Адрес: 620016, г. Екатеринбург,
ул. Амундсена, д. 101
Телефон: +7 (343) 267-91-24
Отдел цветной металлургии
Руководитель отдела к.т.н. Удоева Людмила Юрьевна
lyuud@ya.ru
+7 (343) 232-90-81
Отдел состоит из двух лабораторий:
- Лаборатория пирометаллургии цветных металлов.
- Лаборатория редких тугоплавких металлов
Лаборатория редких тугоплавких металлов
Заведующий лабораторией к.т.н. Пикулин Кирилл Владимирович
pikulin.imet@gmail.com
+7 (343) 232-91-01
Основные направления исследований
- Изучение структуры редкометалльного сырья(минералы, концентраты, продукты техногенного характера),определение форм нахождения в нем элементов, выявление особенностей фазообразования при термической обработке;
- Разработка процессов металлотермического восстановления простых и сложных оксидов редких металлов для пироселекции металлов с близкими свойствами;
- Физико-химическое обоснование новых составов и технологий получения лигатур на основе редких тугоплавких металлов, предназначенных для производства титановых сплавов конструкционного назначения. Выявление особенностей их растворения в жидком титане;
- Исследование влияния легирования, в частности редкоземельными элементами, на структурно-фазовое состояние и физико-химические свойства металл-силицидных естественных композитов на основе Mo, Nb, V, предназначенных для высокотемпературного применения.
Фундаментальные исследования
Термические свойства танталатов и ниобатов железа и марганца
Получены справочные физико-химические величины (удельная теплоемкость, энтальпия, температуры фазовых переходов, коэффициенты термического расширения) синтезированных оксидов FeNb2O6, FeTa2O6 и MnTa2O6, имеющие прикладное значение для совершенствования технологии извлечения тантала и ниобия из рудного сырья.
а) б)
а) Температурные зависимости теплоемкостейFeTa2O6 и FeNb2O6
б) Кристаллическая решетка и фигуры тензоров термического расширения MnTa2O6при 323, 623 и 1173 K в трехмерных и двухмерных проекциях
Публикации:
- Mansurova A.N., Gulyaeva R.I., Chumarev V.M., Petrova S.A. High-temperature heat capacity and temperatures of phase transformations of the FeNb2O6. Journal of Alloys and Compounds.2017, Vol.695, pp.2483-2487.http://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.11.148
- Mansurova A.N., Chumarev V.M., Gulyaeva R.I. Thermodynamic properties of FeNb2O6and FeTa2O6.Inorganic Materials.2018, Vol.54, No.7, pp.700-705.http://doi.org/10.1134/S0020168518070087
- Gulyaeva R.I., Petrova S.A., Chumarev V.M. High-temperature studies of the thermal expansion of FeNb2O6. Journal of Structural Chemistry.2018, Vol.59, No.8, pp.1989-1994.http://doi.org/10.1134/S0022476618080310
- Gulyaeva R.I., Petrova S.A., Chumarev V.M., Mansurova A.N. High-temperature heat capacity and thermal extension of FeTa2O6. Physics of the Solid State.2019, Vol.61, No.10, pp.1947-1954.http://doi.org/10.1134/S1063783419100159
- Gulyaeva R.I., Chumarev V.M., Selivanov E.N., Petrova S.A. High-temperature heat capacity and thermal expansion of MnTa2O6. Journal of Alloys and Compounds.2020, Vol.834, pp.1551-1553.http://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.155153
Вскрытие вольфрамита карбонатом калия
Методами дифференциально-сканирующей калориметрии, рентгенографии и рентгеноспектрального микроанализов образцов выявлена последовательность фазовых превращений при нагреве вольфрамита с K2CO3 в области температур до 1000 °С, рассчитаны кинетические параметры процесса. Результаты использованы для совершенствования передела спекания в технологической схеме переработки вольфрамитовых концентратов.
Микроструктура вольфрамита (а) и кинетика взаимодействия вольфрамита (б)
сK2CO3 (метод Фридмана)
Публикации:
- Selivanov E.N., Pikulin K.V., Galkova L.I., Gulyaeva R.I., Petrova S.A. Kinetics and mechanism of natural wolframite interactions with sodium carbonate. International journal of minerals, metallurgy and materials.2019,Vol.26(11),P.1364–1371.http://doi.org/10.1007/s12613‑019‑1857-y
- Селиванов Е.Н., Пикулин К.В., Галкова Л.И., Гуляева Р.И. Кинетика и механизм взаимодействия природного вольфрамита с карбонатом калия. Химическаятехнология.2020,Т.21, №1,С.15-23.
