Извлечение цветных и редких металлов из отходов металлургического производства и нетрадиционных источников сырья с использованием кристаллизационных и сорбционных процессов

Вид материала

Автореферат диссертации

Содержание Основные научные и практические результаты работы.

Подобный материал:

• Гост 1639-78: лом и отходы цветных металлов и сплавов общие технические условия, 1661.44kb.
• O Всероссийской олимпиаде  по специальностям 150101 Металлургия чёрных металлов и 150102, 50.91kb.
• Коэффициенты, применяемые при расчете цен на лом и отходы никеля и никелевых сплавов, 50.78kb.
• Коэффициенты, применяемые при расчете цен на лом и отходы олова и оловянно-свинцовых, 43.04kb.
• «производство отливок из сплавов цветных металлов», 38.25kb.
• Выявление и раскрытие незаконного предпринимательства в сфере оборота лома и отходов, 375.22kb.
• Рекомендовано Минобразованием России для направления подготовки диплом, 127.69kb.
• Московский Государственный Институт Стали и Сплавов (Технологический Университет) Кафедра, 461.38kb.
• Исследование гидрометаллургических процессов в многокомпонентных системах производства, 746.99kb.
• Темы рефератов по дисциплине «Материаловедение», 19.05kb.

Заключение

Представленная диссертация является научно-квалификационной работой, в которой разработаны физико-химические основы сорбционной и кристаллизационной технологий извлечения редких и цветных металлов из нетрадиционных источников сырья и низкоконцентрированных природных и техногенных материалов, позволяющие существенно снизить расход материальных ресурсов. Полученные научные результаты составляют основу эффективных технологий извлечения соединений РЗМ из нетрадиционного сырья – экстракционных фосфорных кислот, получаемых при переработке апатита и используемых в качестве удобрений, тяжелых металлов из техногенных отходов металлургических предприятий – почв, грунтов и сточных вод с использование модифицированного железомарганцевого сорбента, что существенно снижает степень токсичности производственных отходов металлургических предприятий.

Основные научные и практические результаты работы.

1. Разработаны физико-химические основы сорбционной и кристаллизационной технологий извлечения тяжелых металлов из низкоконцентрированных нетрадиционных источников сырья и природных и техногенных материалов химико-металлургических производств.
   
2. Установлено, что растворы ОЭФК и ПЭФК, получаемые в результате сернокислотной переработки апатита при производственных температурах на выходе из аппарата, пересыщены как фосфатами, так и фторидами РЗМ.
   
3. Выявлены концентрационные и температурные области метастабильности пересыщенных растворов, в которых доказано извлечение соединений РЗМ на затравках.
   
4. Разработана технология синтеза затравочных фаз, обладающих структурным подобием с растущими кристаллами. Доказано, что на поверхности затравки LnPO₄0,5H₂O (Ln- сумма лантаноидов) кристаллизуется фосфат суммы РЗМ со структурой рабдофанита, на поверхности затравки LnF₃ - фторид РЗМ со структурой флюоцерита.
   
5. Проведен термодинамический расчет растворимости фосфата церия (III) и его равновесных ионных форм в модельном растворе фосфорной кислоты, а также компьютерный термодинамический расчет ионно-минеральных равновесий в многокомпонентных системах ЭФК, позволившие оценить ионный состав исследуемых растворов ЭФК в широком интервале температур 298,15-373,15К и концентраций 1,3-5,8 моль∙кг^-1 фосфорных кислот.
   
6. Описаны процессы кристаллизации и растворения фосфатов РЗМ соответствующими реакциями. Найдены величины энтальпий реакций растворения и кристаллизации фосфата лантаноидов в насыщенном растворе.
   
7. Рассчитаны стандартные термодинамические характеристики комплексных ионов [Ce(H₂PO₄)²⁺], [Ce(H₂PO₄)₂⁺] и соединения CеPO₄0,5H₂O, отсутствующие в справочной литературе.
   
8. Установлены зависимости растворимости фосфатов и фторидов церия и РЗМ от температуры и концентрации фосфорнокислых растворов ПЭФК, ОЭФК, подтверждающие термодинамические расчеты.
   
