения и аппаратура цементации.

7. Кристаллизация солей.

Термодинамика кристаллизации. Диаграммы двух – и трехкомпонентных систем с участием воды. Способы создания пересыщенных растворов, их количественные характеристики, факторы устойчивости. Гомогенный и гетерогенный механизм образования зародышей. Скорость массовой кристаллизации.

4.2. Перечень рекомендуемых лабораторных работ.

1. Исследование закономерностей внешней диффузии.

2. Исследование зависимости скорости гетерогенного процесса от концентрации исходных веществ.

3. Исследование влияния влияния температуры на скорость гетерогенного процесса.

4. Исследование кинетики гетерогенного процесса с внутренней диффузией.

5. Исследование закономерностей осаждения гидроксидов металлов из растворов.

6. Исследование закономерностей выделения металлов цементацией.

4.3. Перечень рекомендуемых практических занятий.

1. Термодинамика простого растворения.

2. Термодинамика выщелачивания, сопровождающегося химической реакцией. Экспериментальные и расчетные методы определения константы равновесия.

3. Вывод общего уравнения потока выщелачивания для реакций различных типов.

4. Методика исследования кинетики выщелачивания. Определение энергии активации и порядка по реагенту.

5. Закономерности и признаки областей протекания процессов выщелачивания.

6. Использование кинетических закономерностей для выбора путей интенсификации выщелачивания и расчета аппаратов.

7. Механизмы экстракции на примере разделения тантала и ниобия из плавиковокислых растворов и извлечения золота из царсководочных растворов.

8. Аналитический и графический расчет теоретических ступеней экстракции.

9. Графическое изображение диаграмм растворимости двойных и тройных систем с участием воды.

4.4. Перечень рекомендуемых видов самостоятельной работы.

1. Проработка лекционного материала.

2. Подготовка к контрольным работам.

3. Подготовка к лабораторным работам и оформление результатов выполненной лабораторной работы в виде отчетов, в которых проведен анализ данных и сделаны выводы.

4. Самостоятельное изучение отдельных тем дисциплины, используя современные информационные технологии (работая с информацией в глобальных компьютерных сетях, например, в поисковых системах сети Internet).

5. Написание реферата.

6. Выполнение курсовой работы, включающей в себя элементы проектирования гидрометаллургического оборудования.

5. Образовательные технологии, применяемые для реализации программы.

Слайд-лекции, тестирование, исследовательский метод.

6. Оценочные средства и технологии.

1.Контрольные вопросы по дисциплине для самопроверки и подготовки к сдаче экзамена.

2.Контрольные работы по основным разделам дисциплины.

3.Тесты для промежуточного контроля знаний.

4.Опрос на практических занятиях и для получения допуска к выполнению лабораторной работы.

5. Итоговый контроль в результате освоения дисциплины:

в 5 семестре – экзамен и курсовая работа.

7 Рекомендуемое информационное обеспечение дисциплины.

Основная литература:

1. Теория металлургических процессов: учебник для вузов / Г.Г. Минеев [и др.]. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. 524 с.

2. Вольдман Г.М., Зеликман А.Н. Теория гидрометаллургических процессов:

учеб. пособие для вузов. М.: Интермет Инжиниринг, 2003. 464 с.

«ТЕОРИЯ ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»

Направление подготовки: 150400 «Металлургия»

Профиль подготовки: «Металлургия цветных, редких и благородных Квалификация (степень) бакалавр 1. Цели и задачи освоения дисциплины.

Перспективы развития металлургического производства, современные научно-технические проблемы отрасли связаны с разработкой принципиально новых схем и способов получения металлов и сплавов, основанных на глубоких теоретических знаниях. Теория металлургических процессов – основа научных прогнозов при совершенствовании известных и разработке новых процессов и технологий. Только владея методами и представлениями теоретической металлургии, инженер-металлург может стать полноценным специалистом.

Курс «Теория пирометаллургических процессов» является базовой специальной металлургической дисциплиной, необходимой для дальнейшего изучения и усвоения цикла технологических курсов.