- Selivanov E.N., Pikulin K.V., Gulyaeva R.I., Galkova L.I. Kinetics of the natural wolframite interaction with sodium and potassium carbonates.MaterialScienceForum.2020,Vol.989,P.440‑447.http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.989.440
Состав, структура и коррозионные свойства естественных силицидных композитов на основе Nb или Mo, легированных РЗМ или бором
Изучено влияние Y, Sc, Nd и B на структурно-фазовое состояние и коррозионные свойства естественных insitu композитов эвтектического (Nb‑Si) и доэвтектического (Mo-Si, Mo-V-Si) составов. Установлены зависимости дисперсности структуры сплавов, их фазового состава, а также стойкости к окислению сплавов в токе воздуха или паровоздушной смеси от концентрации легирующих РЗМ.
Распределение третьей структурной составляющей (синий цвет) на картах фаз микроструктуры отожженных образцов сплавов Mo – 15 ат. % Si – РЗЭ
Публикации:
- Chumarev V.M., Leont’ev L.I., Udoeva L.Y., Sel’menskikh N.I., Gulyaeva R.I., Zhidovinova S.V., Larionov A.V. Effect of Boron and Yttrium on the Phase Composition and the Microstructure of Natural Nb–Si Composites. Russian metallurgy (Metally).2014, No.9, P.688‑696. http://doi.org/10.1134/S0036029514090055
- Leont’ev L.I., Udoeva L.Y., Chumarev V.M., Gulyaeva R.I., Pankratov A.A., Sel’menskikh N.I., Zhidovinova S.V. Microstructure of a complex Nb-Si-based alloy and its behavior during high-temperature oxidation. Russian metallurgy (Metally).2016,No.1,P.67-75.http://doi.org/10.1134/S0036029516010109
- Udoeva L.Yu, Chumarev V.M., Larionov A.V., Zhidovinova S.V., Tyushnyakov S.N. Influence of Rare Earth Elements on the Structural-Phase State of Mo–Si–X (X = Sc, Y, Nd) in situ Composites. Inorganic Materials: Applied Research. 2018, Vol.9, No.2,P.257‑263. http://doi.org/10.1134/S2075113318020296
- Udoeva L.Yu., Pikulin K.V., Gulyaeva R.I., Larionov A.V., Tyushnyakov S.N. Effect of Preliminary Firing on Oxidation of Mo–Mo3Si Alloyed with Sc or Nd. Metallurgist. 2020, Vol.64, Nos.7-8,P.822-829.http://doi.org/10.1007/s11015-020-01059-9
- УдоеваЛ.Ю., Пикулин К.В., Агафонов С.Н., Ларионов А.В. Низкотемпературное окисление сплавов Moss-Mo3Si, легированных Sс или Y, навоздухеивпаровоздушнойсмеси. Коррозия: материалы, защита. 2021, №2, С.24-32.
Прикладные разработки
Метод безгалогенного химического переноса кремния
В основу процесса заложено обратимое взаимодействие:
,
отвечающее критериям химических транспортных реакций. Обоснованы параметры безгалогенной очистки технического кремния марок Кр0, Кр2 и ферросилиция ФС-80. Экспериментально показана возможность использования предлагаемого метода для разработки технологии глубокой очистки технического кремния вплоть до требований, предъявляемых к кремнию «солнечного» качества SoG.
Взаимодействия в системе ZnS-Si с образованием сублимата, очищенного от примесей
Публикации:
- Udoeva L.Y., Chumarev V.M., Gulyaeva R.I. Kinetic analysis of vapor transfer of silicon by zinc sulfide. Inorganic Materials: Applied Research.2020, Vol.11, No.2, pp.264-270.http://doi.org/10.1134/S2075113320020367
- Udoeva L.Yu., Agafonov S.N., Petrova S.A. Thermodynamic and experimental simulation of interactions in the Ta-ZnS system. Butlerov Communications.2020, Vol.63, No.9, P.94-98.http://doi.org/10.37952/ROI-jbc-01/20-63-9-94
Новые составы и способы получения лигатур на основе редких тугоплавких металлов, предназначенных для выплавки титановых сплавов конструкционного назначения
Разработаны, научно обоснованы и внедрены на АО «Уралредмет» новые или усовершенствованные технологии производства лигатурAl-Nb-Si, V‑Al‑N, Zr‑Al,Al-Zr-V, Al-Zr-Mo-Sn, Al-V-Ti-C, Al-V-Fe-Cдля титановой промышленности.
