Научные основы субхлоридной комплексной переработки нещелочного сырья на примере титаномагнетитовых и ильменитовых концентратов

• Физико-химические и технологические основы повышения эффективности комплексной переработки, 851.1kb.
• Программа вступительного экзамена в магистратуру по специальности 1-49 80 04 технология, 305.31kb.
• Технология приготовления спиртосодержащего сырья, 513.11kb.
• Организация переработки мяса в сельскохозяйственных потребительских кооперативах характеристика, 1223.51kb.
• Программа дисциплины по кафедре «Строительные и дорожные машины» Обогащение полезных, 211.66kb.
• Задачи рфа: анализ сырья, концентратов, готовой продукции, вспомогательных материалов, 108.85kb.
• Стандартизация и контроль качества лекарственного растительного сырья стандартизация, 615.33kb.
• Стандартизация и контроль качества лекарственного растительного сырья стандартизация, 613.27kb.
• Правила промышленной безопасности для взрывопожароопасных производственных объектов, 1408.48kb.
• Правила промышленной безопасности для взрывопожароопасных производственных объектов, 1414.3kb.

1. На основе термодинамических расчетов и лабораторных экспериментов предложена схема комплексной малоотходной переработки титановых концентратов. В схеме наряду с традиционными (карбохлорирование, ректификационная очистка TiCl₄, генерация водорода, каталитическое извлечение хлора из HCl и др.), предусмотрены принципиально новые технологические переделы: селективная хлоридовозгонка и водородное восстановление железа, субхлоридное восстановление полученных хлоридов Ti, Al, Si, V, и синтез сплавов и соединений на основе этих элементов. В схеме отсутствуют сопряженные в традиционной металлургии титана производства: коксохимическое, электролизное, рудотермическое.
   
2. Получены пленки и порошки титана восстановлением его тетрахлорида субхлоридом алюминия в газовой смеси при атмосферном давлении, температуре выше 1000K и в токе аргона. Показано, что значение этого температурного порога зависит от парциального давления реакционной газовой смеси. Получен алюминид титана (TiAl₃) в матрице алюминия пропусканием паров тетрахлорида титана через расплавленный алюминий.
   
3. Синтезирован при атмосферном давлении и температуре 675K гидрид титана введением водорода в реакционную смесь TiCl₄ + 2AlCl. Это позволяет восстанавливать титан термическим разложением гидрида без температурного порога для реакции субхлоридного восстановления.
   
4. Синтезированы нитриды и карбиды титана при T<1000K и атмосферном давлении введением в реакционную смесь TiCl₄ + 2AlCl газофазных реагентов: N_2, NH_3, CH₄, CCl₄.
   
5. Синтезированы алюминиды титана в газовой фазе при атмосферном давлении и T>1000K в реакционной смеси TiCl₄ + 2φAlCl при φ>1. Установлено расчетами, что синтез алюминидов титана невозможен при 1600K > T > 1000K и φ<1, или при T>1600K и φ>1. В обоих случаях тетрахлорид титана восстанавливается до металла.
   
6. Термодинамическими расчетами показано, что попутно извлекаемый из титановых концентратов хлорид алюминия может быть восстановлен через субхлорид до алюминия в водородной плазме при T<3500K и с энергозатратами в 1.5 раза ниже затрат на восстановление алюминия электролизом в криолитглиноземных расплавах.
   
7. Получены кристаллы кремния (100 -1000 мкм) при атмосферном давлении и T~1150K восстановлением его тетрахлорида субхлоридом алюминия в токе аргона. Рассчитаны условия, при которых примеси алюминия в кремнии могут быть сведены к минимуму.
   
8. В лабораторном эксперименте удалось селективно отогнать в виде хлорида из ильменитового концентрата 98,6%, из титаномагнетитового – 99,4% железа вместе с содержащимся в них ванадием. Из хлорида железа водородным восстановлением получены пленки и порошок железа. Такой способ извлечения железа из концентратов позволяет исключить в нем примеси углерода и породообразующих элементов, а остающиеся после отгонки железа оксиды титана, алюминия и кремния сохраняют свое дисперсное состояние, не загрязнены сложными оксидами и твердыми растворами титанатов железа, которые обычно образуются при рудовосстановительной плавке ильменитовых и титаномагнетитовых концентратов.
   
