П. В. Котенков. 

АННОТАЦИЯ

Многокомпонентные сплавы на основе алюминия имеют важное значение в различных отраслях промышленности. Процентное соотношение базового компонента с различными примесями и легирующими добавками в таких сплавах играет основополагающую роль для достижения необходимых свойств конечного продукта. Для проводимых нами исследований полезна информация о диффузионных свойствах легирующих компонентов, таких как Si, Cu, Mg, Mn, Ti, Zr, Cr, в жидком состоянии. К сожалению, для указанных металлов (за исключением Cu) даже в чистом виде требуемой информации в литературе недостаточно. В настоящей работе в качестве объекта исследования выбран коэффициент самодиффузии жидкого Mg. Расчеты проводятся, начиная с температуры плавления с шагом 30 K, в интервале 923–1043 K в рамках подхода, основанного на трех теоретических составляющих – методе линейных траекторий, модельном потенциале прямоугольной ямы и приближении случайных фаз. Полученные результаты сопоставимы со всеми имеющимися в литературе данными компьютерного эксперимента, хотя в лучшей степени с результатом классической MD. При этом незначительное возрастание наших расчетных значений коэффициента самодиффузии с температурой может обещать их лучшее согласие с результатами ab initio MD при существенном увеличении температуры, что обусловлено увеличением точности RPA с ростом температуры. Проведенное исследование показывает, что в отсутствие экспериментальной информации о коэффициенте самодиффузии жидкого металла, подход совместного использования метода линейных траекторий, потенциала прямоугольной ямы и приближения случайных фаз может являться работоспособным инструментом для получения оценочных значений данного свойства.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

Жидкий магний, коэффициент самодиффузии, потенциал прямоугольной ямы, метод линейных траекторий, приближение случайных фаз.

DOI: 10.31857/S0235010622030057

Л. И. Леонтьев, Ю. А. Чесноков, И. Н. Танутров, М. Н. Свиридова, Л. А. Маршук. 

АННОТАЦИЯ

В результате проведенных экспериментальных исследований получены пробы окускованных продуктов методами окислительного обжига, глубокой металлизации и прессования. Изучены физико-химические и металлургические свойства объектов исследования, существенно влияющих на технико-экономические показатели последующей технологии промышленной переработки. Исходные материалы получены гидрометаллургическим способом при совместном выщелачивании отходов производства алюминия (красные шламы) и трубопрокатного производства (замасленной окалины). В лабораторных условиях из наработанной опытной партии железорудного концентрата получены различные типы окускованных продуктов, в том числе окисленные и рудоугольные окатыши, брикеты с различными химическим составом и заданным соотношением основности CaO/SiO₂. Определены основные технологические параметры окускования и термообработки для получения заданных характеристик для данного типа железорудного сырья.  Исследованы основные стандартизированные металлургические характеристики полученных материалов, такие как восстановимость по ГОСТ 17212-84, прочность при высокотемпературной обработке по ISO 13930-1998, а также температуры начала и конца размягчения материалов по ГОСТ 26517-85 с целью дальнейшего математического моделирования и сравнительного анализа технико-экономических показателей в различных металлургических агрегатах при обосновании выбора оптимальных параметров для различных технологических схем переработки данного типа железорудного сырья. Изучен рентгенофазовый состав исходного сырья и продуктов переработки, а также выявлены основные структурные составляющие исследуемых материалов, полученных при совместной утилизации красных шламов и прокатной окалины. Разработана методика расчета температуры кристаллизации и вязкости шлаков на основе тройных и четверных диаграмм состояния CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃ для оперативного анализа и контроля структурно-чувствительных свойств оксидных систем. Выполнена программная реализация расчета по предложенным методикам в электронных таблицах MS Excel.    

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

утилизация, красный шлам, замасленная прокатная окалина, выщелачивание, доменный процесс, технологическая схема

DOI: 10.31857/S0235010622030069

Э. А. Карфидов, Е. В. Никитина, Ю. П. Зайков, К. Е. Селиверстов, П. Н. Мушников. 

АННОТАЦИЯ

Расплавленные галогениды щелочных металлов, особенно фториды, являются чрезвычайно агрессивной коррозионной средой. Инженерная реализация жидкосолевого реактора (ЖСР) существенно зависит от того, насколько успешно может быть решена проблема подбора и создания соответствующих конструкционных материалов. Материалов, устойчивых в этих средах, до сих пор не создано, и актуальными становятся другие способы защиты конструкционных элементов высокотемпературных технологических устройств. Способы защиты от коррозии в расплавленных солях немногочисленны, как в силу внешних факторов коррозии (температура, радиация), так и внутренних – возможности фазовых переходов, модифицирования и деградации материалов при высоких температурах).

В представленной работе коррозионное поведение меди (М1) было изучено в расплаве фторидов лития, натрия, калия, содержащем добавки фторидов неодима, церия в качестве имитаторов фторидов актинидов и фторида урана от 0 до 5 мас. % в атмосфере аргона высокой чистоты при 550 и 8000С в течение 100 ч. Гравиметрия, энергодисперсионный анализ поверхности и шлифов поперечного сечения образцов были использованы для оценки коррозионной стойкости меди. Представлены зависимости скорости коррозии материала от температуры и концентрации добавок фторидов имитаторов актинидов и фторида урана. Представлена морфология поверхности и шлифа поперечного сечения в зависимости от состава расплава. По совокупности данных гравиметрического анализа, атомно-абсорбционного и микрорентгеноспектрального методов исследования установлено, что медь проявляет себя как материал, устойчивый во фторидах лития, натрия, калия.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

Ключевые слова: коррозия; медь; жидко-солевые реакторы; фторидный расплав

DOI: 10.31857/S0235010622030033

З. Н. Вердиева, А. В. Бурчаков, А. Б. Алхасов, Н. Н. Вердиев, И. М. Кондратюк. 

АННОТАЦИЯ

На основе данных о составах и температурах плавления двух- и трехкомпонентных эвтектик, сформирована пространственная модель фазового комплекса трехкомпонентной системы K ||F, Br, MoO₄^2- в программе КОМПАС 3D. Модель построена в координатах «состав – температура», в основании которого лежит треугольник составов системы, по оси аппликата отложена температура в диапазоне 500–800^оС. Структура модели предполагает использование понятия «базовый геометрический элемент фазовой области» для понимания геометрического строения пространственной диаграммы, где каждая фазовая область является локальным объемом с ограниченными поверхностями.

На основе модели получены изотермы поверхности ликвидуса, изотермические и политермические сечения, рассчитан материальный баланс равновесных фаз для произвольно выбранных фигуративных точек системы.

Показана возможность расчёта материального баланса произвольно выбранной фигуративной точки равновесно сосуществующих фаз при заданной температуре и в интервале температур, основываясь на геометрии построенной 3D модели исследуемой системы. Соотношения равновесных фаз рассчитаны с использованием уравнений математических матриц.

3D модели многокомпонентных систем (МКС), построенные на основе информации об элементах меньшей мерности, позволяют определить принадлежность нонвариантного состава к соответствующему симплексу без проведения эксперимента. При исследовании поверхности ликвидуса многокомпонентной системы, ограничиваются выявлением нонвариантных составов, кристаллизующиеся при более низких температурах, чем исходные ингредиенты. Однако, для многих технологических процессов необходим интервал температур. Наличие 3D модели и T–x–y диаграммы состояния МКС позволяет с помощью изотермических и политермических сечений выбрать заданный интервал температур. Предлагаемый подход в отличие от традиционных методов проще и нагляднее, что делает возможным его широкое применение в физико-химическом анализе МКС.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

эвтектика, изотермические и политермические сечения, фазовые равновесия, расплав.

DOI: 10.31857/S0235010622030112

А. Е. Коренченко, А. Г. Воронцов, Р. А. Окулов, Б. Р. Гельчинский. 

АННОТАЦИЯ

Для производства нанопорошков металлов с заданными размерами необходим анализ связи между физическими условиями в промышленных установках и геометрическими свойствами наночастиц. Предсказательное математическое моделирование – одна из возможностей исследования этой связи. Использование термодинамических моделей нуклеации не позволяет добиться количественного согласия с экспериментом, так что данные могут различаться на порядки. Популярные в последние десятилетия кинетические методы Монте-Карло позволяют приблизиться к масштабам реального эксперимента, однако, представляют начальное состояние среды как заранее сформированные и равномерно распределенные в пространстве идеальные кристаллические зародыши, на поверхности которых идут процессы адсорбции и десорбции, а в среде протекает диффузия мономеров к их поверхности. Скорости этих процессов определяются коэффициентами, значения которых можно подобрать так, чтобы наилучшим образом описать экспериментальные данные, или вычислить из МД-симуляции. Стадия зародышеобразования, как и детальное описание нуклеации, в этих методах не рассматривается, поэтому нет возможности учесть, например, появление устойчивых изомерных форм, «магических» кластеров и т.д. В данной работе выполнено мультимасштабное моделирование нуклеации медных наночастиц в камере для газофазной конденсации. Данные для математического описания атомистического уровня нуклеации получены при анализе результатов молекулярно-динамических расчетов конденсации пара меди различной степени пересыщения. Результаты микроописания использованы в макроскопической модели, включающей систему уравнений движения, теплопроводности и диффузии. Анализ включает описание зародышеобразования, процесс унимолекулярного роста и коагуляцию. Учет концентраций кластеров различных размеров проведен в логарифмической шкале. Сделан вывод о том, что в областях с температурой, близкой температуре кипения меди, рост кластеров происходит, в основном, присоединением мономеров, тогда как в областях с низкой температурой преимущественным путем роста является коагуляция.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

