Zawierające miedź zwały nieodpowiadające warunkom technicznym oraz utlenione rudy i materiały ze składowisk odpadów zakładów górniczo-hutniczych, można i należy rozpatrywać jako perspektywiczne źródło miedzi. Przeróbka takich obiektów pozwoli na rozwiązanie od razu dwóch problemów: pozyskiwania metalu i zlikwidowania zagrożenia ekologicznego.

Wyczerpywanie się bazy surowcowej i problemy dotyczące wód pod zwałami, sprawiają, że przeróbka tych obiektów stanie się jednym z priorytetowych kierunków metalurgii. Wyniki poszerzonych obliczeń techniczno-ekonomicznych, wykonanych dla złoża Kalmkyrskiego świadczą o tym, że otrzymywanie miedzi ze zwałów jest w pełni realnym i dostępnym źródłem dochodu. Zagadnienie to jest szczególnie aktualne dla Rosji i Kazachstanu, z ich gigantycznymi zapasami miedzi zawartej zarówno w rudach ubogich, jak i w zwałach odpadów.

Kompleksowe podejście do opanowania tej bazy surowcowej pozwoli na poddanie przeróbce niewykorzystanych wcześniej surowców, z zastosowaniem współczesnych metod hydrometalurgii i wzbogacania. Należy przy tym zaakcentować, że ogromne zapasy surowców zawierających miedź są już wydobyte i składowane na zwałach oraz składowiskach odpadów (wyłącza to ze schematu technologicznego koszty ich wydobycie). Wzbogacanie takich surowców można prowadzić w już istniejących kompleksach wzbogacania, co pozwoli na zachowanie miejsc pracy w działających zakładach, badających negatywne następstwa ubożenia bazy surowcowej, jak też przyczyni się do utworzenia nowych miejsc pracy, dzięki wdrożeniu przeróbki hydrometalurgicznej.

W przemyśle miedziowym przeważają technologie pirometalurgiczne; na przeróbkę hydrometalurgiczną przypada nie więcej niż 10–15%. Wyczerpywanie się bogatych złóż miedzi, pociąga za sobą konieczność poszerzenia bazy surowcowej, poprzez wprowadzenie do produkcji rud ubogich i pozabilansowych, co z kolei prowadzi do otrzymania nieodpowiadających warunkom technicznym koncentratów, nieodpowiednich do wykorzystania w pirometalurgii.

Przedstawiono badania procesu utleniającego amoniakalnego ługowania w autoklawie nieodpowiadającego warunkom technicznym koncentratu miedziowego ze złoża w Dżezkazganie. Metalami handlowymi w koncentracie są: miedź, srebro i ren. Określono eksperymentalnie parametry ługowania w autoklawie, pozwalające na selektywne względem żelaza i składników skały płonnej, przeprowadzenie wszystkich metali handlowych do roztworu w ciągu jednej operacji technologicznej.

Ustalono, że w temperaturze 140ºC, przy ciśnieniu parcjalnym tlenu 0,6 MPa, zawartościach amoniaku 2,55 mol/dm³ i siarczanu amonu 50 g/l, w ciągu jednej operacji technologicznej otrzymuje się wysokie uzyski metali: 94,88% miedzi; 84,81% srebra i 91,62% renu.

Stosowanie ługowania amoniakalnego w charakterze operacji „głównej” pozwoli na:

• ŠŠ opracowanie racjonalnej technologii otrzymywania cennych komponentów z koncentratu miedziowego nieodpowiadającego warunkom technicznym,

• ŠŠ przeprowadzenie regeneracji podstawowego odczynnika – amoniaku,

• ŠŠ otrzymanie siarczanu amonu, jako dodatkowego produktu handlowego.

Roztwory amoniakalne są mniej agresywne niż roztwory kwasów, co pozwala na wykorzystanie tańszych materiałów konstrukcyjnych do wykonania urządzeń.