Рисунок.Структура лигатурного сплава Al-V-Fe-C
Публикации:
- Pan’kov I.A., ChumarevV.M., Mar’evichV.P., Sel’menskikhN.I., Udoeva L.Y., Larionov A.V. Causes of the refractory-phase formation during melting of Al-Nb-Si master alloys. Russian metallurgy (Metally).2010, No.1, P.1‑5.http://doi.org/10.1134/S0036029510010015
- Rylov A.N., Raikov A.Yu., Martynov A.V., Chumarev V.M., Larionov A.V., Sel’menskikh N.I. Use of Aluminum Nitride in Melting a V–Al–N Master Alloy.Russian Metallurgy (Metally).2013,No.7,P.477–481.http://doi.org/10.1134/S0036029513070136
- Трубачев М.В.,Рылов А.Н.,Чумарев В.М.,Ларионов А.В.Испытание внепечного и вакуум-индукционного способов выплавки лигатуры Al‑Zr‑Mo‑Sn.Титан. 2015, №2,С.4‑10.
- ВохменцевС.А., Рылов А.Н., Трубачев М.В., Таранов Д.В., Чумарев В.М., Ларионов А.В.Выплавка лигатуры алюминий-ванадий-титан-углерод (АВТУ) дуплекс-процессом.Титан. 2016, №3,С.43-46.
- ТрубачевМ.В.,Вохменцев С.А., Рылов А.Н., Чумарев В.М., Ларионов А.В., Жидовинова С.В.Лигатурный сплав Al-Zr-V: внепечная выплавка и свойства.Титан. 2017, №4,С.29-33.
- Таранов Д.В., Ларионов А.В., Жидовинова С.В., Чумарев В.М., РыловА.Н., Трубачев М.В. Использование прекурсора V-Al-C при выплавке лигатуры V-Al-N-C. Титан. 2019, №4,C.32-36.
Лаборатория пирометаллургии цветных металлов
Заведующий лабораторией к.т.н. Тюшняков Станислав Николаевич
tyushnyakov.sn@gmail.com
+7 (343) 232-91-82
Основные направления исследований
- Развитие физико-химических основ технологий переработки сульфидного и оксидного сырья цветных металлов, в частности, медно-цинковых руд и концентратов, медно-молибденовых руд, медно-никелевых концентратов, окисленных никелевых руд.
- Изучение взаимосвязи структуры и окислительно-восстановительных свойств природных минералов и синтетических соединений оксидно-сульфидных систем.
- Разработка технологий переработки полиметаллического сырья и техногенных отходов с извлечением цветных и сопутствующих элементов.
Фундаментальные исследования
Магнитные свойства сфалеритов Zn1-xFexS переменного состава
Установлены магнитные свойства сульфидов системы Zn1-xFexS переменного состава со структурой сфалерита. Изоморфное замещение цинка на железо в решетке сфалерита переводит образцы в ферромагнитное состояние и повышает их намагниченность. Полученные данные важны для совершенствования технологий магнитного разделения сульфидных минералов.
Магнитный гистерезис сфалеритов Zn1-xFexS переменного состава
Публикации:
- Structure and Physical Properties of Natural Sphalerites and Galena from the Dal’negorsk Deposit in the Temperature Range 4-300 K / R. I. Gulyaeva, E. N. Selivanov, G. A. Dorogina, S. A. Uporov, S. V. Pryanichnikov // Russian Geology and Geophysics. – 2017. – V 58. – № 8. – P. 990-999. [Структура и физические свойства природных сфалеритов и галенита Дальнегорского месторождения в области температур 4-300 K / Р. И. Гуляева, Е. Н. Селиванов, Г. А. Дорогина, С. А. Упоров, С. В. Пряничников // Геология и геофизика. – 2017. – Т. 58. – № 8. – С. 1242-1253.]
Кинетика окисления природного сфалерита
Определены особенности микроструктуры природного сфалерита Дальнегорского массива, установлены механизм его окисления при нагреве до 1270 K и кинетические параметры процесса. Выявлены условия, позволяющие вести окисление сульфидов без изменений формы частиц. Полученные данные будут использованы при создании новых эффективных технологий переработки сульфидных руд.