9. Исследован механизм реакции кристаллизации фосфатов лантаноидов в производственных и модельных растворах без и в присутствии затравочных фаз: определена лимитирующая стадия данного процесса, которой является химическая реакция депротонирования дигидрофосфатных комплексов вблизи поверхности твердой фазы.
   
10. Определена линейная скорость роста кристаллов, доля активной поверхности затравок. Выявлен оптимальный режим извлечения фосфатов и фторидов РЗМ на затравках, соответствующий максимальной скорости роста кристаллов.
    
11. Разработана технологическая схема с использованием колонного кристаллизатора, создающего псевдокипящий слой твердой фазы и обеспечивающего предельное извлечение РЗМ.
    
12. На основе грануляции ЖМК с бентонитовыми глинами получен прочный сорбционный материал с высокими значениями удельной поверхности и емкости.
    
13. Определены значения энергий активации процессов сорбции катионов железа (2+), стронция, никеля (2+) на неорганическом сорбенте, обладающим окислительной функцией.
    
14. Для описания изотерм ионного обмена модифицировано уравнение Лэнгмюра, решением которого являются значения констант ионного обмена катионов Na⁺, Co²⁺, Hg²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺, Sr²⁺, Ni²⁺ на ЖМК, размеров «посадочных» площадок и радиусов сорбированных катионов, характеризующие силу связи катионов с поверхностью сорбента, а также значения энергий Гиббса ионного обмена, характеризующие направление смещения термодинамического равновесия.
    
15. Представлен ряд вытеснительной способности катионов на поверхности ЖМК, коррелирующий с понижением энергии Гиббса ионного обмена.
    
16. Исследована сорбционная способность ряда минералов. В порядке убывания обменной емкости, удельной поверхности и коэффициента распределения катионов стронция между водным раствором и твердой фазой минералы расположены в следующий ряд: каолинит  микроклин  доломит  альбит  олигоклаз, обосновывающий преимущественную фиксацию тяжелых металлов на глинистых минералах.
    
17. Изучена раздельная и совместная сорбция катионов Sr²⁺ и Fe³⁺ на образцах кембрийской глины из водных растворов. Экспериментально определены значения константы и энергии Гиббса ионного обмена катионов стронция и железа (3+), доказывающие возможность ионообменного извлечения из грунта тяжелых металлов.
    
18. В качестве иона-вытеснителя выбран катион Fe³⁺ c большим зарядом, малым гидратированным радиусом и с высоким комплексообразующим действием. Обоснован выбор элюента раствора хлорида железа (3+) и аммония и определен его концентрационный диапазон: 0,01-0,2 моль∙л^-1.
    
19. Разработана технологическая схема цепи аппаратов с регенерацией элюента. Предложены формулы для расчета коэффициентов очистки и числа промывных циклов растворов для достижения заданной степени очистки.
    
20. Проведены технико-экономические расчеты опытно-промышленных установок для извлечения цветных и редких металлов.
    

Основные публикации по диссертации:

1. Черемисина О.В. Теория и практика извлечения цветных, черных и редкоземельных металлов из промышленных растворов, стоков, природных вод и грунтов. СПб. СПГГИ (ТУ). 2008. 149 с.
   
2. Пат. 2340022 РФ. Способ получения сорбента для очистки среды/ С.З.Эль-Салим, Д.Э.Чиркст, О.В.Черемисина, А.А.Чистяков, И.Т.Жадовский. Опубл. 27.11.2008. Бюл. № 33.
   
3. А.с. 1656832 Способ извлечения фторидов редкоземельных элементов/ И.А.Дибров, Д.Э.Чиркст, О.В.Черемисина, И.В.Мелихов, В.Н. Рудин. Опубл. 15. 02. 1991.
   
4. Пат. 2298168 РФ. Анализатор мутных сред/ И.Н.Белоглазов, О.В.Черемисина, С.З.Эль-Салим, Д.С.Киреев. Опубл. 26.02.06 г. Бюл. № 12.
   