Odpadem produkcyjnym jest osad z autoklawów, który swym składem faktycznie nie odróżnia się od składu odpadów flotacyjnych i może być składowany na składowisku odpadów zakładu wzbogacania.

Struktura kryształu i reaktywność związku, decydują o zachowaniu podczas procesu ługowania. Przeprowadzenie struktury molibdenitu – MoS₂ w inny związek, może być alternatywnym sposobem polepszenia efektywności jego ługowania. Związki M_xMo₆S₈ utleniają się łatwiej niż molibdenit. Na tej podstawie przygotowano badania dotyczące konwersji molibdenitu na potrójny siarczek M_xMo₆S₈, celem udoskonalenia procesu ługowania molibdenu. Zrealizowano proces rekonstrukcji fazy mineralnej, poprzez przeprowadzenie molibdenitu w potrójny siarczek Fe_xMo₆S₈, udoskonalając tym samym proces ługowania molibdenu.

Wyniki badania pokazują, że molibdenit można z powodzeniem przekształcić w potrójny siarczek Fe_xMo₆S₈ po reakcji z żelazem w temperaturze 1100ºC. Eksperymenty porównawcze ługowania w roztworach kwas azotowy-kwas siarkowy wykazały, że osiągi ługowania Mo z potrójnego siarczku są znacznie udoskonalone w porównaniu z molibdenitem, a do procesu ługowania niezbędny jest mniej utleniający odczynnik.

W oparciu o dane eksperymentalne ługowania, potwierdzono kinetykę reakcji autokatalitycznej. Krzywe frakcji ługowania względem czasu, wykazały charakterystyczny trend do występowania w „kształcie S” z czasem indukcji, jak można było oczekiwać na drodze reakcji autokatalitycznej. Obliczono pozorną energię aktywacji 76 kJ/mol wskazującą, że ługowanie jest kontrolowane chemicznie i silnie zależy od temperatury. Na podstawie wyznaczonych wartości stałych reakcji obliczono, że rząd reakcji ze względu na kwas azotowy wynosi 1,5 natomiast ze względu na kwas siarkowy wynosi 0,6, co świadczy, że w reakcji ługowania główną rolę odgrywa stężenia kwasu azotowego jako utleniacza. Ustalono ogólne równanie kinetyki procesu ługowania molibdenitu.

Celem przeprowadzonych badań było wytworzenie wzmocnionego cząstkami stopu Al, za pomocą walcowania akumulacyjnego na ciepło ze spajaniem (ang. WARB). Wytworzono kompozyty z matrycą aluminiową z 5% frakcji objętościowej TiO₂. Za pomocą prób rozciągania, łuszczenia i pomiaru mikrotwardości Vickersa, zbadano własności mechaniczne i ewolucję mikrostruktury kompozytów wytworzonych w 1, 3, 5, 7 i 9 cyklach WARB.

Ewolucja mikrostruktury podczas cykli WARB prowadziła do polepszenia wytrzymałości i wydłużenia próbek. Zgodnie z wynikami, jednolity rozkład klusterów TiO₂ polepsza zarówno wytrzymałość, jak i ciągliwość przy rozciąganiu kompozytów. Wprowadzenie cząstek TiO₂ do matrycy stopu Al poprzez WARB, może pomóc w wytworzeniu stopu Al wzmocnionego cząstkami o wysokiej jednorodności oraz wpłynąć na poprawę własności mechanicznych i wytrzymałości wiązania.

Po próbach rozciągania i łuszczenia, zbadano powierzchnie przełomu i łuszczenia próbek w różnych cyklach WARB. W porównaniu z walcowaniem konwencjonalnym, walcowanie akumulacyjne ze spajaniem WARB, może być stosowane do produkcji kompozytów z matrycą metalową o wysokiej wytrzymałości i wyższej ciągliwości przy rozciąganiu.

