Физико-химические основы экстракции галлия и алюминия из щелочно-карбонатных растворов азотсодержащими экстрагентами фенольного типа (1092027)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Московский государственный университет тонких химических технологийимени М.В. ЛомоносоваНа правах рукописиЕршова Яна ЮрьевнаФизико-химические основы экстракциигаллия и алюминия из щелочно-карбонатныхрастворов азотсодержащими экстрагентамифенольного типа05.17.02 – технология редких, рассеянных и радиоактивных элементовДиссертация на соискание ученой степени кандидата химических наукНаучный руководитель:доктор химических наук, профессорРезник Александр МарковичМосква  год2СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 4ГЛАВА 1.

ЛИТЕРАТУРЫЙ ОБЗОР.............................................................................. 81.1.Галлий: применение, потребление, производство, цены, сырьевые источники 81.2. Поведение галлия при переработке алюминиевого сырья. Переработканефелиновых руд ...........................................................................................................

161.3.Состояние галлия в щелочных растворах ............................................................. 221.4. Экстракция галлия.................................................................................................. 25ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ........................................................................ 392.1. Исходные вещества ................................................................................................ 392.2. Методика эксперимента ........................................................................................

422.3. Методы исследования и анализа .......................................................................... 45ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ ................... 543.1 ЭКСТРАКЦИЯ ГАЛЛИЯ И АЛЮМИНИЯ НБЭА-0 И НБЭА-2 ...........................ИЗ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ РАСТВОРОВ................................................................... 543.1.1. Влияние времени контакта фаз .......................................................................... 543.1.2. Влияние состава разбавителя ............................................................................. 563.1.3. Влияние концентрации экстрагента .................................................................. 603.1.4.

Влияние концентрации каустической щелочи ................................................. 653.1.5. Влияние концентрации карбоната калия .......................................................... 703.1.6. Определение соотношения галлий:экстрагент в экстракте методом сдвигаравновесия ...................................................................................................................... 743.1.7. Определение соотношения галлий:экстрагент в экстракте методомизомолярных серий .......................................................................................................

773.1.8. Определение соотношения алюминий:экстрагент в экстракте методомсдвига равновесия ......................................................................................................... 793.1.9. Определение соотношения алюминий:экстрагент в экстракте методомизомолярных серий ....................................................................................................... 813.1.10. ИК-спектроскопия экстрагентов и экстрагируемых соединений галлия иалюминия .......................................................................................................................

8333.1.11. Спектроскопия ЯМР экстрагентов и экстрагируемых соединений галлия иалюминия ....................................................................................................................... 903.1.12. Теоретический расчет молекулы экстракта.................................................... 933.1.13. Сравнение экстрагирующей способности НБЭА-0 и НБЭА-2 ..................... 953.1.14.

Реэкстракция галлия и алюминия .................................................................... 963.2. ЭКСТРАКЦИЯ ГАЛЛИЯ И АЛЮМИНИЯ НБЭА-0 ИЗ СОВМЕСТНЫХЩЕЛОЧНО-КАРБОНАТНЫХ РАСТВОРОВ .......................................................... 1003.2.1. Влияние времени контакта фаз на экстракцию галлия в присутствииалюминия ..................................................................................................................... 1003.2.2. Влияние концентрации экстрагента на извлечение галлия в присутствииалюминия .....................................................................................................................

1023.2.3. Влияние концентрации каустической щелочи на экстракцию галлия вприсутствии алюминия ............................................................................................... 1043.2.4. Влияние концентрации карбоната калия на экстракцию галлия вприсутствии алюминия ...............................................................................................

1053.2.5. Влияние соотношения объемов фаз на экстракцию галлия в присутствииалюминия ..................................................................................................................... 1073.2.6. Применение перекрестного тока при экстракции галлия из щелочнокарбонатных растворов в присутствии алюминия ..................................................

1083.2.7. Реэкстракция галлия из экстрактов в присутствии алюминия .................... 1123.2.8. Цементация галлия ............................................................................................ 1153.2.9. Принципиальная технологическая схема .......................................................

117СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ .............................. 120ВЫВОДЫ ..................................................................................................................... 122СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ...................................................

1234ВВЕДЕНИЕАктуальность работы. Полупроводниковые соединения на основе галлияшироко используются в осветительной технике, телекоммуникационном оборудованиии бытовой электронике. Нитрид галлия в ближайшие годы станет ключевым материаломв производстве высокочастотных и сверхмощных транзисторов. В России одним изосновных источников галлия являются алюмосиликатные нефелиновые месторождения.Содержание галлия в нефелинах колеблется в диапазоне 7-400 г/т. При переработкенефелинов используют метод спекания. В данном методе источником получения галлияслужат поташные маточные растворы.