гомогенная нуклеация, металлические наночастицы, самосборка, мультимасштабное моделирование

DOI: 10.31857/S0235010622030045

А. В. Новоселова, В. В. Смоленский. 

АННОТАЦИЯ

Нестационарными и стационарными электрохимическими методами изучены процессы катодного восстановления ионов Dy(III) до металла в низкоплавком эвтектическом расплаве LiCl–KCl–CsCl в интервале температур 623–973 K на молибденовом, галлиевом и кадмиевом электродах в атмосфере инертного газа. В экспериментах использовали реактивы, не содержащие примесей влаги, кислорода и их соединений. Все основные операции проводили в сухом боксе. Для анализа электрохимических процессов были использованы следующие методы: циклическая и квадратно-волновая вольтамперометрия, потенциометрия при нулевом токе. На циклической вольтамперограмме расплава LiCl–KCl–CsCl–DyCl₃ на инертном молибденовом электроде фиксируется один катодный пик тока, соответствующий выделению металлического диспрозия, и один анодный пик тока, связанный с его растворением. На квадратно-волновой вольтамперограмме наблюдается образование одной асимметричной катодной кривой гауссовой формы. Число электронов реакции восстановления, рассчитанное из ширины полупика катодной кривой, было близко к трем (n = 2.97 ± 0.04). Используя диагностические критерии установлено, что процесс катодного восстановления ионов диспрозия (III) до металла протекает необратимо, в одну стадию и контролируется скоростью переноса заряда. Рассчитаны коэффициенты диффузии комплексных ионов [DyCl₆]^3- при разных температурах и определена энергия активации процесса диффузии. Температурная зависимость коэффициентов диффузии ионов Dy(III) описывается уравнением lgD = -2.59 – 1840/Т  ± 0.02 и подчиняется закону Аррениуса. Методом потенциометрии при нулевом токе получена температурная зависимость условного стандартного потенциала пары Dy(III)/Dy. Она описывается линейным уравнением: E^*_Dy(III)/Dу= –(3.701 ± 0.006) + (7.8 ± 0.1) ·10^–4T ± 0.004 B. Рассчитаны основные термодинамические характеристики образования трихлорида диспрозия из элементов. Установлено, что на активных электродах реакция электрохимического выделения диспрозия связана с процессом сплавообразования, который предшествует выделению металла и протекает с деполяризацией. Идентифицирован состав интерметаллических соединений Dy–Ga, Dy–Cd и приведены реакции их образования. Изучено влияние плотности тока на состав катодного продукта. Найдены условия получения интерметаллидов заданного состава электролизом расплавленной солевой смеси LiCl–KCl–CsCl–DyCl₃.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

электрохимия, термодинамика, трихлорид диспрозия, расплавы, электролиз, катодные процессы, коэффициенты диффузии, сплавообразование

DOI: 10.31857/S0235010622030070

В. А. Дорогова, Л. А. Елшина. 

АННОТАЦИЯ

Исследована восстановительная и адсорбционная способность иерархически структурированных углеродных пленок, синтезированных из глюкозы на расплавленном алюминиевом катализаторе под слоем расплавленных солей, и коммерческого графена при их взаимодействии с раствором перманганата калия в нейтральной среде при температурах 20 и 60ºС. Показано, что повышение температуры с 20 до 60 ºС позволяют в 150 раз увеличить скорость восстановления и адсорбции семивалентного марганца на углеродных наноматериалах, однако, продукты взаимодействия не зависят от увеличения температуры.

Иерархически структурированные углеродные пленки позволяют адсорбировать до 99.9 мас. % исходного марганца в нейтральных средах, что выше по сравнению с графеном.

На всей поверхности графена в результате взаимодействия с перманганатом калия высаживаются кристаллы преимущественно γ-MnO₂ размером не более 100 нм. При подобном взаимодействии иерархически структурированной углеродной пленки на развитой стороне пленки формируются пластинчатые нанокристаллы калиевой шпинели KMn₂O₄ длиной до 100 нм и толщиной до 10 нм. При этом на гладкой стороне пленки не образуются кристаллы манганита, что говорит об отличающейся реакционной способности сторон пленки ИСУП с разной структурой и морфологией.

Удельная поверхность композита «графен-диоксид марганца» уменьшается более, чем в три раза и составляет 45.2 м²/г, в то время как удельная поверхность композита ИСУП-марганцевая шпинель уменьшается менее, чем в два раза – до 306.5 м²/г.

Нанокомпозиты «углерод-диоксид марганца или марганцевая шпинель» могут найти применение в химических источниках тока, также в экологически безопасных методах очистки сточных вод.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

Расплавленные соли, иерархически структурированная углеродная пленка, графен, адсорбция, калиево-магниевая шпинель, нанокомпозит.

DOI: 10.31857/S0235010622030021

С. В. Сергеева, Р. И. Гуляева, Л. Ю. Удоева, С. А. Петрова, С. Н. Тюшняков. 

АННОТАЦИЯ

Представлены результаты изучения кальциетермического восстановления металлов из ниобатов марганца (MnNb₂O₆) и железа (FeNb₂O₆), являющихся аналогами природного минерала колумбита (Fe, Mn)(Nb, Ta)₂O₆, содержащегося в редкометалльных рудах промышленного значения. Методами термодинамического моделирования с использованием программы HSC Chemistry рассчитаны величины изменения свободной энергии Гиббса, констант равновесия и тепловых эффектов реакций взаимодействия MnNb₂O₆, FeNb₂O₆ и Nb₂O₅ с кальцием, показавшие высокую вероятность образования, как ниобия, так и его сплавов с железом или марганцем. Оценены изменения равновесных фазовых составов продуктов взаимодействия оксидов с кальцием в зависимости от температуры (в интервале 1000–2500^oC) и соотношений реагентов. Согласно расчетам адиабатической температуры и удельного теплового эффекта, восстановление металлов из FeNb₂O₆ осуществимо в условиях «внепечного» процесса, а из MnNb₂O₆ – потребует предварительного разогрева шихты до 600–800^oC. Экспериментально в условиях непрерывного нагрева до 1200^оС методами совмещенной термогравиметрии и дифференциально-термического анализа установлены температуры термических эффектов, связанных с превращениями реагентов и формированием фаз в продуктах взаимодействия. Выявлено, что полное восстановление ниобатов марганца и железа происходит при участии расплавленного кальция и при мольном соотношении ниобат/кальций, равном 6, с образованием, как металлического ниобия, так и его интерметаллидов – NbMn₂ или FeNb, соответственно. При избытке восстановителя твердофазные продукты затрудняют диффузию расплава кальция к реакционной поверхности, что тормозит завершение процесса и способствует развитию вторичных взаимодействий между промежуточными оксидами (NbO, Mn_0.95O, Mn_2.907O₄) и оксидом кальция. Для завершения процесса восстановления требуется повышение температуры, либо продолжительность нагрева.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

ниобаты марганца и железа, расплавленный кальций, металлотермия, восстановление

DOI: 10.31857/S0235010622030094

7 июня 2022 года исполнилось 50 лет профессору РАН, доктору химических наук, ведущему научному сотруднику лаборатории радиохимии Института высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН (ИВТЭ УрО РАН) Новоселовой Алене Владимировне.

Она родилась 07.06.1972 г. в Свердловске (ныне Екатеринбург). В 1996 г. окончила Уральский государственный университет им. А.М. Горького по специальности «Химия». В 1996 г. поступила в очную аспирантуру ИВТЭ УрО РАН. В 2002 г. защитила диссертацию и получила ученую степень кандидата химических наук.

Алена Владимировна является лауреатом премий имени академика А.Н. Барабошкина для молодых ученых (2004 г.), Губернатора Свердловской области «За лучшую работу в области электрохимии» (2005 г.), она выполняла исследования по гранту Президента РФ для молодых кандидатов наук (2004–2005 гг.). В 2004 и 2007 г. была ученым секретарем XIII и XIV Российских конференций с международным участием по физической химии и электрохимии расплавленных и твердых электролитов (г. Екатеринбург). С 2007 по 2012 г. вела преподавательскую деятельность в Уральском государственном горном университете на кафедре химии. В 2010 г. ей присвоено ученое звание доцента. С 2015 г. работает в научной лаборатории «Пирохимические технологии и материалы ЗЯТЦ» на базе Физико-технологического института Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. В 2013 г. защитила диссертацию на соискание ученой степени доктора химических наук. В 2016 г. постановлением Президиума РАН присвоено почетное звание «Профессор РАН». С 2017 г. – профессор Харбинского инженерного университета (Китай). С 2019 г. читает лекции в базовых школах РАН Свердловской области. Является экспертом РФФИ, РАН и УрО РАН, членом двух специализированных диссертационных советов по защите кандидатских и докторских диссертаций при ИВТЭ УрО РАН и УрФУ.

