Document 650833

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Утверждаю
_____________________
Руководитель ООП
по направлению 150400
зав.кафедрой металлургии
проф. В.М. Сизяков
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«МЕТАЛЛУРГИЯ РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ»
Направление: 150400 «Металлургия»
Профиль: «Металлургия цветных металлов»
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составитель: доц. Ю.А. Зайцев
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
МЕТАЛЛУРГИЯ РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ
Составитель: доц. Ю.А.ЗАЙЦЕВ
Кафедра металлургии
1. Цели и задачи дисциплины Редкие металлы – значительная часть элементов
периодической системы, которые по разным причинам стали относительно поздно производить в
промышленном масштабе. Они играют исключительно важную роль в современной технике:
производство высококачественных сталей и сплавов, полупроводниковых приборов, телевизоров,
аудио и видеотехники, компьютеров, высокотемпературных смазок, самолетов и космических
аппаратов невозможно без редких металлов
Цель данного курса – ознакомление с производством и проблемами производства и применения
основных редких металлов. При этом главная задача – развитие навыков самостоятельного мышления,
восприятие технологии в ее развитии и совершенствовании
2. Место дисциплины в структуре ООП: Дисциплина «Металлургия редких металлов»
относится к профессиональному циклу основной образовательной программы и является
заключительной дисциплиной технологического цикла дисциплин.
Содержание дисциплины базируется на знаниях, полученных при изучении химии,
физической химии, основ обогащения руд, основ кристаллографии и минералогии, методов
контроля и анализа вещества, теории пиро-, гидро- и электрометаллургических процессов,
металлургии тяжелых цветных металлов, металлургии легких металлов, металлургии
благородных металлов, основ печных технологий и металлургической гидроаппаратуры .
Для изучения дисциплины студент должен уметь пользоваться компьютером,
работать с информацией из различных источников; уметь пользоваться оборудованием
химической лаборатории, владеть основными методиками проведения химических анализов;
иметь знания по технике безопасности при работе в химической лаборатории. В процессе
изучения данного курса студент должен, наряду с умением пользоваться справочной литературой,
овладеть приемами сравнительных оценок технологических показателей, научиться понимать и
анализировать сложные технологические схемы.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
В процессе изучения дисциплины предполагается формирование следующих
общекультурных (ОК) и профессиональных (ПК) компетенций: ОК-4, ОК-6, ОК-12, ОК-13,
ПК-1, ПК-4, ПК-5, ПК-8, ПК-10, ПК-18, ПК-19, ПК-21, ПК-22, ПК-25.
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
важнейшие физико-химические закономерности производства редких металлов и их
соединений;
основные процессы и аппаратурное оформление производства молибдена, вольфрама, ванадия,
галлия, селена, теллура, лития, рубидия, цезия и некоторых других редких металлов;
Уметь:
провести анализ технологической схемы извлечения редких металлов из сырья с позиций ее
рациональности, энергозатрат и воздействия на окружающую среду;
рассчитывать материальные балансы технологии редких металлов и выбирать оптимальные
технологические решения;
Владеть: методами компьютерной графики, навыками расчета и проектирования
металлургических процессов производства редких металлов из минерального и техногенного
сырья;
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц
Вид учебной работы
Всего часов
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
Другие виды самостоятельной работы (решение домашних
задач, проработка лекций и др.)
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
Общая трудоемкость
часов
зач. ед.
88
Семестр
8
88
44
44
44
56
44
56
-
20
36
144
20
36
экзамен
144
5
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1.
2.
Наименование раздела
дисциплины
Введение
Тугоплавкие редкие
металлы
Содержание раздела
Распространенность элементов в земной коре.
Понятие о редких элементах. Термин “редкие металлы” и
его условность. Техническая классификация редких
металлов.
История развития производства редких металлов.
Роль редких металлов в развитии науки и техники.
Масштабы производства и потребления. Цены.
Тенденции развития производства редких металлов.
Общая характеристика группы ( цирконий, гафний,
ниобий, тантал, ванадий, молибден, вольфрам).
Металлургия молибдена и вольфрама. Общие
сведения. Исходное сырье. Особенности молибдена и
вольфрама. Минералы и руды. Методы обогащения
различных типов руд. Концентраты кондиционные и
некондиционные.
Методы получения легирующих добавок.
Принципы технологии производства ферросплавов
электротермическим и металлотермическим способами.
Получение молибдата кальция из кондиционных и
некондиционных концентратов.
Получение чистых трехокисей молибдена и
вольфрама.
Переработка
кондиционных
молибденовых
концентратов методом возгонки; аммиачный метод;
азотнокислотный метод; автоклавный метод.