9. Измеренная скорость селективной отгонки железа из ильменитового концентрата в 230 раз превышает скорость попутной отгонки связанного с ним титана. Механические примеси балластного кремнезема заметно не ухудшают показатели селективности. Для хлорирования кремнезема и упорных к карбохлорированию минералов группы силлиманита была применена субхлоридная возгонка, которая показала свою эффективность для вскрытия и перевода в хлориды кремния и алюминия из подобных минералов.
   
10. Достигнута энергетическая эффективность плазмохимической фиксации азота в оксид (10,6 кВт*час/кг NO или 5 кВт*час/кг HNO₃), в 2,5 раза превышающая эффективность фиксации азота в электродуговом разряде. С помощью полученной таким способом кислоты продемонстрирована возможность связывания кальция и фосфора в минералах в комплексные удобрения. Это позволяет замкнуть по хлору цикл хлоридовозгонки комплексных руд и концентратов, содержащих эти элементы в виде примесей или минералогически связанных с титаном, например, в титанокальциевых рудах.
    
11. Найдены условия для формирования токовых слоев в высокотемпературном потоке газа на температурном градиенте за счет термо-э.д.с. Нернста и э.д.с. Фарадея, движущихся поперек магнитного поля в геометрии, близкой к геометрии субхлоридного реактора. Во втором случае зарегистрированы импульсы длительностью 100 мкс электрического тока с амплитудой 10 кА и выделяемой в нагрузке мощностью 0,5 МВт. Импульсно-периодическое формирование подобных токовых слоев позволяет совместить газофазные металлургические процессы и процесс преобразования тепловой энергии экзотермических реакций в электрическую для снижения энергопотребления металлургических производств.
    
12. На примере осаждения из газовой фазы частицы титана в субхлоридном восстановительном процессе показано, что при высоких температурах в т.н. диффузионной области применим интегрированный термогазодинамический подход, в котором процессы тепло- и массопереноса рассчитываются на основе уравнений газодинамики, а химический состав продуктов в реагирующих газовых потоках - в приближении равновесной термодинамики. Для этих целей, как использовалось работе, более пригодна оригинальная программа минимизации суммарного потенциала Гиббса методом штрафных функций вместо обычно используемого для такой минимизации в термодинамических расчетах метода неопределенных множителей Лагранжа.
    
13. Спроектирована, изготовлена и запатентована установка, которая позволяет получать пленки и порошки кремния, титана и его соединений субхлоридным способом.
    

1. Парфенов, О.Г. Проблемы современной металлургии титана /О.Г.Парфенов, Г.Л.Пашков. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. - 279 с.
   
2. Парфенов, О.Г. Фосфорсодержащие удобрения и экология: Аналитический обзор/ О.Г.Парфенов. – Новосибирск: Изд-во ГПНТБ СО АН СССР, 1990. – 102с.
   

3. Парфенов, О.Г. Субхлоридная алюминотерми­ческая экстракция титана из его хлоридов /О.Г.Парфенов, Г.Л.Пашков, Р.А.Закиров  // Химическая технология. - 2007. - № 8. - С. 361—365. O.G.Parfenov, G.L.Pashkov, and R.A.Zakirov. Sabchloride Aluminothermic Extraction of Titanium from Chlorides// Theoretical foundations of Chemical Engineering -2008,  Vol. 42, No.5,pp.684-687.
   
4. Парфенов, О.Г. Новый подход в металлургии кремния /О.Г.Парфенов, Г.Л.Пашков//Доклады Академии Наук. - 2008. - Т. 422. – N2. - С. 202-203.; Parfenov, O.G. New Approach to Siliсon Metallurgy/ O.G.Parfenov, G.L.Pashkov // Doklady Chemistry. - 2008.- Vol.-422. - Part 1. - pp. 225-226.
   