Основной целью изучения данной дисциплины является теоретическая подготовка будущих инженеров-металлургов специальности «Металлургия цветных металлов», проработка научного понимания гидрометаллургических процессов. Освоение данного курса позволит в дальнейшем, зная сущность этих процессов, ориентироваться в их многообразии, грамотно и творчески решать вопросы выбора, теоретического обоснования и оптимизации параметров, предлагать направления повышения их эффективности.

Задачами изучения дисциплины являются:

изучение термодинамических и кинетических закономерностей взаимодействия, протекающих в пирометаллургических системах; установление взаимосвязей между структурой и важнейшими физико-химическими свойствами шлаковой, штейновой и металлической фаз и их поведением в условиях пирометаллургических процессов.

овладение принципами научного анализа пирометаллургических процессов, выбора оптимальных условий их проведения на основе представлений термодинамики, кинетики фазовых равновесий.

2. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения освоения дисциплины.

Выпускник должен обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК):

- самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ОК– 4);

– использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОКоформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ОК-13).

Выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):

– уметь использовать фундаментальные общеинженерные знания (ПК-1);

– уметь сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ПКобоснование рекомендаций по интенсификации процесса);

- уметь выбирать методы исследования, планировать и проводить необходимые эксперименты, интерпретировать результаты и делать выводы (ПК–19);

– уметь использовать основные понятия, законы и модели термодинамики, химической кинетики, переноса тепла и массы (ПК-21).

В результате освоения программы дисциплины обучающийся должен – оценивать вероятность и определять направление протекания процесса, выполнять расчеты химического равновесия;

– владеть основными физико-химическими расчетами пирометаллургических процессов – методами определения энергии Гиббса, констант равновесия реакций, давлений диссоциаций соединений, давлений насыщенного пара;

– выявлять факторы, определяющие условия равновесия процессов получения и рафинирования металлов и влияющие на сдвиг равновесия в системе;

– анализировать фазовые равновесия на основе двойных и тройных диаграмм состояния пирометаллургических систем;

– выбирать методы исследования, планировать и проводить необходимые эксперименты, интерпретировать результаты и делать выводы;

– использовать справочную литературу для выполнения расчетов;

– применять методы анализа и обработки экспериментальных данных, систематизации и обобщения научно-технической информации.

– законы и понятия физической химии для анализа пирометаллургических процессов;

– основные физико-химические закономерности пирометаллургических процессов;

– природу фазовых равновесий в металлургических системах;

– современное состояние теории жидкого состояния;

– закономерности испарения в одно- и двухкомпонентных системах;

– строение шлаковых расплавов и их физико-химические свойства;

– причины потерь металлов со шлаками;

– теорию процессов окисления -диссоциации и окислительного рафинирования;

– теорию процессов восстановления твердыми и газообразными восстановителями;

– теорию плавок сульфидного сырья на штейн, закономерности распределения металлов между штейновой и шлаковой фазами;

– физико-химические основы процессов окислительного, кальцинирующего, агломерирующего обжига;

– теоретические основы методов глубокой очистки металлов.

владеть:

основными физико-химическими расчетами металлургических процессов, методами измерения равновесных характеристик.

3. Основная структура дисциплины.

курсовое проектирование) Вид промежуточной аттестации (итого- Экзамен (36), Экзамен (36), вого контроля по дисциплине), в том курсовая работа курсовая работа числе курсовое проектирование 4. Содержание дисциплины.

4.1. Краткий перечень основных разделов и тем теоретической части дисциплины.

1. Введение.

Задачи металлургии как науки и отрасли промышленности. Роль теории пирометаллургических процессов в решении этих задач. Теория металлургических процессов – научная основа металлургии. История развития теоретической металлургии, основные этапы, роль русских и советских ученых.

Классификация металлов и руд. Основные понятия металлургии:

металлургический процесс, схема, способы разделения фаз в цветной металлургии. Классификация пирометаллургических процессов.

2. Теория ликвационных процессов.

Твердое состояние веществ. Физические свойства твердых тел. Типы кристаллических решеток. Жидкое состояние вещества. Теория жидкого состояния – модели жидкости. Физические и физико-химические свойства жидкости. Теория ликвационных процессов. Понятие ликвации. Способы и стадии процесса. Формула Стокса. Процессы ликвационного рафинирования.

Методы перекристаллизации. Направленная кристаллизация и зонная плавка.

