Обоснование режимов азотирования ферросилициевых гранул для повышения их коррозионной устойчивости в процессах тяжелосредной сепарации алмазосодержащего сырья

При использовании искусственно полученных сплавов ферросилиция, содержащих кремний в соотношениях от 0 до 100%, определена эффективность метода их азотирования за счет создания поверхностной нитридной оболочки с оптимальной глубиной проникновения, обеспечивающей коррозионную устойчивость в условиях контакта с минерализованными водными системами. С использованием проб порошкового ферросилиция, применяемого в технологических процессах тяжелосредной сепарации на обогатительных фабриках АК «АЛРОСА», установлен оптимальный режим термической обработки ферросилициевых гранул в условиях промышленного азотирования, обеспечивающий необходимую оптимальную глубину азотированного слоя на их поверхности. Результатами комплекса экспериментальных исследований с применением оптической спектроскопии и Оже-спектрометра JAMP-9500F, оснащенного полусферическим анализатором и электронной пушкой с термополевой эмиссией, обеспечивающими высокопроизводительный анализ состояния химических связей в нанои микрообластях, подтверждена технологическая эффективность установленного режима термической обработки порошкового ферросилиция со следующими параметрами: температура – 1000 °С, время выдержки – 2 ч, давление азота – 1,25 атм., позволяющего получить на поверхности ферросилициевых гранул стабильный по глубине и простиранию азотированный слой от 30 до 60 нм с постоянным химическим составом и свойствами, обеспечивающими снижение скорости коррозии ферросилиция в 2,7 раза при взаимодействии с коррозионно-активными водными системами процессов тяжелосредной сепарации алмазосодержащего сырья на обогатительных фабриках АК «АЛРОСА».

Двойченкова Г. П., Тимофеев А. С., Кирсанкин А. А. Обоснование режимов азотирования ферросилициевых гранул для повышения их коррозионной устойчивости в процессах тяжелосредной сепарации алмазосодержащего сырья // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 7. – С. 96–113. DOI: 10.25018/ 0236_1493_2023_7_0_96.

Двойченкова Галина Петровна¹ — д-р техн. наук, доцент, главный научный сотрудник ИПКОН РАН; профессор, Политехнический институт (филиал) Северо-Восточного Федерального университета имени М.К. Аммосова, e-mail: dvoigp@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-0940-3880,
Тимофеев Александр Сергеевич¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: Timofeev_ac@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-3382-6007,
Кирсанкин Андрей Александрович — канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник, Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН, ORCID ID: 0000-0002-9206-7805,
¹ Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова РАН.

Тимофеев А.С., e-mail: Timofeev_ac@mail.ru.

1. Чантурия В. А., Бондарь С. С., Годун К. В., Горячев Б. Е. Современное состояние алмазодобывающей отрасли России и основных алмазодобывающих стран мира (Ч. 2) // Горный журнал. — 2015. — № 2. — С. 67—75. DOI: 10.17580/gzh.2015.03.11.

2. Богданович А. В., Васильев А. М., Урнышева С. А. Влияние рудоподготовки алмазосодержащих руд на технологию их обогащения // Обогащение руд. — 2017. — № 2. — С. 10—15. DOI: 10.17580/or.2017.02.02.

3. Napier-Munn T. The dense medium cyclone — past, present and future // Minerals Engineering. 2018, vol. 116, pp. 107—113. DOI: 10.1016/j.mineng.2017.10.002.

4. Ivannikov A. L., Kongar-Syuryun C., Rybak J., Tyulyaeva Y. The reuse of mining and construction waste for backfill as one of the sustainable activities // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019, vol. 362, no. 1, article 012130. DOI: 10.1088/17551315/362/1/012130.

5. Williams R. A., Kelsall G. H. Degradation of ferrosilicon media in dense medium separation circuits // Minerals Engineering. 1992, vol. 5, no. 1, pp. 57—77.