Poprzez wzrost liczby cykli WARB, klustery cząstek TiO₂ w matrycy Al wydłużyły się w kierunku walcowania. Wytrzymałość kompozytów na rozciąganie wzrastała ze wzrostem cykli WARB i osiągnęła wartość maksymalną po cyklu 5. Dwutlenek tytanu miał zwiększający wpływ na wydłużenie po określonej liczbie cykli WARB. Poprzez zwiększenie liczby cykli, cząstki TiO₂ mogą zwiększać ciągliwość kompozytów przy rozciąganiu. Zwiększenie liczby cykli poprawia również średnią mikrotwardość kompozytów.

Wytrzymałość wiązania w próbce po trzech cyklach WARB była 1,64 raza wyższa w porównaniu z wartością w próbce po jednym cyklu.

Rozdrobnienie ziarn stopów magnezu jest efektywnym sposobem uniknięcia ich ograniczonej wytrzymałości i ciągliwości w temperaturze pokojowej.

Zaproponowano proces wyciskania z rozdrobnieniem ziarn zwany wyciskaniem zmiennym (ang. AE) oraz badanie rozkładu mikrostruktury i tekstury stopu magnezu AZ31 po procesie formowania. Oceniono ten proces w zastosowaniach praktycznych, poprzez prowadzenie symulacji z zastosowaniem metody elementów skończonych, które potwierdziły wyniki eksperymentów.

Charakterystyki mikrostruktury stopu magnezu AZ31 wytworzone w procesie wyciskania konwencjonalnego (ang. CE) i AE, badano za pomocą dyfrakcji elektronowej z rozproszeniem wstecznym i mikroskopii optycznej, zaś wpływy mikrostruktur na własności mechaniczne, badano w poprzek wyciskanych próbek.

W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że:
1. W porównaniu z procesem CE, proces AE ma doskonalsze osiągi, jeżeli chodzi o rozdrobnienie ziarn.
2. Wyniki pokazują, że intensywność tekstury płaszczyzny podstawowej jest osłabiona, a próbki wytworzone w procesie AE pogarszają się, tworząc tekstury płaszczyzn piramidalnych.
3. W przypadku podobnych własności mechanicznych jak w CE, proces AE zapewnia bardziej ekonomiczną metodę wyciskania, z powodu niższego obciążenia wyciskania niż proces CE.

Wiele metali w postaci drobnoziarnistych proszków, stanowi zagrożenia pożarowe i wybuchowe. Wzrost popularności technik metalurgii proszków (ang. PM) i wytwarzania przyrostowego (ang. AM), zwiększa stosowanie metali w postaci proszków i wprowadza nowe techniki, niepodlegające normom i kodom tradycyjnym. W PM i AM stosowane są nieutlenione proszki metali o bardzo małych średnicach średniej cząstki. Proszki te z powodu małej wielkości cząstek, zwykle mają bardzo niskie minimalne energie zapłonu.

Przemysł analizuje stosowane na bieżąco techniki zmniejszania zagrożeń, w celu redukcji ryzyka wypadkowego. W zależności od materiału, rozmaite źródła zapłonu mogą wystarczyć do zainicjowania zdarzenia z udziałem palnego pyłu. Rozproszenie pyłu w odpowiednich zawartościach w medium utleniającym, następuje na drodze pewnego mechanizmu. Pył może zostać rozproszony przez procesy przenoszenia proszku lub przez niezamierzone uwalnianie z urządzeń lub dyspersję akumulacji w instalacji.

Niektóre palne pyły metalowe mogą spalać się bardziej niż pyły na bazie węglowodorów. Pewne palne metale mogą wytwarzać o wiele bardziej gwałtowne wzrosty ciśnienia podczas gwałtownego spalania, w porównaniu z większością pyłów organicznych. Wielu palnych metali nie można poddawać przeróbce na terenach wyposażonych w wodne, przeciwpożarowe instalacje tryskaczowe. Wyzwanie stanowi normalizacja systemów przeciwpożarowych dla pyłów metalowych. Pożary obejmujące palne pyły metalowe są ekstremalnie trudne do ugaszenia. Projektowanie systemów przeciwwybuchowych i izolacyjnych jest skomplikowane z powodu wysokich temperatur spalania i wartości indeksu gwałtownego spalania pyłów metalowych. Palne pyły metalowe nie powinny być przerabiane lub przenoszone w urządzeniach wykorzystywanych dla innych metali.