а) б)
Частицы природного образца сфалерита до (а) и после (б) окисления до 900 °C в потоке воздуха
 |  |
Термические данные по окислению сфалерита в потоке воздуха | Описание процесса окисления сфалерита по модели Аврами-Ерофеева |
Публикации:
- Gulyaeva, R. I. Mechanism and Kinetics of the Thermal Oxidation of Natural Sphalerite / R. I. Gulyaeva, E. N. Selivanov, S. M. Pikalov // Russian metallurgy (Metally). – 2018. – V. 2018. – Is. 3. – P. 221-227. [Гуляева, Р. И. Механизм и кинетика термического окисления природного сфалерита / Р. И. Гуляева, Е. Н. Селиванов, С. М. Пикалов // Металлы. – 2018. – № 2. – С. 3-10.]
Окисление никельсодержащих пирротиновых концентратов
Выявлены особенности вторичного фазообразования при окислении никельсодержащих пирротиновых (Fe0,88-0,85Ni0,00-0,02S) концентратов, содержащих примеси магнетита, пентландита, пижонита и кальцита. Показана возможность формирования пирита как промежуточного продукта окисления пирротина в области температур 510-610 °C. Методами рентгенофазового, термического и микрорентгеноспектрального анализов определена температура (445 °C) начала окисления сульфидов с выделением SO2. Установлен механизм процесса и определены его кинетические параметры. Результаты предполагается использовать для обоснования технологии пирротиновых концентратов – отходов обогащения медно-никелевых руд ЗФ ПАО ГМК «Норильский никель».
Дифрактограммы продуктов (а) и кинетические параметры окисления (б)
пирротинового концентрата
Публикации:
- Kinetics and mechanism of oxidation for nickel-containing pyrrhotite tailings / A. M. Klyushnikov, R. I. Gulyaeva, E. N. Selivanov, S. M. Pikalov // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials.
Прикладные разработки
Совместная пирометаллургическая переработка сульфидных медных и окисленных никелевых руд
Теоретически и экспериментально обоснована технология совместной пирометаллургической переработки уральских сульфидных медных и окисленных никелевых руд, отличающихся низким содержанием целевых элементов. Установлена последовательность реакций и коэффициенты межфазного распределения элементов при термообработке образцов. Технология предложена для руд Дергамышского и Серовского месторождений.
Микроструктура продуктов совместной плавки сульфидных медных и окисленный никелевых руд
Публикации:
- Selivanov, E. N. Application of Sulfide Copper Ores Oxidizing Roasting Products as Sulfidizing Agent During Melting Nickel Raw Materials to Matte / E. N. Selivanov, A. M. Klyushnikov, R. I. Gulyaeva // Metallurgist. – 2019. – V. 63 – Is. 7-8. – P. 867-877. [Селиванов, Е. Н. Применение продуктов окислительного обжига сульфидных медных руд в качестве сульфидизатора при плавке на штейн никелевого сырья / Е. Н. Селиванов, А. М. Клюшников, Р. И. Гуляева. // Металлург. – 2019. – № 8. – С. 83-90.]
https://doi.org/10.1007/s11015-019-00901-z
- Пат. 2657267 Российская Федерация, МПК C22C 23/02, C22B 5/08. Шихта для восстановительно-сульфидирующей плавки окисленных никелевых руд / Е. Н. Селиванов, А. М. Клюшников, В. М. Чумарев, Р. И. Гуляева; заявитель и патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) (RU). – № 2017120242; заявл. 08.06.2017; опубл. 09.06.2018, Бюл. № 16. – 7 c.
- Selivanov, E. N. Use of Quartz-Containing Materials as Fluxes in Copper Smelting Production / E. N. Selivanov, A. M. Klyushnikov, R. I. Gulyaeva // Metallurgist. – 2017. – V. 61. – Is. 1-2. – P. 155-161. [Селиванов, Е. Н. Использование кварцсодержащих материалов в качестве флюсов в медеплавильном производстве // Е. Н. Селиванов, А. М. Клюшников, Р. И. Гуляева // Металлург. –2017. – № 2. – С. 75-79.]