5. Закиров, Р.А. Субхлоридный синтез в металлургии титана/ Р.А.Закиров, О.Г.Парфенов, Г.Л.Пашков // Доклады Академии Наук. – 2009. - Т. 425.- №5, С. 631–633; Zakirov R.A., Parfenov O.G., Pashkov G.L. Subchloride Synthesis in Titanium Metallurgy // Doklady Chemistry, 2009, Vol. 425, Part 2, pp. 77–79.
   
6. Парфенов, О.Г. Особенности субхлоридной металлургии титана / О.Г.Парфенов, Г.Л.Пашков // Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 2009, No. 2, С.26-31; O.G.Parfenov, G.L.Pashkov// Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2009, Vol. 50, No. 2, pp. 102–107.
   
7. Михалев, А.Л. Безотходная переработка ильменитовых и титаномагнетитовых концентратов /А.Л.Михалев, О.Г.Парфенов // Химия в интересах устойчивого развития. - 2008. - Т.16. - №2. - C.237-240
   
8. Парфенов, О. Г. Субхлоридная экстракция алюминия / О. Г.Парфенов, Г. Л. Пашков // Хими­ческая технология. - 2007.- № 7. - С. 311—316.
   
9. Парфенов, О. Г. Перспективы хлорной металлургии алюминия/ О. Г. Парфенов // Химия в интересах устойчивого развития. - 2004. - Т. 12, - № 6. - С. 517—523.
   
10. Закиров, Р. А. Субхлоридная безотходная возгонка силлима­нитовых концентратов / Р. А. Закиров, О. Г. Парфенов  // Химия в интересах устойчивого развития. - 2007. -Т. 15. - № 6. - С. 721—724.
    
11. Дроздов, Д. Е. Перспективы развития селективной хлоридовозгонки ильменитовых руд / Д. Е.Дроздов , С. А.Клевцов , Г.Л.Пашков , О. Г.Парфенов  // Химическая технология. - 2004. - № 4. - С. 23—28.
    
12. Любочко, В.А. Восстановление оксида алюминия в неравновесной водородной плазме/ В.А.Любочко, В.В.Маликов, О.Г.Парфенов, Н.В.Белоусова// Инженерно-физический журнал.- 2000. –Т.73. - №.3 – С.580-584.
    
13. Богатырева, Е.В. Синтез окислов азота в вихревом тлеющем разряде/ Е.В.Богатырева, В.А.Любочко, Е.Н.Мартынова, О.Г.Парфенов// Инженерно-физический журнал.- 1990. - Т.58. - №5.- С.820-824
    
14. Любочко, В.А. Устойчивость токового слоя в модельном кондукционном МГД-генераторе и его энергетические характеристики/ В.А.Любочко, Е.Н. Мартынова, О.Г.Парфенов, О.Г.Смолянинова// Теплофизика высоких температур. – 1986. – Т.24.-№6. – С.1166-1172.
    
15. Деревянко, В.А. Формирование токовых слоев в потоке газа модельного МГД-канала без использования щелочной присадки/ В.А.Деревянко, В.А.Любочко, С.В.Кухтецкий, О.Г.Парфенов, В.С.Соколов// Теплофизика высоких температур.-1981.-Т.19.-№4. –С.868-872.
    
16. Парфенов, О.Г. О распространении тепла в плазме поперек магнитного поля/ О.Г.Парфенов // Физика плазмы. – 1976. - T.2.- №3. – С.512-514.
    
17. Масалов, В.Л. Распространение тепла в разреженной плазме поперек магнитного поля/ В.Л.Масалов, О.Г.Парфенов, А.А.Шишко //ДАН СССР. - 1976.- T.229 – C.1091-1993.
    
18. Парфенов, О.Г. О быстром проникновении магнитного поля в разреженную плазму/ О.Г.Парфенов, А.А.Шишко // Физика плазмы. – 1978. – T.4. - №2. – С.297-303.
    