5. Пат. 2326951 РФ. Способ извлечения германия из шлаков переработки полиметаллических руд/ Д.Э.Чиркст, О.В.Черемисина, А.А.Чистяков, И.Т.Жадовский. Опубл. 20.11.2006 г. Бюл. № 17.
   
6. Черемисина О.В. Кинетика кристаллизационных процессов соединений редкоземельных металлов на затравочных фазах. Цветные металлы. 2009 г. № 10. С. 47-52.
   
7. Черемисина О.В. Опытно-промышленная установка для извлечения соединений редкоземельных металлов из производственных растворов. Цветные металлы. 2009 г. № 12. С. 45-52.
   
8. Черемисина О.В. Термодинамика кристаллизации фосфатов редкоземельных металлов из растворов ортофосфорной кислоты / Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина, М.В. Иванов, И.Т. Жадовский, А.А. Чистяков // Цветные металлы. 2006. № 11. С. 33–41.
   
9. Черемисина О.В. Гидрометаллургический способ получения чистых оксидов цинка и германия из шлаков медно-свинцового производства / Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина, А.А. Чистяков// Известия вузов. Цветная металлургия. 2008. № 5. С. 37-43.
   
10. Черемисина О.В. Изучение сорбции германия, цинка и свинца на анионите / А.А. Чистяков, Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина // Цветные металлы. № 6. 2009. С. 93-99.
    
11. Черемисина О.В. Горный институт – колыбель первой в России химической научной школы / Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина, Т.Е. Литвинова // Цветные металлы. 2003. № 10. С. 4 – 8.
    
12. Черемисина О.В. Термодинамика гетерогенных процессов в гидрометаллургии и экологии / Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина, Т.Е. Литвинова // Цветные металлы. 2003. № 7. С. 106 – 111.
    
13. Черемисина О.В. Исследование кристаллизации фосфата церия в присутствии фосфата кальция. / И.А. Дибров, Д.Э. Чиркст, О.В. Черемисина, И.В. Мелихов, В.Н. Рудин // Журнал прикладной химии. 1990. Т. 63. № 9. С. 1970-1976.
    
14. Черемисина О.В. Некоторые закономерности кристаллизации фосфата церия (III) из фосфатных растворов / Д.Э. Чиркст, И.В. Мелихов, И.А. Дибров, О.В. Черемисина // Журнал прикладной химии. 1990. Т. 63. № 9. С. 2044-2047.
    
15. Черемисина О.В. Формы кристаллизации лантаноидов из экстракционной фосфорной кислоты / Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина, И.В. Мелихов, Л.Н. Сыркин, К.Н. Чалиян // Журнал прикладной химии. 1991. № 12. С. 2576-2581.
    
16. Черемисина О.В. Растворимость фосфата церия (III) в фосфорной кислоте / Д.Э.Чиркст, И.А.Дибров, О.В. Черемисина, И.В. Мелихов // Журнал физической химии. 1991. Т. 65. № 8. С. 2180-2183.
    
17. Черемисина О.В. Изучение растворимости фосфата и фторида лантаноидов в фосфорнокислых растворах сложного солевого состава / Д.Э.Чиркст, К.Н.Чалиян, О.В. Черемисина// Журнал прикладной химии. 1993. Т. 66. № 9. С. 1927-1933.
    
18. Черемисина О.В. Кинетика кристаллизации фосфатов и фторидов лантаноидов из экстракционной фосфорной кислоты/ И.А. Дибров, Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина// Журнал прикладной химии. 1999. Т. 72. № 5. С. 739-744.
    
19. Черемисина О.В. Извлечение редких металлов и радионуклидов из бедного сырья и грунтов/ Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина, Т.Е. Литвинова// Записки Горного института. 2001. Т. 147. С.186-193.
    
20. Черемисина О.В. Опытная технология дезактивации грунтов, загрязненных радионуклидом стронцием-90 / Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина, Т.Е. Литвинова, М.И. Стрелецкая // Радиохимия. 2001. Т. 43. № 5. С. 575 - 478.
    
21. Черемисина О.В. Поведение цезия в процессе дезактивации грунта 5-го квартала Васильевского острова / Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина, Т.Е. Литвинова, М.И. Стрелецкая, М.В. Иванов // Радиохимия. 2002. Т. 44. С. 378-381.
    
