«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ...»

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

«РАСЧЕТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»

Направление: 150400 «Металлургия»

Профиль: «Металлургия цветных металлов»

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная

Составитель: доц. А.Я. Бодуэн

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

Цели и задачи дисциплины:

Цель дисциплины – изучение методов исследования гидрометаллургических процессов и обработки результатов экспериментов; выполнение расчетов термодинамики и кинетики процессов, протекающих в гидротермальных средах с участием цветных тяжелых, редких и благородных металлов, а также изучение методов расчетов, необходимых при составлении технологических регламентов для технико-экономических расчетов и проектирования.

Задача дисциплины – подготовить будущего магистра к самостоятельной научной работе.

.

2. Место дисциплины в структуре ООП:

Дисциплина «Расчеты и методы исследования гидрометаллургических процессов» относится к дисциплинам по выбору общенаучного цикла профиля «Металлургия цветных металлов».

Для освоения учебного материала данной дисциплины необходимы знания по физике; общей, неорганической ифизической химии; основам кристаллографии и минералогии; 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.

3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Изучение дисциплины «Расчеты и методы исследования гидрометаллургических процессов» направлено на формирование у студентов следующих компетенций: ОК-1-8, 10-11, ПК-1-29.

В результате изучения дисциплины магистрант должен:

Знать:методы исследования и обработки результатов экспериментов гидротермальных процессов;методы расчетов термодинамики и кинетики гидрометаллургических реакций;

Уметь: проводить научные исследования в области гидрометаллургии тяжелых цветных, редких и благородных металлов;анализировать результаты экспериментов и выбирать оптимальные решения;анализировать термодинамику и кинетику гидротермальных реакций;

Владеть:навыками выполнения технологических расчетов материальных и энергетических балансов гидрометаллургических процессов; использовать ПК для выполнения расчетов термодинамики и кинетики процессов и результатов исследований.

4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5,0 зачетных единиц.

Вид учебной работы Всего часов Семестр

2

Аудиторные занятия (всего) 144 144

В том числе: - -

Лекции 18 18

Практические занятия (ПЗ) 36 36

Семинары (С) Лабораторные работы (ЛР) Самостоятельная работа (всего) 90 90

В том числе: - -

Курсовой проект (работа) да

Расчетно-графические работы Реферат Другие виды самостоятельной работы Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) Экзамен

Общая трудоемкость час

зач. ед. 144 144

5,0 5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п Наименование раздела дисциплины Содержание раздела

1. Введение. Цель и задачи курса. Роль химического и фазового состава перерабатываемых руд, концентратов и полупродуктов в выборе методов его переработки. Современные методы определения химического и фазового состава. Химические свойства элементных, оксидных и сульфидных форм основных цветных металлов.

2. Основы химической термодинамики для процессов, реализуемых в гидротермальных средах.

Методы вычисления свободных энергий и констант равновесия реакций.

Закономерности термодинамики процессов физического растворения.

Термодинамика химических реакций растворения металлов, оксидов и сульфидов.

Термодинамика процессов выделения ценных компонентов из растворов цементацией и осаждением малорастворимых соединений.

3. Методы исследования и расчета свойств растворов.

Расчетные и экспериментальные методы определения активностей ионов в растворах. Методы определения констант устойчивости комплексных соединений. Потенциометрические методы. Спектрофотометрия. Распределение между двумя фазами. Постановка эксперимента и обработка результатов. Определение состава комплексных соединений методом изомолярных серий. Расчет ступенчатых констант устойчивости методом Бьеррума. Расчет ионного состава системы при ступенчатомкомплекообразовании по величинам констант устойчивости.

Методы расчета растворимости солей в водных растворах сложного состава по справочным данным. Методы экспериментального изучения растворимости в многокомпонентных системах. Определение состава донной фазы. Графическое изображение двойных, тройных, четверных систем вода - соли. Аналитический метод отображения растворимости в многокомпонентных системах.

Методы экспериментального определения физических свойств растворов. Определение плотности, вязкости, поверхностного натяжения. Использование этой информации при расчете оборудования.

4. Изучение и расчет процессов выщелачивания

Химизм процессов выщелачивания. Выбор реагентов. Расчет необходимого расхода реагента при необратимости и обратимости процесса выщелачивания. Прогноз вероятного поведения примесей. Выбор методов регулирования поведения примесей в процессе выщелачивания: введение реагентов, образующих с элементами примесями малорастворимые соединения, теоретический прогноз и экспериментальное определение возможных влияний на кинетику выщелачивания различных минералов с использованием эффектов пассивации поверхности, варьирование концентрации и температуры растворов.

Определение необходимости постановки поисковых экспериментов при отсутствии необходимых литературных данных. Составление плана поисковых экспериментов. Выполнение поисковых экспериментов и обработка их результатов.

Изучение кинетики и механизма процессов выщелачивания индивидуальных фаз. Взаимное влияние фаз при выщелачивании сложных продуктов. Роль электрохимических явлений (образование короткозамкнутых пар). Катализ и автокатализ. Методы определения порядка реакции, кажущейся энергии активации. Ошибки в оценке порядков реакций и кажущейся энергии активации, вызванные наложением нескольких последовательных или параллельных процессов. Определение природы лимитирующей стадии. Составление уравнения кинетической функции. Построение гипотезы о механизме процесса.