3. Теория процессов испарения и конденсации металлов и их соединений.

Термодинамика испарения металлов – диаграмма испарения однокомпонентной системы, давление насыщенного пара, зависимость от температуры. Расчетные и экспериментальные методы определения. Испарение в двухкомпонентных системах растворах и смесях. Диаграмма кипения.

Теоретические основы процессов перегонки металлов (дистилляция, ректификация). Влияние внешнего давления на процессы испарения.

4. Учение о металлургических шлаках.

Понятие шлаков, их функции в металлургических процессах. Химическая характеристика шлаков. Теории строения шлаковых расплавов, природа кремнекислородных комплексов. Физико-химические свойства расплавленных шлаков: вязкость, электропроводность, поверхностное натяжение, плотность.

Связь с составом. Диаграммы шлаковых систем. Формы потерь металлов со шлаками: физические, химические механические. Влияние степени окисленности системы на величину потерь цветных металлов. Пути снижения потерь металлов со шлаками.

5. Теория процессов окисления и окислительного рафинирования металлов.

Сродство металлов к кислороду. Давление диссоциации оксидов, зависимость от температуры. Термодинамика окисления металлов и диссоциации оксидов в системах с растворами. Окисление твердых и жидких металлов. Теория окислительного рафинирования металлов. Механизм, порядок выгорания примесей. Окислительное рафинирование меди, свинца. Теоретические основы раскисления металлов.

6. Теория восстановительных процессов.

Восстановители цветной металлургии. Требования к ним. Взаимодействие в системе углерод-кислород (реакции горения углерода). Связь со строением и свойствами графита. Равновесие реакции Будуара. Термодинамика восстановления оксидов металлов оксидом углерода. Восстановление оксидов металлов из шлаков. Термодинамика углетермического восстановления.

Металлотермия. Области использования. Вакуумная металлотермия.

Металлотермическое восстановление хлоридов.

7. Физико-химические основы процессов сульфидных плавок.

Сера и ее свойства. Сродство металлов к сере, давление диссоциации сульфидов. Понятие штейнов. Диаграмма системы медь-железо-сера и природа медных штейнов. Растворимость сульфидов цветных металлов в штейнах.

Никелевые штейны. Взаимодействие сульфидов и оксидов одного и того же металла, взаимодействие сульфидов и оксидов. Разных металлов и распределение металлов между сульфидной и оксидной фазами. Рафинирование металлов с помощью серы и от серы.

8. Физико-химические основы процессов обжига.

Оксидная и сульфатная теории окислительного обжига. Равновесие реакции диссоциации серного ангидрида и условия сульфатообразования. Основные факторы, влияющие на окислительный обжиг. Температура воспламенения сульфидов. Влияние гидродинамического режима на эффективность окислительного обжига. Давление диссоциации карбонатов, условия их разложения при кальцинирующем обжиге. Теоретические основы агломерационного обжига.

4.2. Перечень рекомендуемых лабораторных работ.

1. Изучение процесса ликвации.

2. Изучение физических свойств шлаков.

3. Металлотермическое восстановление хлоридов.

4. Определение равновесного давления термической диссоциации карбонатов.

5. Исследование влияния основных управляемых воздействий на потери цветных металлов с отвальными шлаками с использованием компьютерного тренажера для исследования процесса плавки.

4.3. Перечень рекомендуемых практических занятий.

1. Разбор и анализ важнейших типовых и реальных диаграмм состояния пирометаллургических систем.

2. Рассмотрение процессов ликвационного рафинирования и расчеты с использованием диаграмм состояния.

3. Построение диаграмм давления насыщенного пара двойных систем.

4. Расчеты процессов испарения, числа ступеней ректификационной колонны.

5. Графические методы расчета состава шлаков и шихт по тройным диаграммам состояния.

6. Диаграммы состояния шлаковых систем.

7. Потери металлов со шлаками.

8. Расчеты по термодинамике диссоциации оксидов и др. соединений.

9. Системы «металл-оксид», их значение для оптимизации условий окислительного рафинирования металлов. Оценка раскислительной способности реагентов.

10. Окислительное рафинирование меди и свинца.

11. Расчеты по термодинамике процессов восстановления оксидов.