Pożary i eksplozje spowodowane przez palne pyły, zwiększyły świadomość zagrożeń w przemyśle. Occupational Safety and Health Administration – OSHA (USA) oraz National Fire Protection Association – NFPA (USA) zajmują się niebezpieczeństwami związanymi z pyłami palnymi oraz opracowują normy i zalecenia dla przeciwdziałania tym niebezpieczeństwom. Omówiono stosowane w USA normy i przepisy dotyczące tego zagadnienia.

Proszki kompozytowe Ni-30SiC (% obj.) wytworzono na drodze stopowania mechanicznego. Analizowano ich mikrostrukturę, morfologię i skład. Badano mieszane proszki i powłoki Ni na powierzchni SiC. Kompozytowy proszek Ni/SiC z optymalną powłoką mieszano z proszkiem Cu aż do wytworzenia kompozytów z matrycą miedziową oraz mierzono jego gęstość względną, twardość i rezystywność.

Wyniki pokazują, że powłoka Ni staje się coraz bardziej znaczna a mieszane proszki coraz bardziej jednorodne, gdy wzrasta czas mielenia w młynie kulowym. Jednakże nadmiernie długi czas mielenia ma negatywny wpływ na powłokę. Prędkość mielenia też ma istotny wpływ na powłokę. Zbyt wysoka prędkość obrotowa przyspiesza umocnienie warstwy pokrywającej, co powoduje odpadanie powłoki. Gdy czas mielenia wynosi 20 godz., prędkość mielenia 300 r/min, a stosunek masy kul do masy proszku 10 : 1, cząstki SiC są dobrze pokryte przez Ni, a proszki są jednolicie wymieszane. Własności kompozytu z matrycą miedziową przetworzonego przy optymalnych parametrach mielenia są efektywnie polepszone.

Synteza proszków, zagęszczanie i własności borków metali przejściowych (MB; gdzie M = Cr, Nb Ta) są w małym stopniu zbadane. Przedstawiono ogólną metodę syntezy proszków monoborków metali przejściowych we względnie niskich temperaturach. Metoda opiera się na redukcji borotermicznej prekursorów tlenków metali w solach stopionych.

Jako surowce wykorzystano trójtlenek chromu, pięciotlenek niobu i pięciotlenek tantalu o czystości 99,0%, amorficzny bor oraz NaCl i KCl. Stosunek molowy Cr₂O₃/B, Nb₂O₅/B i Ta₂O₅/B wynosił odpowiednio: 1 : 4, 3 : 16 i 3 : 16. Stosunek molowy NaCl/KCl wynosił 1 : 1, a masa NaCl/KCl była 0–20 razy większa niż masa prekursora metalu i proszków B. Mieszaninę proszków prekursorów metali, B, NaCl i KCl, mielono ręcznie przez 30 min w moździerzu agatowym xs za pomocą tłuczka. Następnie mieszaninę przenoszono do tygla z dwutlenku glinu i umieszczano w piecu z rurą kwarcową do obróbki cieplnej z prędkością nagrzewania 10 K/min. Cały proces nagrzewania i chłodzenia prowadzono w przepływie gazowego argonu. Po nagrzewaniu w temperaturze 700–1000ºC przez 1 godz., chłodzono proszki naturalnie do temperatury pokojowej oraz zanurzano tygiel w wodzie o temperaturze 80ºC, w celu rozpuszczenia B₂O₃ i NaCl/KCl. Ciemny produkt filtrowano, przemywano wodą o temperaturze 80ºC i kolejno kilka razy absolutnym etanolem, a na koniec suszono w temperaturze 60ºC.