Содержание алюминия в этих растворахпревышает содержание галлия более чем в 50 раз.Для извлечения галлия из подобных растворов и отделения его от алюминияможетбытьпримененажидкостнаяэкстракция.Азотсодержащиеэкстрагентыфенольного типа могут служить перспективными реагентами для селективногоизвлечения галлия из данных растворов.Цель настоящей работы – извлечение, концентрирование и отделениегаллия от алюминия из щелочно-карбонатных оборотных растворов нефелиновогопроизводства азотсодержащими реагентами фенольного типа.Для достижения поставленной цели предстояло решить следующие задачи: выявить основные закономерности экстракционного извлечения галлия иалюминияизщелочно-карбонатныхрастворовазотсодержащимиэкстрагентами фенольного типа; получить щелочной раствор галлия для его эффективного выделенияметодом цементации; разработатьпринципиальнуютехнологическуюсхемупопутноговыделения галлия из оборотных растворов нефелинового производства.Научная новизна.1.

Впервые применены для извлечения галлия из щелочно-карбонатныхрастворов и отделения его от алюминия N-(2-гидрокси-5-нонилбензил)-,-5дигидроксиэтиламин(НБЭА-0)иN-(2-гидрокси-5-нонилбензил)--гидроксиэтилметиламин (НБЭА-2).2. Выявлены основные физико-химические закономерности экстракциигаллия и алюминия растворами НБЭА-0 и НБЭА-2 в смеси октана с 20% об.октанола. Показано, что галлий эффективно извлекается реагентом НБЭА-0 сконцентрациями K2CO3 = 300 г/л, NaOH ≈1 моль/л, степень извлечения Ga (далееEGa) составляет 90-95%, при аналогичных условиях в случае экстракции реагентомНБЭА-2 значения EGa доходят до 60%.

Установлены соотношения Ga/ Al:НБЭА-0,Ga/ Al:НБЭА-2 в экстрагируемых соединениях, равные 1:1. Предложены уравненияэкстракции. Установлены параметры реэкстракции галлия и алюминия щелочнымирастворами. Предложены уравнения реэкстракции.3. Установлены параметры экстракции галлия растворами НБЭА-0 изщелочно-карбонатных растворов в присутствии алюминия.Теоретическая значимость.

Полученные данные были использованы влекционном курсе «Физико-химические основы технологии редких элементов»,«Технология прекурсоров на основе редких, рассеянных и платиновых металлов»на кафедре «Химия и технология редких и рассеянных элементов, наноразмерных икомпозиционных материалов им. К.А.Большакова» Московского государственногоуниверситета тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова.Практическаязначимость.Показанаэффективностьиспользованиярастворов НБЭА-0 и НБЭА-2 для извлечения галлия из щелочно-карбонатныхрастворов и отделения его от алюминия.Показано, что концентрирование галлия и отделение его от алюминия изоборотныхщелочно-карбонатныхрастворовнефелиновогопроизводствапроисходит в случае экстракции в режиме перекрестного тока.

В результатепроцесса получают экстракт, содержащий 1,4 г/л Ga, 7,3 г/л Al – то есть молярноесоотношение Ga : Al = 1:14,тогда как в исходном поташном маточнике Ga : Al ≈1:50.6Определены условия проведения реэкстракции галлия в режиме противотока,в результате которой в итоговом реэкстракте CGa = 1,68 г/л, CАl = 3,29 г/л, то естьмолярное соотношение Ga:Al = 1:5. Проведение цементации галлия из данногореэкстракта позволяет получить черновой галлий чистоты 99,9% с выходом около92,6%, и также сэкономить значительное количество алюминия.Предложена принципиальная технологическая схема извлечения галлия изоборотных растворов нефелинового производства.Разработан способ разделения галлия и алюминия из совместных щелочнокарбонатных растворов, с 50-тикратным преобладанием алюминия (заявка напатент №2015107674 от 05,03,2015).На защиту выносятся следующие положения: новые экстрагенты для извлечения галлия и алюминия из щелочнокарбонатных растворов; основные закономерности межфазного распределения галлия и алюминияпри их экстракционном извлечении из щелочно-карбонатных растворовпредложенными реагентами; способ извлечения, концентрирования галлия и отделения его от алюминияиз совместных щелочно-карбонатных растворов.Личныйвкладсоискателясостоитвполучениибольшинстваэкспериментальных результатов, связанных с изучением экстракции галлия,концентрирования и отделения его от алюминия из совместных щелочнокарбонатных растворов, обсуждении результатов и их оформлении.Достоверность и обоснованность результатов диссертации базируется наприменении современных методов исследования (ИК - спектроскопии, межфазномраспределении,жидкостнойхроматографии,спектроскопии,спектроскопииядерно-магнитногоатомно-адсорбционнойрезонанса),взаимноподтверждающих полученные данные, и использовании приборов, прошедшихгосударственную поверку.7Апробация работы.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации