Диссертация (1150090), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Актуальность работы обусловленанеобходимостью получения новых термодинамических данных по сорбциилантаноидов на ионообменных смолах, позволяющих выбрать селективныеаниониты для извлечения и концентрирования РЗЭ из разбавленных растворов и7тем самым, повысить эффективность использования анионообменных смол припереработке низконцентрированного редкоземельного сырья.Цель работы.Определение термодинамических характеристик сорбции комплексныхионов редкоземельных элементов на ионообменных смолах из растворовсложносолевого состава путем изучения ионообменных процессов.Основные задачи работы:Получение изотерм сорбции РЗЭ в виде анионных сульфатныхкомплексов из сульфатных растворов.Получение изотерм сорбции РЗЭ в виде комплексов с Трилоном Б изхлоридных, сульфатных и нитратных растворов.Выбор селективного анионита из возможных анионообменных смол,представленных на мировом рынке: АВ-17-8, D-407, D-403, ЭДЭ-10, PuroliteА170/4675, Z6C15-F, PuroGold, MiniX, АМ-2Б, EV 009.Разработкатермодинамическойметодикиописанияизучаемыхионообменных равновесий, расчёт констант и энергий Гиббса ионообменныхравновесий.Установление зависимости степени извлечения от величин pH, состава иконцентрации компонентов сложносолевых растворов: сульфата магния, хлорида,сульфата и нитрата натрия на анионитах D-403, EV 009.Реализация на основе полученных термодинамических данных процессаразделения РЗЭМетоды исследованийВ работе использованы современные методы химического и физикохимическогоанализа:рентгенофлуорисцентный(РФА),объемный,комплексонометрический,рН-метрический,потенциометрический,8ионометрический, спектрофотометрический для изучения состава исходных иравновесных фаз.Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторном масштабе.Теоретические исследования выполнялись методами термодинамического анализас использованиемпринципаминимизацииэнергииГиббса.Привыводезависимостей применены положения системного анализа процессов.Достоверностьподтверждаетсянаучныхбольшимположений,объемомвыводованалитических,ирекомендацийлабораторныхиэкспериментальных исследований, а также воспроизведением результатованализов, проведенных указанными выше методами исследования.Научная новизна диссертационных исследований Получены новые термодинамические данные по сорбции церия в видеанионных сульфатных комплексов из кислых растворов сульфата магния,комплексных ионов церия, иттрия и эрбия с Трилоном Б из сульфатных,нитратных и хлоридных растворов на анионитах D-403 и ЕV009. Рассчитаны значения констант ионообменного равновесия и энергии Гиббсаионногообменасиспользованиемзаконадействующихмасс,модифицированного для реакций ионного обмена. Определено влияние рН, концентрации высаливающих агентов: сульфатамагния, хлорида, нитрата и сульфата натрия на величину сорбции комплексныхионов РЗЭ твердой фазой анионита.Положения, выносимые на защиту:1.

Термодинамическое описание изотерм сорбции анионных комплексовредкоземельных элементов может быть проведено методом, основанным налинеаризации уравнения закона действующих масс, модифицированного дляреакции ионного обмена. Анионные комплексы РЗЭ располагаются в ряд9сорбционной способности в порядке понижения значений энергии Гиббсаионного обмена, коррелирующих с ростом ионных потенциалов сорбированныханионов.2. Разделение анионных комплексов иттрия и церия, эрбия и церия основанона различии констант ионообменного равновесия и значений предельной сорбцииионов; использование фронтального способа ионообменной хроматографиипозволяет выделять соединения индивидуальных РЗЭ.Апробация работы:Основные результаты работы представлялись на конференциях:1.Всероссийская конференция молодых ученых, аспирантов и студентов смеждународным участием «Менделеев 2012», г.

Санкт-Петербург. 2012;2.Конференция молодых ученых химико-металлургического факультетаГорного университета, г. Санкт-Петербург. 2012;3.50-я Юбилейная международная студенческая научная конференция«Студент и научно-технический прогресс». г. Новосибирск. 2012;4.Четвертыймеждународныйконгресс«Цветныеметаллы-2012».г. Красноярск. 2012;5.VII Всероссийская школа-конференция молодых ученых «Теоретическая иэкспериментальная химия жидкофазных систем», г. Иваново.