Алена Владимировна – автор фундаментальных работ, получивших международное признание, по электрохимии, термодинамике и избирательности электрохимических процессов в расплавленных средах. Научные интересы связаны с исследованием электрохимических и термодинамических свойств соединений лантаноидов и актинидов в расплавленных хлоридах, изучением свойств системы «жидкий металл – расплавленная соль». Вместе с соавторами выполнены пионерские работы в области высокотемпературной электрохимии соединений кюрия в расплавленных хлоридных электролитах. Плодотворно сотрудничает с научно-исследовательским институтом атомных реакторов (г. Димитровград), проводит научные исследования по грантам РФФИ и проектам УрО РАН, участвует в исполнении научных проектов в рамках федеральных целевых программ «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России». Автор и соавтор 1 монографии, 3 глав в зарубежных монографиях и более 100 печатных работ, в том числе 80 статей в рецензируемых научных журналах, индексируемых в базах данных РИНЦ, Scopus и Web of Science.

Редколлегия журнала «Расплавы» и коллеги сердечно поздравляют юбиляра и желают крепкого здоровья, покорения новых научных вершин и вдохновения.

Гельчинский Борис Рафаилович родился 26 января 1947 г. в г. Свердловске (ныне Екатеринбург). В 1970 г. окончил Уральский политехнический институт им. С. М. Кирова по специальности «Механическое оборудование заводов цветной металлургии». После службы в армии в 1972 г. поступил на работу в Институт металлургии, где к 1980 г. Прошел путь от инженера до старшего научного сотрудника. Защитил диссертацию и получил ученую степень кандидата химических наук в 1975 г.

В 1980–1993 гг. работал в Институте неорганической и физической химии АН Киргизской ССР в должностях заведующего лабораторией и заместителя директора по научной работе.

В 1989 г. защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. С 1993 г. по 2003 г. – профессор Южно-Уральского госуниверситета (г. Челябинск). С 2003 г. по 2006 г. был директором Южно-Уральского филиала ИМЕТ УрО РАН, будучи главным ученым секретарем Президиума Челябинского научного центра УрО РАН. С января 2006 г. – заместитель генерального директора по научной и инновационной работе Научно-производственного холдинга «ВМП» (г. Екатеринбург), сотрудник, заведующий лабораторией порошковых, композиционных и наноматериалов ИМЕТ УрО РАН.

Научные интересы Бориса Рафаиловича связаны с изучением строения и свойств жидкого металлического состояния, развитием методов получения нанодисперсных металлических порошков из металлических расплавов, изучением их свойств и созданием функциональных нономатериалов на их основе. Им выполнены пионерские работы по развитию методов псевдопотенциала и компьютерного моделирования для описания структуры и свойств жидких металлов.

По его инициативе и при активном участии были впервые в мире проведены эксперименты по изучению структуры жидких металлов с использованием синхротронного излучения. Полученные им научные результаты признаны научным сообществом не только в нашей стране, но и за рубежом.

Он член оргкомитетов нескольких международных конференций, участвовал в совместных научных проектах с коллегами из США и Европы. Регулярно выполняет научные исследования по грантам РФФИ, руководит проектами Президиума РАН, тематического отделения РАН и Уральского отделения РАН. Руководит и непосредственно участвует в исполнении научных проектов в рамках Федеральных целевых научно-технических программ, а также – проектов по региональным программам Свердловской и Челябинской областей.

Борис Рафаилович явлляется членом двух специализированных диссертационных советов по защите докторских диссертаций (Южно-Уральский госуниверситет, г. Челябинск и ИМЕТ УрО РАН, г. Екатеринбург). Является экспертом РФФИ, Минобрнауки РФ, а также Фонда содействия развитию малых форм предпринимательства РФ. Член Международного научного общества «American Society for Metals» (ASM), Национального комитета РАН по теплофизическим свойствам веществ, Научного совета РАН по металлургии и металловедению, научно-технического совета по наноматериалам и нанотехнологиям при Правительстве Свердловской области. Награжден грамотами Президиума РАН, Правительства Челябинской и Свердловской областей, ИМЕТ.

С 2019 года является главных редактором журнала «Расплавы».

Редакционная коллегия журнала «Расплавы», Институт высокотемпературной электрохимии и Институт металлургии УрО РАН, сотрудники Уральского федерального университета от всего сердца поздравляют Бориса Рафаиловича и желают ему крепкого здоровья и новых научных достижений. Й