Технологии прямого восстановления металлов из их сульфидов
Методами совмещенного термогравиметрического и дифференциально-термического анализов, а также масс-спектрометрии газов в интервале температур до 1100 °С изучены процессы, происходящие при карботермическом восстановлении металлов в системах FeS-Cu1,96S-CaO, FeS-Ni3S2-CaO, Cu5,6Fe0,7S4-CaO, Fe4,5Ni4,5S8-CaO и FeS-CoS-CaO. Восстановление меди и никеля интенсифицируется при введении сульфида железа в состав реакционной смеси (Cu, Ni)xSy-CaO-C. Этому способствует образование промежуточных легкоплавких железо-кальциевых оксисульфидов, являющихся ионообменной средой для восстановления металлов. Продуктами карботермического восстановления металлов в рассматриваемых системах являются сульфид кальция, металлы (Cu, Ni, Coи Fe), а также моно- и диоксид углерода. Результаты работы поясняют химизм взаимодействия в сложных оксидно-сульфидных системах, отвечающих процессам прямого получения металлов из сульфидного сырья – медных и никелевых концентратов цветной металлургии.
Изменения массы (ТГ), скорости изменения массы (ДТГ),теплового потока (ДТА) и масс-спектрометрические данные газов при нагреве (20 °C/мин) в токе аргона смесиFeS-Cu1,96S-2CaO с графитом
Публикации:
- Selivanov, E. N. Carbothermic Reduction of Metals in the FeS-Cu1.96S-CaO System / E. N. Selivanov, R. I. Gulyaeva // Russian metallurgy (Metally). – 2019. – V. 2019. – Is. 3. – P. 216-222. [Селиванов, Е. Н. Карботермическое восстановление металлов в системе FeS-Cu1,96S-CaO / Е. Н. Селиванов, Р. И. Гуляева // Металлы. – 2019. – № 2. – С. 25-32.]
https://doi.org/10.1134/S003602951903011X
- Selivanov, E. N. Mechanism and Kinetics of the Carbothermic Reduction of Metals in the FeS-Ni3S2-CaO System / E. N. Selivanov, R. I. Gulyaeva, S. N. Tyushnyakov // Russian Metallurgy (Metally). – 2020. – V. 2020. – Is. 3. – P. 250-258. [Селиванов, Е. Н. Механизм и кинетика карботермического восстановления металлов в системе FeS-Ni3S2-CaO / Е. Н. Селиванов, Р. И. Гуляева, С. Н. Тюшняков // Металлы. – 2020. – № 2. – С. 100-108.]
Разработка метода обработки мышьяковистых кеков, обеспечивающих их перевод в формы длительного хранения
Физико-химически обоснован процесс трансформации дисперсного сульфида мышьяка (из мышьяковистых кеков) в химически инертную форму для формирования фаз с низкой растворимостью в воде, близкой к природным минералам аурипигменту, реальгару и арсенопириту. Проверка сплавов кека с серой на токсичность по методике TCLP показала, что повышение в них количества серы до 20 % и более снижает растворимость мышьяка до концентраций 3,7-3,3 мг/дм3 (при пороговой концентрации в 5 мг/дм3). Образование стекловидных сульфидов, которые менее токсичны в сравнении с порошком, однородны и обладают компактной формой, позволяет признать их пригодными для длительного хранения. Полученные данные значимы для оценки распределения мышьяка в химико-металлургических переделах и создания технологий, обеспечивающих снижение поступления мышьяка из вторичных образований (кеков) в гидросферу.
Микроструктура образца после сплавления мышьяковистого кека с серой
Публикации:
- Селиванов, Е. Н. Структура сульфидно-мышьяковистого кека и растворимость его сплавов с серой / Е. Н. Селиванов, Д. О. Новиков, Л. И. Галкова // Металлург. – 2021. – № 2. – C. 85-90.
https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44732581
- Arsenic in Chemical and Metallurgical Conversions of Copper-Zinc Concentrates / Selivanov, E.N., Novikov, D.O., Belyaev V.V., Skopov G.V. // KnE Materials Science. – 2020. – V. 6(1). – P. 446-450.
https://doi.org/10.18502/kms.v6i1.8123
- Распределение мышьяка по продуктам пирометаллургической переработки медно-цинкового концентрата / Е. Н. Селиванов, Д. О. Новиков, В. В. Беляев, Г. В. Скопов // Цветные металлы. – 2020. – № 1. – С. 14-18.
https://doi.org/10.17580/tsm.2020.01.02
- Selivanov, E. N. Distribution of Antimony in Copper-Zinc Concentrate Metallurgical Processing Products / E. N. Selivanov, D. O. Novikov, V. V. Belyaev // Metallurgist. – 2019. – V. 63. – Is. 5-6. – P. 627-632. [Селиванов, Е. Н. Распределение сурьмы в продуктах металлургической переработки медно-цинкового концентрата / Е. Н. Селиванов, Д. О. Новиков, В. В. Беляев // Металлург. – 2019. – № 6. – С. 78-81.]