19. Zaitsev, V.V. The structure of the turbulent shock wave propagating in the solar atmosphere across the magnetic field /V.V.Zaitsev, O.G.Parfenov, A.V.Stepanov // Solar Physics.- 1978. - V.60. - P.279-291.
    
20. Парфенов О.Г., Гупалов В.К., Панов П.И., Пашков Г.Л., Матюшкин О.А. Устройство для напыления поликристаллического кремния// Патент RU 79882 U1. Опубл. 20.01.09.
    

21. Парфенов, О.Г. Перспективы плазмохимической переработки комплексных титановых руд/ О.Г. Парфенов// Наука-Производству. – 2003. - №1. - С.50-54.
    
22. Лукашов, В.П. Плазмохимический реактор для субхлоридной металлургии/ В.П.Лукашов, О.Г.Парфенов// Тез. докл. III Всероссийской конференции “Взаимодействие высококонцентрированных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине. Новосибирск, 16-20 марта 2009г, Новосибирск: Сибирское научное издательство, 2009. С.103-104.
    
23. Парфенов, О. Г. Термодинамика и макрокинети­ка субхлоридной металлургии титана / О.Г.Парфенов,  Г.Л.Пашков, Р.А.Закиров // Тез. докл. международн. конф. по хи­мической технологии. Москва, 17-23 июня 2007г., М.: ЛЕНАНД, 2007. - Т.4. - С. 256—259.
    
24. Кухтецкий, С.В. Численное моделирование течений реаги­рующих сред в приближении полного ЛТР / С.В.Кухтецкий, О.Г.Парфенов  // Тез. докл. международн. конф. по хи­мической технологии. Москва, 17-23 июня 2007г., М.: ЛЕНАНД, 2007. -Т.2. - С. 237—239.
    
25. Любочко, В.А. Оптимальный режим синтеза CO и H₂ из природного растительного сырья /В.А.Любочко, О.Г.Парфенов// Тез. докл. международн. конф. по хи­мической технологии. Москва, 17-23 июня 2007г., М.: ЛЕНАНД, 2007. - Т.3. - С. 289—291.
    
26. Пашков, Г. Л. Перспективы создания титанового производ­ства в Красноярском крае /Г. Л.Пашков, О. Г.Парфенов //Материалы международн. научно-практич. конф. «Инвестиционный потенциал минерально-сырьевого комплекса Красно­ярского края». Красноярск, 22—26 июня 2000 г., Красноярск: КНИИГиМС, 2000. - Ч. 1. - С. 161—170.
    
27. Пашков, Г. Л. Химическая технология и сырьевой потенциал титана в России/ Г.Л.Пашков, О.Г.Парфенов// Геология и минеральные ресурсы Центральной Сибири: сб. ст. – Красноярск: КНИИГиМС, 2002. - Вып. 3. - С. 54—60.
    
28. Парфенов, О. Г. Субхлоридная металлур­гия в переработке ильменитовых концентратов/ О.Г.Парфенов, Г.Л.Пашков, Закиров Р.А. и др. // Современ­ные методы комплексной переработки руд и нетрадиционного минерального сырья (Плаксинские чтения): Матер. международн. совещ. – Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2007. - ч. 2. С. 461—465.
    
29. Парфенов, О.Г. Перспективы производства хло­ридов алюминия и кремния из минералов группы силлиманита/ О.Г.Парфенов,  Г.Л.Пашков, Р.А.Закиров// Современ­ные методы комплексной переработки руд и нетрадиционного минерального сырья (Плаксинские чтения): Матер. международн. совещ. – Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2007. - ч. 2. С. 456—460.
    