Принципы выбора и расчета оборудования для выщелачивания. Использование лабораторных данных для расчета оборудования периодического и непрерывного действия. Исходные данные, необходимые для расчета оборудования.

5. Изучение и расчет процессов цементации

Расчет теоретического предела цементации. Экспериментальное определение реального предела цементации и факторов на него влияющих. Методы контроля процесса цементации.

Изучение кинетики процесса цементации. Определение величины максимального тока пары цементат-цементант, природы контроля процесса, влияния концентрации цементируемого металла и состава раствора на величину максимального тока. Определение скорости и механизма процесса цементации. Влияние формы ионов цементируемого металла в растворе: Одноатомные катионы, комплексные катионы и анионы.

6. Расчет и изучение процессов осаждения малорастворимых соединений.

Расчет теоретического предела разделения металлов, образующих малорастворимые соединения с одним и тем же реагентом при отсутствии и наличии изоморфизма. Примеры.

Методы экспериментального изучения растворимости малорастворимых соединений.

Расчет процессов переосаждения и репульпации. Расчет материального баланса элементов при противоточной технологической схеме осаждение-репульпация.

7. Разработка технологических регламентов для расчета ТЭО и проектирования.

Требования к регламентам.

Методы составления уравнений материальных балансов сложных технологических схем с циркуляцией оборотных продуктов и наличием параллельных и перекрестных потоков.

Разработка основных рекомендаций для составления ТЭО. Рекомендации по аппаратурно-технологической схеме. Характеристика реагентов и материалов. Рекомендации по автоматизации процессов. Требования техники безопасности.

5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин № № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1 2 3 4 5

1. Металлургия тяжелых цветных металлов х х х х

2. Металлургия легких цветных металлов х х х

3. Металлургия редких металлов х х х х

4. Металлургия благородных металлов х х х х

5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п Наименование раздела дисциплины Лекц., час. Практ.

зан. Лаб.

зан. Семин СРС Все-го

час.

1. Введение. 2 2 4

2. Основы химической термодинамики для процессов, реализуемых в гидротермальных средах 4 8 12

3. Методы исследования и расчета свойств растворов 2 4 6

4. Изучение и расчет процессов выщелачивания 2 4 6

5. Изучение и расчет процессов цементации 2 4 6

6. Расчет и изучение процессов осаждения малорастворимых соединений 2 4 6

7. Разработка технологических регламентов для расчета ТЭО и проектирования 4 10 14

6. Лабораторный практикум – не предусмотрен

7. Практические занятия (семинары).

№ п/п № раздела дисциплины Наименование практических занятий Трудо-емкость

(час.)

1. 1 Основы технологических расчетов. 2

2. 2 Расчет и построение диаграмм «Е-рН». 8

3. 3 Расчет основных физико-химических свойств растворов. 4

4. 4 Термодинамика и кинетика выщелачивания.Кинетика гомогенных и гетерогенных процессов. Анализ кинетических кривых. Определение лимитирующих стадий.Вычисление констант скорости по экспериментальным данным. 4

5. 5 Цементация. Теоретические расчеты. 4

6. 6 Осаждение малорастворимых соединений. Основы процессов кристаллизации из растворов 4

7. 7 Расчет материальных потоков и расходных коэффициентов для осуществления металлургического процесса. Расчет и выбор технологического оборудования, разработка аппаратурно-технологической схемы. 10

8. Примерная тематика курсовых проектов (работ): темой проекта может служить любая аппаратурно-технологическая схема, связанная с гидрометаллургическими переделами.

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

Основная литература

Основная

Процессы и аппараты цветной металлургии, учебник для вузов под редакцией проф. С.С. Набойченко. Екатеринбург, УГТУ, 2005. 700 с.

Расчеты гидрометаллургических процессов. Набойченко С.С., Юнь А.А. / Учебное пособие для вузов. - М.: «МИСИС», 1995. – 428 с.

Практикум по гидрометаллургии. Набойченко С.С., Лобанов В.Г. Учеб.пособие для вузов. – М.: Металлургия. 1992. – 336 с.

Грейвер Т.Н. Основы методов постановки и решения технологических задач. М.: Издательский дом "Руда и металлы", 1999.

Дополнительная литература

Кинетика процессов растворения. Каковский И.А., Поташников Ю.М., «Металлургия», 1975. 224 с.

Каковский И.А., Набойченко С.С. Термодинамики и кинетика гидрометаллургических процессов. – Алма-Ата: Наука, 1986. – 272 с.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

Тематические планшеты и компьютерные презентации с изображением диаграмм состояния, кинетических зависимостей различных гидрометаллургических процессов и технологического оборудования.

11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:

В качестве средств текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации предлагается проведение проверочных работ по каждому из разделов дисциплины.

Разработчики:

Кафедра металлургиидоцентА.Я. Бодуэн

(место работы) (занимаемая должность)(инициалы, фамилия)

Эксперты:

Кафедра металлургиипрофессорВ.Н. Бричкин

(место работы) (занимаемая должность)(инициалы, фамилия)

Кафедра металлургиипрофессорГ.В. Петров

(место работы) (занимаемая должность)(инициалы, фамилия)