12. Графический метод совмещенных равновесий на примере углетермического восстановления.

13. Экспериментальные методы определения констант равновесия восстановительных процессов.

14. Методы измерения основных физико-химических свойств расплавов.

4.4. Перечень рекомендуемых видов самостоятельной работы.

1. Проработка лекционного материала.

2. Подготовка к контрольным работам.

3. Подготовка к лабораторным работам и оформление результатов выполненной лабораторной работы в виде отчетов, в которых проведен анализ данных и сделаны выводы.

4. Самостоятельное изучение отдельных тем дисциплины, используя современные информационные технологии (работая с информацией в глобальных компьютерных сетях, например, в поисковых системах сети Internet).

5. Написание реферата.

6. Выполнение курсовой работы.

5. Образовательные технологии, применяемые для реализации программы.

Тестирование. Разбор конкретных ситуаций. Мультимедийное сопровождение лекций.

6. Оценочные средства и технологии.

1.Контрольные вопросы по дисциплине для самопроверки и подготовки к сдаче экзамена.

2.Контрольные работы по основным разделам дисциплины.

3.Тесты для промежуточного контроля знаний.

4.Опрос на практических занятиях и для получения допуска к выполнению лабораторной работы.

5. Итоговый контроль в результате освоения дисциплины:

в 6-ом семестре – экзамен и курсовая работа.

7 Рекомендуемое информационное обеспечение дисциплины.

Основная литература:

1. Теория металлургических процессов: учебник для вузов / Г.Г. Минеев [и др.]. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. 524 с.

2. Клёц В.Э., Немчинова Н.В., Кокорин В.С. Основы пирометаллургических производств: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009. 144 с.

«МЕТАЛЛУРГИЯ РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ»

Направление подготовки: 150400 «Металлургия»

Профиль подготовки: «Металлургия цветных, редких и благородных Квалификация (степень) бакалавр 1. Цели и задачи освоения дисциплины.

Основная дисциплина «Металлургия редких металлов» входит в профессиональный цикл дисциплин. Она изучает физические и химические свойства редких металлов, технологии переработки редкометалльного сырья, получение компактных редких металлов и т.д.

Основными целями преподавания дисциплины являются:

– ознакомление с ролью редких металлов в повышении качества металлургической продукции;

– с основами технологии переработки руд редких металлов при комплексном использовании этого сырья.

Основными задачами являются:

– изучить свойства и области применения редких металлов, особенности производства, методы получения компактных редких металлов;

– освоить составление материальных балансов и выбор основного оборудования;

– выполнять исследования металлургических процессов; составлять обзоры научно-технической литературы и проводить патентный поиск в области редкометального производства;

– самостоятельно изучать, согласно литературного поиска, спрос научнотехнической продукции, состояние окружающей среды;

– проводить технико-экономический анализ и формулировать основные требования к технологическим процессам производства и обработки редких металлов, сплавов и изделий из них.

2. Компетенции обучающегося, формируемые при освоении дисциплины.

Выпускник должен обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК):

– самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ОК-4);

– использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОКоформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ОК-13).

Выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):

– уметь использовать фундаментальные общеинженерные знания (ПК-1);

– уметь сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ПКуметь осуществлять и корректировать технологические процессы в металлургии и материалообработке (ПК-10);

– уметь выявлять объекты для улучшения в технике и технологии (ПК-11);

– уметь использовать физико-математический аппарат для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-20);

– уметь обосновывать выбор оборудования для осуществления технологических процессов (ПК-25).

В результате освоения программы дисциплины обучающийся должен – выполнять исследования металлургических процессов с применением методов математического моделирования;

– анализировать и обрабатывать результаты исследований и измерений;

– основные требования к производству редких металлов.

владеть:

– навыками работы с учебной, справочной, периодической литературой при написании публикаций, информационных обзоров;

– навыками чтения и построения технологических схем.

3. Основная структура дисциплины.

Самостоятельная работа (в том числе курсовое проектирование) Вид промежуточной аттестации (итогового Зачет, Экзамен Зачет, контроля по дисциплине), в том числе кур- экзамен, курсовая 4. Содержание дисциплины.

4.1. Краткий перечень основных разделов и тем теоретической части дисциплины.

Введение.