30. Парфенов, О.Г. Алюминотермический способ экстракции титана из его хлоридов /О.Г.Парфенов, Г.Л.Пашков, Р.А.Закиров // Неделя металлов в Москве. 13-17 ноября 2006г.: сб. тр. конф. и семинаров. – М.: ОАО "АХК ВНИИМЕТМАШ, 2007. - С.386 - 391
    
31. Парфенов, О.Г., Термодинамический анализ перспектив газофазной металлургии алюминия/ О.Г.Парфенов, Г.Л.Пашков // Неделя металлов в Москве. 13-17 ноября 2006г.: сб. тр. конф. и семинаров. – М.: ОАО "АХК ВНИИМЕТМАШ, 2007. - С.379 - 385
    
32. Парфенов, О.Г. Перспективы плазмохимической хлоридовозгонки ильменитовых и титаномагнетитовых руд/ О.Г.Парфенов, Д.Е.Дроздов, С.А.Клевцов // Металлургия цветных и редких металлов: матер. второй международн. конф. 16-19сентября 2003г. – Красноярск: ИХХТ СО РАН, 2003, - Т.1. - С.77-81
    
33. Парфенов, О.Г. Субхлоридная металлургия алюминия и титана / О.Г.Парфенов, Г.Л.Пашков, Д.Е.Дроздов, Р.А.Закиров// Стратегические приоритеты и инновации в производстве цветных металлов и золота: матер. международн. научно-практич. конф. – Красноярск: ГОУ ВПО Гос. у-т цветн. металлов и золота, 2006. - С.123-130.
    
34. Дроздов, Д.Е. Хлорирование кианитового концентрата /Д.Е.Дроздов, О.Г.Парфенов// Стратегические приоритеты и инновации в производстве цветных металлов и золота: матер. международн. научно-практич. конф. – Красноярск: ГОУ ВПО Гос. у-т цветн. металлов и золота, 2006. - С.131-132.
    
35. Парфенов, О.Г. Субхлоридная технология титановых покрытий/ О.Г.Парфенов, Р.А.Закиров, С.В.Кухтецкий, Г.Л.Пашков // Международная конференция "Металлургия тугоплавких соединений: достижения и проблемы", 27-29 мая 2008, Киев.
    
36. Витязь, В.И. Перспективы освоения Чуктуконского месторождения редкоземельных металлов/В.И.Витязь, В.И.Казбанов, Ю.С.Кононов, О.Г.Парфенов//Редкоземельные металлы: переработка сырья, производство соединений и материалов на их основе: тез. докл. междунар. конф. – Красноярск: И-т химии и химико-металлургических процессов, 1995. – С.18-23.
    
37. Lyubochko, V. Plasma synthesis of nitrogen oxides in air-fed vortex glow discharge/ V.Lyubochko, O.Parfenov, S.Timchenko // ISPC-9 Italy, Bari. – 1989. -V.2.- P.849-853.
    
38. Parfenov, O.G. The influence of Nernst phenomenon on a plasma current sheet thermal conductivity/ O.G.Parfenov, M.Psimopoulos // XI annual conference on Plasma Physics, Cambridge, 27-29 June 1984
    
39. Parfenov, O.G. Fast implicit Lagrange computer simulations for plasma-gas boundary current sheets/O.G.Parfenov // XI annual conference on Plasma Physics, Cambridge, 27-29 June 1984
    
40. Choi P. Stability studies of a preheated Gas-embedded Z-pinch /P.Choi, A.Dangor, M.Favre, D.Hammer, O.Parfenov, M.Psimopoulos. // 1984 IEEE International Conference on Plasma Science, St.Louis, Missoury, U.S.A., N2R1
    
41. Haines, M.G. Z-pinch experiments and theory /M.G.Haines, A.E.Dangor, A.Folkierski, …, O.G.Parfenov // Tenth International Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research, London, UK, 12-19 September 1984.
    
42. Деревянко, В.А. Формирование токовых слоев в потоке газа модельного МГД-канала без использования щелочной присадки/В.А.Деревянко, В.А.Любочко, С.В.Кухтецкий, О.Г.Парфенов, В.С.Соколов // Семинар по теплотехническим проблемам прямого преобразования энергии, г.Киев.-1979.