22. Черемисина О.В. Физико-химическое обоснование дезактивации 5-го квартала Васильевского острова Санкт-Петербурга от загрязнения стронцием-90 / Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина, Т.Е. Литвинова, М.В. Иванов //Записки Горного института. 2003. Т. 154. С. 32 - 37.
    
23. Черемисина О.В. Определение поверхности минералов методами сорбции метиленового голубого и тепловой десорбции аргона / Д.Э. Чиркст, О.В. Черемисина, И.С. Красоткин, М.И.Стрелецкая, М.В.Иванов // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76. № 4. С. 687 – 689.
    
24. Черемисина О.В. Термодинамическое исследование сорбции катионов железа (3+) на глине / Д.Э.Чиркст, О.В. Черемисина, Т.Е.Литвинова, М.В.Иванов, Н.А.Мироненкова // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76. № 6. С. 922 – 925.
    
25. Черемисина О.В. Изотерма сорбции катионов стронция на глине / Д.Э.Чиркст, О.В. Черемисина, М.В. Иванов, Н.А. Мироненкова // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76. № 5. С. 755-758.
    
26. Черемисина О.В. Изотерма обмена ионов стронция и железа (3+) на глине / Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина, Т.Е. Литвинова, М.В. Иванов // Журнал прикладной химии. 2004. Т. 77. С. 580-582.
    
27. Черемисина О.В. Сорбция железа (2+) железомарганцевыми конкрециями / Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина, М.В. Иванов, И.Т. Жадовский // Журнал прикладной химии. 2005. Т. 78. № 4. С. 599-605.
    
28. Черемисина О.В. Изотерма обмена катионов никеля и натрия на железомарганцевых конкрециях/ Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина, М.В. Иванов, А.А. Чистяков, И.Т. Жадовский // Журнал прикладной химии. 2006. Т. 79. № 7. С. 1101-1105.
    
29. Черемисина О.В. Термодинамический расчет растворимости фосфатов редкоземельных металлов при различной температуре и концентрациях ортофосфорной кислоты / О.В.Черемисина, Д.Э. Чиркст // Записки Горного института. 2006. Т. 169. С. 219–227.
    
30. Черемисина О.В. Изотерма обмена катионов стронция и натрия на железомарганцевых конкрециях / Д.Э. Чиркст, О.В. Черемисина, М.В. Иванов, И.Т. Жадовский // Журнал прикладной химии. 2006. Т. 79. № 3. С. 374 – 377.
    
31. Черемисина О.В. Кинетика сорбции катионов никеля железомарганцевыми конкрециями / Д.Э. Чиркст, О.В. Черемисина, М.В. Иванов, А.А. Чистяков, И.Т. Жадовский // Известие вузов. Химия и хим. технология. 2006. Т. 49. № 11. С. 81 – 86.
    
32. Cheremisina O. Thermodynamic probe of dissolubility of a phosphate of cerium (III) at different temperatures and concentrations orthophosphates acids. Technische Universität Bergakademie Freiberg. Freiberger Forschungshefte. 2007. S. 169-172.
    
33. Черемисина О.В. Кинетика сорбции катионов стронция железомарганцевыми конкрециями / Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина, А.А. Чистяков, И.Т. Жадовский // Известия вузов. Химия и хим. технология. 2008. Т. 51. № 3. С. 40-45.
    
34. Черемисина О.В. Влияние температуры на сорбцию германия на анионите / Д.Э. Чиркст, А.А. Чистяков, О.В. Черемисина // Журнал физической химии. 2008. Т. 82. № 12. С. 2382-2387.
    
35. Cheremisina O. Deactivation ground a method of an ionic exchange. Technische Universität Bergakademie Freiberg. Freiberger Forschungshefte. 2008. S. 148-152.
    
36. Черемисина О.В. Изотерма обмена катионов натрия и меди на железомарганцевых конкрециях / Д.Э. Чиркст, О.В.Черемисина, М.В. Иванов, А.А. Чистяков, И.Т. Жадовский // Журнал прикладной химии. 2009. Т. 82. № 2. С. 238-242.