2012;6.Конференция молодых ученых химико-металлургического факультетаГорного университета, г. Санкт-Петербург. 2013;7.2-ая Российская конференция с международным участием «Новые подходыв химической технологии минерального сырья. Применение экстракции исорбции». г. Санкт-Петербург. 2013.Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи, из них 3в журналах, рекомендованных по направлению 02.00.04 "Физическая химия" ВАКМинобрнауки России, и тезисы 5 докладов.10Структура диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав,заключения,выводовибиблиографическогосписка,включающего110наименований. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста,содержит 53 таблицы и 31 рисунков.11ГЛАВА 1.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР1.1. Области применения редкоземельных элементов (РЗЭ)Редкоземельная индустрия подразделяется на горнодобывающий сектор исектора, связанные с переработкой природного сырья и производствомпромежуточной и рафинированной продукции, представленной смешанными иразделенными (индивидуальными) редкими землями.В последние два десятилетия редкоземельная промышленность развиваласьвесьма высокими темпами – отмечался резкий рост производства, открывались иосваивались новые месторождения, были разработаны новые технологииполучениярафинированныхпродуктов,расширялисьихпотреблениеимеждународная торговля.

В настоящее время отрасль в значительной степениориентирована на удовлетворение потребностей производителей, действующих вобласти высоких технологий.После распада СССР в результате спада в экономике страны выпуск редкихземель в России многократно снизился. Производителем редкоземельного сырья встране являлся «Забайкальский ГОК».

Однако в конце 1993 г. он прекратилпроизводство концентратов в связи с тем, что потребители его продукции (теперьнаходящиеся в различных государствах на территории бывшего СССР) уже былиобеспечены рудой в количествах, достаточных для поддержания эксплуатациисвоих предприятий в течение нескольких лет.Рудный концентрат, производимый на Кольском полуострове компанией«Севредмет»(бывший«ЛовозерскийГОК»),российский«Соликамскиймагниевый завод», подвергает первоначальной переработке и получаемыепромежуточные редкоземельные продукты отгружает в Эстонию компанииAS Silmet для дальнейшей переработки [1].Области применения редкоземельных элементов весьма разнообразны.Редкие земли играют ключевую роль в производстве материалов для12высокотехнологичныхсферпотребления,такихкакэлектроннаяиэлектрооптическая отрасли, информационные технологии, биомедицина, охранаокружающейсреды,энергосбережение.Приэтомонииспользуютсявпроизводстве люминофоров, промышленной керамики, катализаторов длянефтеперерабатывающей и автомобильной промышленности, сверхпроводников,постоянныхмагнитов,высококачественногостекла,волоконнойоптики,кислородных сенсоров, лазеров, аккумуляторных батарей с длительным срокомэксплуатации для электромобилей, кино- и фотоаппаратуры.

