Гидрометаллургические технологии переработки техногенных и

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента
России Б.Н.Ельцина»
Институт материаловедения и металлургии
УТВЕРЖДАЮ:
Директор ИММт
____________ В.А. Мальцев
«____» _____________ 2013 г.
ПРОГРАММА
вступительного экзамена в магистратуру
по направлению150400 «Металлургия»
магистерская программа
«Гидрометаллургические технологии переработки техногенных и вторичных
ресурсов»
Екатеринбург
2013
Программа составлена авторами:
Карелов С.В., д.т.н., профессор кафедры «Металлургия тяжелых цветных металлов»
Мамяченков С.В., д.т.н., профессор кафедры «Металлургия тяжелых цветных металлов»
Анисимова О.С., к.т.н., доцент кафедры «Металлургия тяжелых цветных металлов»
Программа одобрена на заседании кафедры «Металлургия тяжелых цветных металлов», протокол № 02 от «14 » февраля 2013 года.
Заведующий кафедрой
профессор, д.т.н.
С. С. Набойченко
Согласовано:
Председатель учебно-методического совета
Института материаловедения и металлургии
Протокол № ______ от _______________ г.
В.В. Шимов
ВВЕДЕНИЕ
Программа вступительного экзамена в магистратуру отвечает требованиям к обязательному минимуму содержания и уровня подготовки бакалавра по направлению 150400
«Металлургия».
Исходя из требований ФГОС ВПО к уровню подготовки выпускников с квалификацией «бакалавр» программа вступительного экзамена для поступающих в магистратуру
включает основные разделы специальных дисциплин:
− Теория гидрометаллургических процессов
− Теоретические основы новых пирометаллургических процессов
− Экологические проблемы металлургического производства
− Металлургия благородных и редких металлов
− Металлургия тяжелых цветных металов
− Обогащение руд цветных металлов
− Теория электрохимических процессов
− Оценка и пути достижения экологической чистоты металлургического производства
− Конструкция и оборудование цехов для переработки техногенного и вторичного
сырья
− Рециклинг материалов
− Металлургическая переработка техногенных ресурсов цветных металлов
− Металлургические технологии переработки техногенного и вторичного сырья
цветных металлов
Содержание выбранных разделов учебных дисциплин образует базу знаний, на которых строится набор профессиональных компетенций в ходе обучения студентов по программе магистерской подготовки «Гидрометаллургические технологии переработки техногенных и вторичных ресурсов»
Настоящая программа включает типовые вопросы, отвечая на которые кандидаты на
зачисление в магистратуру должны показать знания:
- основных понятий, терминов, определений, характерных для вторичной цветной
металлургии и закрепленные в действующих стандартах;
- основных методов первичной обработки и обогащения вторичного и техногенного
сырья, основных типов машин и аппаратов, методов оценки эффективности процесса и
оборудования для его реализации;
- теоретических основ металлургических технологий переработки техногенного и
вторичного сырья;
- основных технологических процессов и аппаратов металлургического производства и технико-экономических требований к ним, обеспечивающих качество продукции с
учетом решения задач ресурсо- и энергосбережения;
- направлений развития и совершенствования технологий переработки техногенного
и вторичного сырья;
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Порядок приема и зачисления в магистратуру
Правила приема и зачисления в магистратуру разработаны в соответствии с Законом
РФ №3266-1 от 10.071992 г. «Об образовании», Федеральным законом № 125-ФЗ от
22.08.1996 г. «О высшем и послевузовском профессиональном образовании» в редакции
Федеральных законов № 232-ФЗ от 24.10.2007, № 309-ФЗ от 01.12.2007, № 184-ФЗ от
18.07.2009, № 260-ФЗ от 10.11.2009 г, приказом Министерства образования и науки Российской Федерации № 2895 от 28.12.2011 г. и введены в действие приказом ректора УрФУ
(нормативно-правовая база размещена на сайте университета).
Правом на участие в конкурсе на бюджетные места для обучения в магистратуре
пользуются лица, успешно завершившие обучение по программам бакалавриата и дипломированного специалиста.
Количество граждан, принимаемых в магистратуру за счет средств федерального
бюджета, определяется квотами Министерством образования и науки.
Прием документов определяется в соответствии с правилами приема УрФУ.
2. Набор документов для поступления
Лица, поступающие в магистратуру, представляют следующие документы:
- заявление на имя ректора;
- диплом о высшем образовании (копия диплома); в исключительных случаях до получения
диплома о высшем профессиональном образовании допускается
представление справки за подписью ректора вуза об успешном завершении основной образовательной программы высшего профессионального образования (за день до зачисления
копия диплома (справка) должна быть заменена на подлинник диплома);
- 5 фотографий размером 3х4 см;
- в качестве дополнительных документов могут быть приняты заверенные печатью вуза или
института рекомендации ГАК, Ученых советов вузов и институтов, списки научных трудов
и публикаций.
При подаче заявления поступающие предъявляют документы, удостоверяющие их
личность, гражданство (паспорт).
3. Вступительные испытания
Вступительные испытания на бюджетные места проводятся в соответствии с правилами приема УрФУ.
Расписание вступительных испытаний доводится до сведения поступающих не
позднее, чем за 3 дня до проведения испытаний.
Для проведения вступительных испытаний приказом ректора утверждаются составы
экзаменационных и апелляционных комиссий.
В состав экзаменационных и апелляционных комиссий по приему вступительных
испытаний в магистратуру должны быть включены лица из числа профессорскопреподавательского состава, имеющие ученую степень доктора или кандидата наук или
ученое звание профессор или доцент.
Вступительные испытания экзамен, форма проведения – письменно или устно, устанавливается Ученым Советом ИММт.
Билет состоит из двух вопросов и технологической задачи.
Результаты вступительного испытания оцениваются по стобалльной шкале и представляются в Приемную комиссию университета в следующих формах:
- работа - для письменного экзамена;
- протокол - для устного экзамена.
4. Зачисление в магистратуру
Зачисление в магистратуру на бюджетные места производится за десять дней до начала учебных занятий на конкурсной основе по результатам вступительного экзамена.
При равенстве конкурсных баллов преимущественное право на зачисление предоставляется по приоритету оснований. К таким основаниям могут относиться:
- список научных трудов и публикаций;
- рекомендация Ученого совета вуза, института;
- рекомендация ГАК;
- рекомендация кафедры;
- рекомендация научного руководителя;
- средний балл приложения к диплому.
Зачисление поступающих на общих основаниях, на целевые места и на места с оплатой стоимости обучения, осуществляется по раздельным конкурсам.
Лица, не прошедшие по конкурсу на бюджетные места могут участвовать в конкурсе
на места с оплатой стоимости обучения с теми же результатами экзаменов.
РАЗДЕЛЫ ПРОГРАММЫ
Раздел 1. Вторичные и техногенные ресурсы
Вторичные сырьевые ресурсы, их структура, методы текущего и перспективного определения. Классификация лома и отходов черных, цветных, благородных и редких металлов в соответствии с действующими стандартами.
Общая характеристика металлических лома и отходов. Основные стадии (заготовка,
первичная обработка, металлургическое производство и рафинирование) переработки и
принципы использования сырья (комплексность, минимум энергетических затрат, безотходность, предотвращение загрязнения окружающей среды).
Техногенные отходы: их происхождение, особенности состава, классификация.
Раздел 2. Заготовка и первичная обработка лома и отходов.
Принципы сбора, хранения, транспортировки, опробования, паспортизации вторичного металлического сырья. Пиротехнический, радиационный, экологический контроль лома
и отходов.
Первичная обработка и ее значение в металлургии вторичного сырья. Основные схемы первичной обработки. Современные инструментальные методы сортировки, сортировочные линии и комплексы, электромагнитная и воздушная сепарация, сепарация в тяжелых средах. Разделка крупногабаритного лома (механическая, огневая, воздушноэлектродуговая, плазменная резка, дробление, измельчение. Технологические линии обработки стружки. Безокислительная сушка обезжиривание лома и отходов. Пакетирование,
брикетирование. Методы удаления брони и изоляции с кабельной продукции (механические, химические, пирометаллургические, криогенные).