6. Павлов А. В., Островский Д. Я., Аксенова В. В., Бишенов С. А. Текущее состояние производства ферросплавов в России и странах СНГ // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. — 2020. — Т. 63. — № 8. — С. 600—605. DOI: 10.17073/03680797-2020-8-600-605.

7. Чантурия В. А., Козлов А. П., Шадрунова И. В., Ожогина Е. Г. Приоритетные направления развития поисковых и прикладных научных исследований в области использования в промышленных масштабах отходов добычи и переработки полезных ископаемых // Горная промышленность. — 2014. — № 1. — C. 54.

8. Махрачев А. Ф., Ларионов Н. П., Савицкий В. Б. Новые направления в технологии обогащения алмазосодержащего сырья на предприятиях АК «АЛРОСА» // Горный журнал. — 2005. — № 7. — С. 65—68.

9. Тимофеев А. С., Ананьев П. П., Двойченкова Г. П. Математическая модель окисления гранул ферросилиция в минерализованных водах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — № S8. — С. 3—11.

10. Чантурия В. А., Двойченкова Г. П., Чантурия Е. Л., Тимофеев А. С. Интенсификация процессов сепарации труднообогатимого алмазосодержащего сырья коренных, россыпных и техногенных месторождений // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2022. — № 5. — С. 95—108. DOI: 10.15372/FTPRPI20220510.

11. Хомов Ю. А., Фомин А. Н. Капиллярный электрофорез как высокоэффективный аналитический метод (обзор литературы) // Современные проблемы науки и образования. — 2012. — № 5. — С. 349.

12. Kryukova O. G., Bolgaru K. A., Avramchik A. N. Combustion of ferrosilicon–zircon mixtures in nitrogen gas: impact of aluminum additives // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2021, vol. 30, no. 4, pp. 236—240. DOI: 10.3103/s1061386221040051.

13. Manasheva E. M., Manashev I. R., Zathdinov M. Kh., Makarova I. V. Development and application of SHS ferrosilicon nitride to increase the resistance of taphole clays for blast furnaces // Refractories and Industrial Ceramics. 2022, vol. 62, no. 6, pp. 692—698. DOI: 10.1007/ s11148-022-00664-2.

14. Рыбалка К. В., Бекетаева Л. А., Давыдов А. Д. Катодная составляющая коррозионного процесса: поляризационная кривая с двумя Тафелевскими участками // Электрохимия. — 2018. — Т. 54. — № 5. — С. 523—526.

15. Runci A., Provis J. L., Serdar M. Revealing corrosion parameters of steel in alkali-activated materials // Corrosion Science. 2023, vol. 210, no. 2, article 110849. DOI: 10.1016/j. corsci.2022.110849.

16. Солодуха В. А., Белоус А. И., Чигирь Г. Г. Измерение глубины нарушенного слоя на поверхности кремниевых пластин методом Oже-спектроскопии // Наука и техника. — 2016. — № 4. — С. 329—334.

17. Михайленко А. А., Гогоци Ю. Г., Руденко О. К. Патент SU 1654258 A1. C01B 21/072. Способ получения ультрадисперного порошка A@N. 07.06.1991.

18. Bolgaru K. A., Akulinkin A. A., Kryukova O. G. Effect of mechanical pre-activation on the nitriding of aluminum ferrosilicon in the combustion mode // Journal of Physics: Conference Series, IOP Publishing. 2020, vol. 1459, no. 1, article 012009. DOI: 10.1088/17426596/1459/1/012009.

19. Timofeev A. S., Dvoichenkova G. P., Chernysheva E. N., Popadin E. G. Express method for estimating particle isometricity for quality control ferrosilicium // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020, vol. 459, no. 5, article 052096. DOI: 10.1088/17551315/459/5/052096.

20. Данилова А. А., Ананьев П. П. Экспресс-методы контроля качественно-количественных показателей работы железорудной обогатительной фабрики // Горные науки и технологии. — 2011. — № 6. — С. 15—18.