Analizowano skład fazowy produktów proszkowych. Badano morfologię proszku. Określano pole powierzchni proszków. Mierzono zawartość tlenu.

Redukcja borotermiczna w solach stopionych okazała się ogólną metodą sporządzania nanoproszków monoborków metali przejściowych, w tym CrB, TaB i NbB. Obecność soli stopionych nie tylko przyspieszała transport wymiany masy reagentów, co zapobiegała powstawaniu zanieczyszczeń i obniżała temperaturę syntezy, ale też służyła, jako rozcieńczalnik do inhibitowania wzrostu ziarn świeżo wyprodukowanych nanoproszków monoborków.

Zaproponowano nowy proces syntezowania submikrometrycznego węglika wanadu (V₈C₇). Jako surowce wykorzystano pięciotlenek wanadu (> 99,6% mas.), żywicę fenolową i metanol. Wielkość ziarn pięciotlenku wanadu wynosiła ok. 1–2 µm. Żywicę fenolową rozpuszczano w roztworze metanolu w stosunku masowym 1 : 1. 0,05 mola pięciotlenku wanadu dodawano do 0,045; 0,055; 0,06 i 0,065 moli roztworów żywicy fenolowej.

Roztwory energicznie mieszano przez 2 godz. w temperaturze otoczenia, co spowodowało równomierne rozproszenie proszków pięciotlenku wanadu w roztworze. Następnie otrzymane roztwory suszono w temperaturze 393 K w suszarce szafkowej, w celu usunięcia rozpuszczalnika metanolu. Otrzymane żele mielono na proszki jako prekursory, które są źródłem wanadu i węgla o dobrych proporcjach. Prekursory umieszczano w tyglu z tlenku glinu w gorącej strefie pieca z elementami grzewczymi z MoSi₂. Temperaturę pieca podnoszono do 923 K z prędkością 5 K/sek. i wygrzewano przez 2 godz. Następnie podwyższano temperaturę z prędkością 5 K/sek. do temperatur docelowych (1173, 1273, 1373 i 1473 K) i wygrzewano przez 2 godz. Na koniec chłodzono próbki do temperatury otoczenia. Podczas całego procesu wprowadzono w piecu atmosferę Ar o wysokiej czystości (> 99,995% mas., 500 ml/min). Badano strukturę proszku w temperaturze pokojowej, analizowano morfologię.

Cząstki V₈C₇ o ujednoliconej wielkości ok. 300 nm można otrzymać przy stosunku molowym pięciotlenku wanadu i żywicy fenolowej 1 : 1,2 w ciągu 2 godz. w temperaturze wyższej niż 1373 K. Zgodnie z dyfraktogramami rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej i obliczeniami termodynamicznymi, kolejność ewolucji fazowej podczas redukcji i karbonizacji jest następująca: V₂O₅---> VO₂--->V₂O₃--->V₆C₅--->V₈C₇. Z powodu wysokiej powierzchni zetknięcia pięciotlenku wanadu i węgla pirolitycznego z rozkładu żywicy fenolowej, warunki kinetyczne są lepsze niż w konwencjonalnych metodach karbotermicznych.

W artykule scharakteryzowano eksperymenty, w których użyto proszek wolframu o średniej wielkości ziarn 3 µm. Proces mielenia strumieniowego prowadzono w azocie o wysokiej czystości w młynie strumieniowym z warstwą fluidalną, wyposażonym w klasyfikator z wymuszonym wirowaniem. Proces mielenia określono poprzez parametry operacyjne obejmujące jakość nadawy, ciśnienie gazu, prędkość obrotową, która decyduje o częstotliwości klasyfikatora. W procesie utrzymywano stałą masę nadawy 5 kg, ciśnienie mielenia 0,70 MPa, prędkość obrotową 4200 rpm.