Особенности разделки аккумуляторного , автомобильного, военного, конверсионного,
электронного лома, электродвигателей и генераторов.
Направления совершенствования технологии и оборудования для первичной обработки металлического вторсырья.
Раздел 3 Производство металлов и сплавов из вторичного металлического сырья.
Основные требования ко вторичному металлическому сырью, пригодному для выплавки из него металлов и сплавов.
Обоснование и выбор технологических параметров металлургических процессов
(температурный режим, состав газовой фазы, использование флюсов и др.) в зависимости
от характера шихты, физико-химических свойств и качества выплавляемых металлов и
сплавов. Технологические и экономические принципы, обосновывающие соотношение в
шихте вторичного сырья и первичных металлов.
Характеристика и свойства легирующих компонентов, используемых при производстве вторичных черных и цветных металлов и сплавов.
Основные принципы при определении состава и расхода флюсовых смесей (характер
сырья, особенности получаемой готовой продукции, тип металлургического аппарата).
Выбор плавильных металлургических агрегатов миксеров (вагранки; пламенные печи,
мартеновские, одно-и многокамерные отражательные, шахтно-ванные, печи с сухим подом;
барабанные поворотные и вращающиеся; печи с погруженным тиглем; шахтные печи; электрические печи – дуговые, индукционные, электронно-лучевые; конвертеры – горизонтальные, вертикальные, вращающиеся типа Калдо).
Сравнение технико-экономических показателей производства металлов и сплавов в
агрегатах различных типов. Пути снижения энергозатрат и использования вторичных энергоресурсов.
Направления совершенствования и интенсификации переработки вторсырья в металлургических печах (горячее и обогащенное кислородом дутье, использование при плавке
центробежных и газодинамических насоосв, комбинированное отопление печей и др.).
Рафинирование металлов и сплавов. Характеристика основных примесей (металлыпримеси, газы, нерастворимые (неметаллические) включения) и их влияние на рабочие характеристики сплавов.
Особенности и границы использования различных методов рафинирования металлических расплавов (окислительное рафинирование газами и твердыми окислителями; хлорирование; флюсование; вакуумная дистилляция; раскисление газами, мазутом, древесным
углем, алюминием, фосфором, литием; ликвация; фильтрация; продувка инерными газами,
хлором; рафинирование флюсами и шлаками).
Характеристика оборудования, используемого при рафинировании. Аппаратурное
оформление и технологии непрерывного рафинирования.
Использование вторичных металлов и сплавов для получения полуфабрикатов и изделий высокой степени готовности (заготовки, трубы, литые изделия, катанка, различный
профиль, фольга и т.д.).
Раздел 4. Переработка металлсодержащего техногенного сырья.
Характеристика и особенности вторичного металлсодержащего сырья. Принципы его
переработки. Вещественный состав шлаков, съемов, формовочных земель, печных выломок, высевок, сметов, оборотных пылей – отходов плавильных и литейных производств
черных и цветных металлов, образивных отходов, пропиловки, засоренной стружки и другого несортного вторсырья.
Способы подготовки к плавке (механическая разделка, брикетирование, холодное и
горячее окатывание, агломерация), их технологическая, энергетическая, экологическая и
экономическая оценки.
Переработка медьсодержащего сырья. Шахтная плавка и электроплавка на черную
медь. Термодинамика и кинетика основных взаимодействий. Состав черной меди, шлака,
оборотной и тонкой пыли. Технико-экономические показатели процессов, пути оптимизации, экономии топлива и электроэнергии.
Переработка оловосодержащих материалов на черную бронзу. Продукты и показатели
процессов.
Совместная переработка сульфидного рудного и вторичного медьсодержащего сырья.
Технологические особенности конвертирования черной меди, черной бронзы, процесса пироселекции, совместной переработки в конвертерах штейна и вторичного сырья.
Характеристика и состав продуктов конвертирования, технико-экономические показатели. Направления усовершенствования процесса, включая использование вертикальных и
вращающихся конвертеров, агрегатов для плавки в жидкой ванне.
Переработка никельсодержащих лома и отходов. Особенности внесортных никельсодержащих отходов и железо-никелевых аккумуляторов.
Теоретические основы и технология выплавки и рафинирования ферроникеля при переработке аккумуляторного лома и других отходов. Распределение никеля, кобальта, железа,
хрома, вольфрама, молибдена по продуктам плавки.
Направления совершенствования процессов и агрегатов.
Производство вторичного свинца. Характеристика химического и вещественного составов аккумуляторного лома, изгари, съемов, паст, шламов, шлаков, глета, тировых земель. Схемы подготовки сырья к плавке.
Поведение свинца, сурьмы, олова, меди, хлора, фтора. Продукты плавки свинецсодержащего вторсырья, их состав, способы дальнейшей переработки. Сравнение и техникоэкономическая оценка (включая энергетическую и экономическую) производства вторичного свинца различными технологиями: плавка в шахтных печах подготовленного и неразделанного аккумуляторного лома; электроплавка в отражательных и короткобарабанных
печах, вращающихся конвертерах, агрегатах КЭПАЛ.
Особенности пирометаллургического и электрохимического рафинирования чернового свинца, экономические показатели.
Раздел 5. Комплексная переработка неметаллического техногенного сырья цветных металлов
Характеристика и физико-химические свойства техногенного сырья черных и цветных
металлов – шлаков, пылей, шламов, золы, прокатной и кузнечной окалин, растворов гальванических производств и травления.
Особенности состава и потребительская характеристика шлаков цветной металлургии.
Пирометаллургические способы переработки шлаков. Технологии электро-, газо- и металлотермического восстановления шлаков. Фьюмингование и вельцевание шлаков. Обеднение шлаков сульфидирующими и восстановительно-сульфидирующими реагентами. Флотация шлаков.
Использование обедненных и отвальных шлаков для производства минеральной ваты,
литых изделий, щебня, шлакоситаллов, вяжущих, песка, минеральных удобрений и других
продуктов.
Сравнительная эколого-экономическая оценка способов и технологий переработки
шлаков. Перспективные способы и технологии переработки шлаков черной и цветной металлургии.
Комплексная переработка пылей и шламов. Особенности состава и физикохимические характеристики пылей и шламов черной и цветной металлургии. Способы подготовки и использования пылей и шламов (холодное и горячее окатывание, брикетирование, прокалка, агломерация). Совместная переработка рудного сырья и оборотных пылей в
процессах производства черных и цветных металлов.
Самостоятельная переработка тонких пылей и шламов пиро-, гидро- и комбинированными методами, обеспечивающими полное извлечение ценных компонентов (цветных редких, благородных, легирующих металлов). Переработка пылей в трубчатых, электрических,
шахтных печах, печах кипящего слоя. Гидрометаллургические процессы переработки пылей и шламов с использованием кислотного, щелочного, солевого выщелачивания в обычных и автоклавных условиях. Анализ методов извлечения металлов и их соединений из
растворов и кеков от выщелачивания пылей и шламов, растворов агрегатов цинкования,
меднения, никелирования, хромирования и других.
Эколого-экономическая оценка комплексной переработки пылей, шламов, отработанных растворов металлургического и химического производств.
Переработка отходов обогащения руд черных и цветных металлов. Особенности состава потребительные свойства отходов обогащения.
Характеристика и анализ основных методов комплексной переработки (повторное обогащение, пиро- и гидрометаллургия) имеющихся отходов обогащения – хвостов, шламов,
песков, вскрышных пород. Эколого-экономическая эффективность использования техногенных отходов обогащения руд черных и цветных металлов.
Переработка изношенной футеровки металлургических агрегатов. Особенности состава и потребительные характеристики изношенной футеровки агрегатов черной и цветной
металлургии. Технологии извлечения ценных компонентов из футеровки рудновосстановительных и плавильных печей, электролизеров и установок для термической обработки в
расплавах. Использование изношенной футеровки в шихте плавильных печей черной и
цветной металлургии, в производствах строительных материалов, анодов для электролизеров. Технологии извлечения из футеровки токсичных соединений (цианидов, фторидов и
др.).
Эколого-экономические характеристики процессов переработки и использования изношенной футеровки черной и цветной металлургии.
Раздел 6. Металлургия вторичных благородных, платиновых, редких металлов.
Характеристика и особенности вторичного сырья, содержащего благородные, платиновые, редкие и другие ценные металлы. Состав и металлургические свойства основных
видов лома и отходов: лом и брак изделий, электронный лом, цементные осадки; серебряноцинковые, серебрянокадмиевые, серебряномагниевые аккумуляторы и элементы, отработанные катализаторы, бракованные кино-фотоматериалы, зола сжигания фотоотходов, золоченого дерева, шламы из отработанных электролитов при золочении и серебрении, шлифованные порошки, полировочные пасты, шлаки, съемы, выломки футеровок, пыли и возгоны.
Основные пирометаллургические способы переработки вторсырья: механическая разделка гравитационные методы обогащения сложного лома, хлорирование, плавки на металл, на лигатурный сплав, на медный и свинцовый сплав. Критический анализ различных
технологий, их показатели. Пути совершенствования переплавки металлического и аккумуляторного ломов, катализаторов, шламов, цементных осадков, галогенидов, роданидов,
сульфидов в отражательных, индукционных и электропечах, печах электронно-лучевого
нагрева.
Гидрометаллургические процессы химического вскрытия, разделения и получения
благородных, платиновых, редких металлов из вторичного и техногенного сырья. Характеристика основных рабочих свойств главнейших растворителей: серно- и солянокислые растворы, «царская водка», хлорные, нитратные, цианистые, тиосульфатные, органические
растворители. Химизм, параметры и показатели растворения в обычных и автоклавных условиях.
Основные методы выделения металлов из растворов (цементация, электролиз, осаждение труднорастворимых солей, сорбция и экстракция). Технико-экономические показатели процессов, пути усовершенствования.
Раздел 7. Экономика использования вторичных и техногенных ресурсов.
Технические, технологические, энергетические, экологические принципы целесообразности производства металлов из вторичного и техногенного сырья.
Финансово-экономическая эффективность производства и проектов. План капиталовложений (инвестиционный план). Финансовая, бюджетная и экономическая эффектив-
ность инвестиционных проектов: интегральный эффект или чистый дисконтированный доход, индекс доходности, рентабельность, срок окупаемости и другие показатели. Учет инфляции, дисконтирование затрат и результатов.
Предпринимательство и инновационная деятельность, условия их эффективности.
Предпринимательское управление и предприятие. Формирование и классификация издержек производства. Методы определения себестоимости продукции при комплексном использовании вторсырья. Формирование и использование прибыли и дохода предприятия.
Планирование на предприятии. Текущее планирование. Стратегический план, бизнесплан. Анализ организационно-технического уровня предприятия.
Маркетинговая среда, позиционирование товара, цикл его жизни. Методы установления цен. Реклама, методы продвижения товаров.
Рекомендуемая литература
а) основная литература
1. Худяков И.Ф., Кляйн С.Э., Агеев Н.Г. Металлургия меди, никеля, сопутствующих
элементов и проектирование цехов: Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1993, 432 с.
2. Процессы и аппараты цветной металлургии: Учебник для вузов/ Набойченко С.С.,
Агеев Н.Г., Дорошкевич А.П. и др. Екатеринбург: УГТУ, 2005, 699 с.
3. Автоклавная гидрометаллургия цветных металлов: Набойченко С.С., Ни Л.П.,
Шниерсон Я.М., Чугаев Л.В., Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ- УПИ, 2002, 940 с.