Переработка вольфрамовых концентратов. Методы
спекания, автоклавного выщелачивания и кислотного
вскрытия вольфрамовых концентратов. Проблема
очистки расворов от примесей. Разделение молибдена и
вольфрама. Получение и перечистка вольфрамовой
кислоты.
Перспективные
направления
в
технологии
переработки
молибденовых
и
вольфрамовых
концентратов и их анализ.
Производство молибденовых и вольфрамовых
порошков.
Теоретические основы, технология и аппаратура
для восстановления трехокисей молибдена и вольфрама
водородом. Влияние условий восстановления на качество
порошков.
Основы
порошковой
металлургии.
Прессование и термообработка прессованных изделий.
Перспективы порошковой металлургии.
Электродуговая плавка с нерасходуемым и
расходуемым электродами. Электронно-лучевая плавка.
Структура и качество получаемых металлов.
Металлургия ванадия. Общие сведения (свойства
ванадия и его соединений, области применения,
минералы, руды, месторождения, обогащение руд).
Принципы извлечения ванадия из патронитовых и
роскоэлитовых руд. Извлечение ванадия из тетрахлорида
титана.
Поведение ванадия при переработке железных руд.
Обогащение
и
переработка
титаномагнетитов.
Деванадация чугуна и получение ванадиевых шлаков, их
свойства. Варианты технологических схем извлечения
ванадия из шлаков (окислительный обжиг с натриевыми
солями,
хлорирование).
Металлотермия
ванадия.
Выплавка феррованадия. Техника безопасности при
работе с ванадием и его соединениями.
3.
Лёгкие редкие металлы
Общая характеристика группы (литий, рубидий,
цезий, бериллий).
Металлургия лития. Общие сведения. Термическое
обогащение сподуменовых руд. Сернокислотный,
сульфатный и известковый способы переработки
литиевых руд и концентратов. Очистка растворов от
примесей. Выделение соединений лития из растворов и
природных вод. Получение металлического лития
электролизом. Переработка карбоната лития на хлорид.
Металлургия рубидия и цезия. Краткая
историческая справка. Физические и химические свойства
рубидия и цезия. Некоторые соединения рубидия и цезия
(оксиды, гидроксиды, сульфаты, нитраты, фосфаты,
карбонаты, соли органических кислот, гидрооксалаты,
4.
Редкие рассеянные
элементы
гидротартраты, монохроматы, дихроматы, галогениды,
гидриды, карбиды, моносилициды, сульфиды).
Применение рубидия и цезия. Сырьевые источники
рубидия и цезия: лепидолит, авогадрит, поллуцит.
Переработка поллуцитового концентрата.
Кислотные способы: солянокислый способ
переработки поллуцитового концентрата (выщелачивание
кислотой, отгонка летучих хлоридов примесей,
осаждение цезия из солянокислого раствора добавлением
трихлорида сурьмы, вакуумное разложение двойной соли
с получением хлорида цезия, очистка с получением
чистого хлорида цезия), разложение плавиковой, серной и
бромистоводородной кислотой.
Способ спекания: спекание поллуцитового
концентрата с известью и хлоридом кальция, автоклавное
водное выщелачивание, обработка кислотами и
осаждение цезия.
Переработка лепидолитового концентрата:
сплавление с сульфатом калия, обработка плава водой,
сернокислотная обработка с получением алюмоквасцов
калия, рубидия и цезия и перекристаллизация квасцов для
обогащения их рубидием и цезием с фракционной их
перекристаллизацией.
Переработка карналлита: выщелачивание водой,
упаривание раствора, кристаллизация искусственного
карналлита, получение технического карбоната рубидия.
Получение металлического рубидия и цезия:
металлотермические способы, термическое разложение
соединений с получением спектрально чистых, не
содержащих газов металлов, электролитические методы
для получения сплавов рубидия и цезия.
Общая характеристика группы (галлий, индий,
таллий, германий, селен, теллур, рений).
Металлургия рения. Краткая историческая
справка. Свойства рения. Свойства важнейших
соединений рения (оксидов рения, перренатов рения,
хлоридов и сульфидов рения). Области применения.
Сырьевые источники рения.
Поведение рения при переработке
молибденитовых концентратов и в производстве меди
(при плавке медных концентратов, при конвертировании
штейнов, при огневом рафинировании).
Извлечение рения из отходов переработки
молибденитовых концентратов.
Извлечение рения из пыли газоходов и шламов
электрофильтров медного производства.
Извлечение рения из растворов молибденового
производства (осаждение малорастворимых соединений
перрената калия, сульфида рения).
Извлечение рения из возгонов медеплавильных
заводов. Сорбция рения на углях, на ионообменных
смолах (на сильноосновных смолах, на слабоосновных
анионитах). Выделение рения экстракцией
органическими растворителями: спиртами,
трибутилфосфатом, триоктиламином, солями
четвертичных аммониевых оснований..
Получение и очистка перрената аммония. Способ
ионного обмена. Способ экстракции.
Получение порошкообразного металлического
рения: восстановление перрената калия или перрената
аммония водородом, восстановление диоксида рения
водородом, электролитическое выделение рения из
водных растворов, термическая диссоциация галогенидов
рения.
Металлургия
галлия.
Общие
сведения.
Поведение галлия при производстве глинозема из
бокситов и нефелинов. Методы выделения галлия из
щелочных и алюминатных растворов, их теоретические
основы (электролиз с жидким и твердым катодом,
электролиз с ртутным катодом, цементация на галламе
алюминия, экстракция). Методы выделения галлиевых
концентратов из алюминатных растворов. Переработка
галлиевых концентратов.
Методы рафинирования галлия, получение
металла высокой чистоты.
Металлургия селена и теллура. Общие сведения.
Особенности геохимии селена и теллура.
Минералы. Рассеянные формы. Поведение при
переработке сульфидного сырья при обогащении, на
металлургических и химических предприятиях. Основные
продукты–концентраторы.
Технология производства. Методы извлечения из
электролитных шламов. Теоретические основы и
технология
методов
сульфатизации,
обжиговоселенидного и др. Методы извлечения из сернокислотных
шламов
и
полупродуктов
свинцово-цинкового
производства Получение чистых селена и теллура.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами: дисциплина читается в завершающем теоретическую часть
обучения семестре
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
Наименование раздела дисциплины
п/п
1.
Введение
2.
Тугоплавкие редкие металлы
3.
Лёгкие редкие металлы
4.
Редкие рассеянные элементы
Лекц.,
час.
Практ. Лаб.
зан.
зан.
4
Семин
СРС
2
Всего
час.
6
16
16
18
50
6
12
12
30
18
16
24
58
6. Лабораторный практикум
№
п/п
№ раздела
дисциплины
Наименование лабораторных работ
Ознакомление со свойствами соединений молибдена и их
использованием при переработке некондиционных
молибденовых концентратов и отходов обогащения
Ознакомление со свойствами соединений ванадия и их
использованием при извлечении ванадия из конверторных
шлаков
Трудоемкость
(час.)
8
1
2
2
2
3
4
Изучение сорбционного способа очистки галлийсодержащих
алюминатных растворов от окрашенных органических веществ
8
4
2, 4
4
5
3, 4
6
3, 4
7
4
Изучение сорбционного извлечения металлов
ионообменными смолами в статических условиях
Исследование возможности выделения рубидия из кислых
растворов в виде комплексных хлоридов с теллуром
Исследование возможности выделения цезия из кислых
растворов в виде комплексных хлоридов с теллуром
Ознакомление со свойствами соединений селена и теллура,
положенными в основу методов их извлечения из шламов и
пылей
12
12
12
8
7. Практические занятия (семинары) – не предусмотрены
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ): - не предусмотрены
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. Металлургия редких металлов. М., Металлургия,
1991,432с.
2. Коровин С.С., Зимина Г.В., Резник А.М. и др. Редкие и рассеянные элементы. Химия и
технология. Кн.1, М.,1996,376с
б) дополнительная литература
1. Палант А.А., Трошкина И.Д., Чекмарев А.М. Металлургия рения. М.,
Наука, 2007, 298с
.
2. Грейвер Т.Н., Зайцева И.Г., Косовер В.М.. Селен и теллур. Новая технология
получения и рафинирования. М., Металлургия, 1977, 296 с.
3. Зеликман А.Н. Металлургия тугоплавких редких металлов. М., Металлургия, 1986, 440
с.
в) программное обеспечение
Электронные версии учебников, монографий, авторефератов диссертаций, методических
разработок, находящиеся в свободном доступе для обучающихся в вузе студентов.
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
Операционная система Windows, стандартные офисные программы, поисковые системы
Google, Yandex и др.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Оборудование и установки лаборатории маталлургии редких металлов кафедры МЦМ;
мультимедийное оборудование ауд. 3223, 6402; презентации и видеофильмы по тематике
курса.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
В качестве средств текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации
предлагается выполнение двух расчётных домашних заданий по технологии редких металлов,
оформление и защита отчетов по выполненным лабораторным работам, защита рефератов по
выбранным темам.