Кроме того, редкиеземли находят широкое применение в традиционных сферах потребления, вчастности металлургии.В то время как в виде химических соединений используются всередкоземельные элементы, в форме металлов лишь некоторые из нихпотребляются в промышленных масштабах (в частности, в производствемагнитов). Рынки сбыта редких земель с точки зрения вида потребляемойпродукции подразделяются на два сегмента:сферы, требующие использования неразделенных элементов –производствостекла,катализаторовдлянефтеперерабатывающейпромышленности, перезаряжаемых аккумуляторных батарей, полировальныхпорошков, металлургия;сферы, требующие использования индивидуальных редких земель –производствокаталитическихфильтров-нейтрализатороввыхлопныхгазовавтомобилей, магнитов, люминофоров, конденсаторов, керамики и ряда другихтоваров [2].В таблице 1 представлены основные сферы использования индивидуальныхРЗЭ [3].13Таблица 1- Основные сферы использования индивидуальных РЗЭ в производствеРЗЭСкандий ScИттрий YЛантан LaЦерий CeПразеодим PrНеодим NdСамарий SmЕвропий EuТербий TbДиспрозий DyГольмий HoЭрбий ErИттербий YbЛютеций LuТулий TmГадолиний GdНагляднаяОбласть примененияВысокопрочные Al—Sc-сплавы, электронно-лучевые трубкиКонденсаторы, люминофоры, микроволновые фильтры, стекла,кислородные сенсоры, радары, лазеры, сверхпроводникиСтекла, керамика, автомобильные катализаторы, люминофоры,пигменты, аккумуляторыПолировальные порошки, керамика, люминофоры, стекла, катализаторы,пигменты, мишметалл, УФ-фильтрыКерамика, стекла, пигментыПостоянные магниты, катализаторы, ИК-фильтры, пигменты для стекла,лазерыПостоянныемагниты,микроволновыефильтры,атомнаяпромышленностьЛюминофорыЛюминофорыЛюминофоры, керамика, атомная промышленностьКерамика, лазеры, атомная промышленностьКерамика, красители для стекла, оптические волокна, лазеры, атомнаяпромышленностьМеталлургия, химическая промышленностьМонокристаллические сцинтилляторыЭлектронно-лучевые трубки, визуализация изображений в медицинеВизуализация изображений в медицине, оптическая и магнитнаярегистрация, керамика, стекла, лазеры, кристаллические сцинтилляторы,атомные реакторысхемаиспользованияРЗЭвразличныхпромышленности изображена на рисунке 1.Рисунок 1 - Структура потребления редких металловотраслях14Таким образом, уникальные свойства индивидуальных РЗЭ и их соединенийпредопределяют весьма широкий спектр областей использования в различныхотраслях народного хозяйства.

В структуре потребления на долю коллективных ииндивидуальных РЗЭ приходится 70 и 30 %, а в стоимостном выражениисоответственно 25 и 75 %, причём спрос на индивидуальные элементы неуклонноповышается.1.2. Основные источники РЗЭСреднее содержание РЗЭ в земной коре составляет около 0,01%, это дажебольше чем B, Cu и Co. В целом редкие земли имеются в земной коре в большемколичестве, чем серебро, а содержание четырех наиболее распространенныхэлементов (иттрий, лантан, церий и неодим) превышает соответствующийпоказатель для свинца.Месторождения минералов лантаноидов обычно образуются на позднихэтапах дифференциации эндогенных образований и связаны преимущественно сощелочнымиигранитнымиконцентрируютсявразличныхпородами.типахРедкоземельныемагматогенных,элементыосадочныхиметаморфогенных месторождениях [4].Основными источниками редких земель являются минералы бастнезит(фторокарбонатредкоземельныхметаллов),монацит,лопаритиионно-абсорбционные руды. Однако в мире имеется лишь небольшое числорентабельных для разработки месторождений этих минералов.

Наибольшая частьмировых экономических ресурсов редкоземельных металлов сосредоточена набастнезитовых месторождениях КНР и США. Крупные ресурсы редких земельсвязаны также с месторождениями монацита в Австралии, Бразилии, КНР, Индии,Малайзии, ЮАР, Шри-Ланке, Таиланде и США. Остальные связаны сместорождениями ксенотима, ионно-абсорбционных руд, лопарита, фосфоритов,апатитов, вторичного монацита, эвдиалита, чералита и с жидкими отходамипроизводства урана.15Обычно в редкоземельных минералах наблюдается преобладание элементоводной из подгрупп (цериевой или иттриевой), хотя в небольших количествах естьи остальные РЗЭ. К цериевым минералам относятся: монацит (Сe, La…)PO4 –фосфат; бастнезит (Ce, La, Pr)(CO3)F – фторо-карбонат; лопарит (Na, Ca, Ce…)(Ti,Ta, Nb)O3 – титано-танталониобат.К иттриевым минералам относят: эвксенит (Y, Er, Ce, U, Pb, Ca)(Ti, Ta,Nb)2(O, OH)6 – титано-танталониобат; ксенотим YPO4 – фосфат; иттросинхизит(Y, Ce)FCO3·CaCO3 – фторокарбонат [5].На текущий момент времени промышленным редкоземельным сырьемсчитаются монацит, бастнезит, эвксенит, лопарит [5].

Характеристики

Список файлов диссертации