4. Порошки цветных металлов /Набойченко С.С., Ничипоренко С.С., Мурашова И.Б.
и др., М.: Металлургия, 1997, 542 с.
5. Металлургия благородных металлов: Учебник. В 2-х кн. Кн..1/ Ю.А.Котляр, М.А.
Меретуков, Л.С. Стрижко - М.: МИСИС Издательский дом «Руда и Металлы», 2005.- 432 с.
6. Металлургия благородных металлов: Учебник. В 2-х кн. Кн..2/ Ю.А.Котляр, М.А.
Меретуков, Л.С. Стрижко - М.: МИСИС Издательский дом «Руда и Металлы», 2005. - 392 с.
7. Лисин В.С., Юсфин Ю.С. Ресурсно-экологические проблемы XXI века и металлургия. М.: Высшая школа, 1998. 447 с.
8. Черепанов К.А., Черныш Г.И., Димельт В.М., Сухарев Ю.И. Утилизация вторичных материальных ресурсов в металлургии. Учебное пособие для вузов. М.: Металлургия,
1994. 224 с.
9. Худяков И.Ф., Дорошкевич А.П., Карелов С.В. Учебник для вузов. Металлургия
вторичных тяжелых цветных металлов. М.: Металлургия, 1987. 528 с.
10. Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я. Металлургия вторичного алюминия.
Учебное пособие для вузов. Новосибирск: Наука, 1998. 289 с.
11. Купряков Ю.П. Производство тяжелых цветных металлов из лома и отходов.
Харьков: Основа, 1992. 399 с.
12. Колобов Г.А., Бредихин В.Н., Чернобаев В.М. Сбор и обработка вторичного сырья цветных металлов. М.: Металлургия, 1992. 288 с.
13. Шуберт Г. Подготовка металлических вторичных материалов. Пер. с нем. М.:
Металлургия, 1989. 360 с.
б) дополнительная литература
1. Металлургия меди, никеля, кобальта /Худяков И.Ф., Тихонов А.И., Деев В.И., Набойченко С.С. 4.1, 2: Учебное пособие М.: Металлургия, 1977.
2. Ванюков Л.В., Уткин Н.И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья:
Учебник для вузов. Челябинск: Металлургия, 1988. 432 с.
3. Начала металлургии: Учебник для вузов /В.И. Коротич, С.С. Набойченко, А.И.
Сотников и др. Екатеринбург: УГТУ, 2000.392 с.
4. Вольдман P.M. Основы экстракционных и ионообменных процессов в гидрометаллургии.- М.: Металлургия, 1982.- 375 с.
5. Цветная металлургия. Окружающая среда. Экономика: Учебник для вузов/ Кляйн
С.Э., Карелов C.В., Деев А.И., Екатеринбург, 2000, 372 с.
6. Основы экстракционных и ионообменных процессов в гидрометаллургии / P.M.
Вольдман. - М.: Металлургия, 1982.- 375 с.
7. Теория гидрометаллургических процессов / А.Н. Зеликман, Г.М. Вольдман, Л.В.
Беляевская. - М.: Металлургия, 1983.- 423 с.
8. Технологическое проектирование производства редких металлов / Л.Е. Болотников. - М.: Металлургия, 1973. -470 с.
9. Проектирование обогатительных фабрик / К.А. Разумов, В.А. Перов. - М.: Недра,
1982. -518 с.
10. Металлургия благородных металлов (зарубежный опыт) / М.А. Меретуков, A.M.
Орлов. - М.: Металлургия, 1990. -416 с.
11. Комплексное использование сырья и отходов / Равич Б.М., Окладников В.П., Лыгач В.Н. и др. М.: Химия, 1988. 287 с.
12. Малоотходные процессы и охрана окружающей среды в металлургии редких металлов / Кожемякин В.А., Зубченко Г.В., Вакс Г.Л. и др. М.: Металлургия, 1991. 160 с.
13. Данилов Н.И., Щелоков Я.М. Энергосбережение - основа устойчивого развития.
Учебное пособие для вузов. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000. 215 с.