Następnie mieszano proszek wolframu w mikserze otwartym z lepiszczem termoplastycznym na bazie wosku, zawierającym wosk parafinowy, polietylen o wysokiej gęstości, polipropylen i kwas stearynowy w temperaturze 165ºC przez 120 min. Po sporządzeniu mieszanki, nadawę grudkowano w granulatorze. Formowanie prowadzono w urządzeniu do formowania wtryskowego. Usuwanie lepiszcza prowadzono w procedurze dwuetapowej, począwszy od usunięcia rozpuszczalnika w heptanie, a następnie w etapie cieplnego usuwania lepiszcza. Jako atmosferę spiekania wybrano atmosferę wodoru o wysokiej czystości. Próbki spiekano w piecu do zwojów wolframowych. Mierzono rozkład wielkości ziarn w analizatorze laserowym wielkości cząstek, zaś gęstość upakowania i gęstość nasypową, w wielofunkcyjnym urządzeniu do badania własności fizycznych proszków. Identyfikowano fazy proszku wolframu. Prowadzono obserwacje mikrostruktury. Badano twardość i gęstość spiekanych próbek.

Proces mielenia strumieniowego, który jest dogodny dla proszku wolframu, znacznie zmienił charakterystyki proszku wolframu, obejmujące rozkład wielkości, morfologię powierzchni, pole powierzchni właściwej, zdolność płynięcia oraz gęstość upakowania i gęstość nasypową. Mieszanie proszku i lepiszcza w bardzo krótkim czasie zwiększyło dyspersję otrzymanie nadawy o wyższym obciążeniu fazą stałą do 65%, co prowadziło do udoskonalonej jakości spiekanego produktu. Energia przekazywana z procesu mielenia strumieniowego, powstanie nowych powierzchni i wskutek tego wyższa energia powierzchniowa proszków, również sprzyjały procesowi spiekania. Po spiekaniu we względnie niskiej temperaturze 1900ºC przez 120 min, próbki spiekane z proszku poddanego mieleniu strumieniowemu, osiągnęły najwyższą gęstość 97,3% i twardość Vickersa 496HV0,1, które były o wiele lepsze niż własności produktów wykonanych z proszku niepoddanego mieleniu strumieniowemu.

Kontrola mikrostruktury w wytwarzaniu przyrostowym jest osiągalna poprzez zmianę parametrów przeróbki. Jednakże, okazja do zmiany parametrów dla pewnych materiałów, takich jak stop Ti-6Al-4V jest ograniczona, a dla dostosowania mikrostruktur muszą być wykorzystane metody alternatywne.

Analizowano wpływ dodatków boru [% mas]: 0,00; 0,25; 0,50 i 1,0 na mikrostrukturę i własności mechaniczne próbek stopu Ti-6Al-4V, wytworzonych w systemie Arcam A2 topienia wiązką elektronową (ang. EBM). Analizy wytworzonego za pomocą EBM stopu Ti-6Al-4V + B wskazują, że dodatek 0,25–1,0% mas. boru stopniowo rozdrabnia strukturę ziarn oraz poprawia twardość i moduł sprężystości. Poza redukcją wielkości, struktura ziarn beta pozostaje kolumnowa, w wyniku ukierunkowanej wymiany ciepła podczas wytwarzania za pomocą EBM. Rozdrobnienie ziarn beta jest produktem przechłodzenia konstytucyjnego (ang. CS), ponieważ bor nie jest rozpuszczalny w stałym tytanie.

W próbkach wytworzonych przyrostowo za pomocą EBM przedstawionych w prowadzonym badaniu, nie zaobserwowano równoosiowych ziarn beta. Wzrost ziarn kolumnowych jako wynik ukierunkowanej wymiany ciepła w EBM, dominował nad tworzeniem ziarn równoosiowych.

Twardość i moduł sprężystości przy zginaniu zostały zwiększone w stopie Ti-6Al-4V + B otrzymanym za pomocą EBM, podczas gdy ciągliwość zmniejszyła się w wyniku obecności kruchej fazy TiB. Badania wykazały, że inżynieria mikrostrukturalna stopu Ti-6Al-4V jest możliwa do zrealizowania poprzez zmianę składu.