
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

РАЗРАБОТКА СОРБЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ РАСТВОРОВ ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНА

Работа №	102059
Тип работы	Авторефераты (РГБ)
Предмет	физика
Объем работы	22
Год сдачи	2016
Стоимость	250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	139

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Содержание

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ВЫВОДЫ
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение

Актуальность и степень разработанности темы
В связи с восстановлением производства редкоземельных элементов в России, большой интерес представляет поиск новых избирательных методов их извлечения из различных источников, содержащих РЗЭ.
Учитывая, что природные рудные скопления РЗЭ на данный момент и ближайшую перспективу далеки от освоения, встает задача попутного извлечения РЗЭ на действующих производствах горно-металлургического и химического комплекса, а также переработки накопленных техногенных отходов, которые отличаются приемлемым, для промышленного освоения, содержанием РЗЭ. Широкое использование таких источников позволит повысить ресурсосбережение в огромных масштабах за счет экономии эксплуатационных и капитальных затрат на разведку и добычу минерального сырья, отчасти решит экологическую проблему и позволит в короткий срок запустить добычу РЗЭ. Среди перспективных источников, богатых редкоземельными элементами, следует выделить промпродукты переработки урановых руд - возвратные растворы подземного выщелачивания (ПВ) урана.
К особенностям переработки растворов ПВ урана следует отнести, как правило, низкое содержание РЗЭ и сложный химический состав. В этой связи, многие отработанные промышленностью технологии концентрирования и извлечения РЗЭ в данном случае, оказываются непригодными и малопроизводительными.
Сорбционное извлечение РЗЭ представляются наиболее целесообразными на этапе первичного концентрирования.
Изучению сорбционных методов концентрирования РЗЭ из многокомпонентных растворов было посвящено много работ проводимых более 40 лет назад, в связи с решением проблем «ториевого цикла». Вторичный характер задач по концентрированию РЗЭ не мотивировал исследователей на полноценные, законченные исследования по этому вопросу. Поэтому, необходимо констатировать, что известные в настоящее время технологии выделения РЗЭ из высокоминерализованных растворов и пульп не отвечают совокупности требований, предъявляемых к современным ресурсосберегающим технологиям, что делает актуальным проведение исследований по поиску и синтезу сорбентов с улучшенными характеристиками для эффективного решения таких технологических задач.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России, соглашение о предоставлении субсидии от 29.09.2014 г. № 14.581.21.0002 (уникальный идентификатор соглашения КРМЕР!58114Х0002), в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».
Цель работы заключается в разработке сорбционной технологии извлечения РЗЭ из растворов подземного выщелачивания урана.
В связи с поставленной целью основными задачами исследования являются:
- исследование различного класса ионитов для селективной сорбции РЗЭ из возвратных растворов ПВ урана;
- изучение экстракции РЗЭ фосфорсодержащими экстрагентами и импрегнатами на их основе;
- разработка сорбционной технологии извлечения редкоземельных элементов из растворов ПВ урана на основе установленных закономерностей;
- испытание разработанной технологии сорбционного извлечения РЗЭ из возвратных растворов ПВ урана в условиях действующего производства.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования:
1. Впервые показано, что использование макропористых сульфокатионитов с повышенным содержанием дивинилбензола (ДВБ), позволяет выделить РЗЭ из сульфатных растворов с высоким содержанием железа и алюминия.
2. Впервые синтезированы амиды 2-фосфорил-феноксиуксусных кислот.
Установлено, что эффективность экстракции РЗЭ амидами 2-фосфорил-феноксиуксусных кислот резко увеличивается в присутствии ионной жидкости бис[(трифторметил)сульфонил]имида 1-бутил-3-метилимидазолия.
3. Впервые ссинтезирован ряд импрегнатов на основе полимерного носителя и октилового эфира пентилфосфоновой кислоты, смеси пара-, мета- и орто-изомеров ди(толил)фосфиновых кислот и диалкилфосфата тетраалкиламмония для эффективного группового выделения РЗЭ из сульфатных растворов.
Практическая значимость работы:
1. Исследовано поведение РЗЭ при экстракции амидами 2-фосфорил- феноксиуксусных кислот, 2-фосфорилфенолами, амилфосфоновой кислотой и фосфорилподандами кислотного типа для концентрирования и разделения РЗЭ из сульфатных растворов. Показано, что по экстракционным и селективным свойствам по отношению РЗЭ, исследованные материалы не уступают, а целом ряде случаев превосходят Д2ЭГФК - хорошо известный эффективный экстрагент (ТВЭКС) для РЗЭ.
2. Показана возможность отделения РЗЭ от породообразующих и радиоактивных элементов с использованием синтезированных импрегнатов и ТВЭКСов. Полученные закономерности использованы для дезактивации получаемого концентрата РЗЭ.
3. На основе полученных экспериментальных данных разработана и испытана в производственных условиях технология извлечения РЗЭ из возвратных растворов ПВ урана с получением не менее чем 50 % коллективного концентрата.
Методология и методы исследования
При выполнении диссертационной работы использовались классические методы синтеза, выделения и очистки органических веществ, современные инструментальные методы исследования с соответствующим программным обеспечением для характеристики полученных соединений и подтверждения их строения.
Основные положения, выносимые на защиту:
- результаты изучения сорбции ионов РЗЭ макропористым сульфокатионитом;
- результаты исследования экстракционных систем на основе 2- фосфорилфеноксиуксусных кислот и их синергетических смесей с ионными жидкостями, производных 2-фосфорилфенолов, диарилфосфиновых кислот, амилфосфоновой кислоты, фосфорилподандов кислотного типа для концентрирования РЗЭ из сульфатных растворов;
- результаты исследования по очистке РЗЭ от примесей с использованием импрегнатов на основе октилового эфира пентилфосфоновой кислоты, смесьи пара-, мета- и орто-изомеров ди (толил)фосфиновых кислот и диалкилфосфата тетраалкиламмония для сорбционного концентрирования и отделения РЗЭ от примесей;
- технология извлечения РЗЭ из возвратных растворов ПВ урана.
Степень достоверности полученных результатов определяется сходимостью теоретических и экспериментальных данных, подтверждённых опытно-промышленными испытаниями, в непрерывном циклическом режиме.
Личный вклад автора
Личный вклад автора заключался в непосредственном участии на всех этапах работы: литературном поиске, планировании и проведении экспериментальных
исследований, анализе и обсуждении результатов, подготовке, в соавторстве, научных публикаций, написании диссертации.
Апробация работы:
1-я Всероссийская научно-практическая конференция «Перспективы добычи, производства и применения РЗМ» (Москва, 2010); Международная конференция «Редкоземельные элементы: геология, химия, производство и применение» (Москва, 2012); Всероссийская конференция по редкоземельным материалам «Актуальные вопросы добычи, производства и применения редкоземельных элементов в России» (Томск, 2013); 2-я Российская конференция с международным участием «Новые подходы в химической технологии минерального сырья. Применение сорбции и экстракции»; Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы получения и применения РЗМ (Москва, 2014); Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы получения и применения РЗМ (Москва, 2015).
Публикации
Основное содержание работы представлено в 8 статьях, опубликованных в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК, 5 патентах на изобретение, 17 тезисах докладов на всероссийских и международных конференциях.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, шести глав экспериментальной части, выводов, списка литературы из 223 наименований. Работа изложена на 188 страницах, содержит 102 рисунка и 42 таблицы.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

Заключение

1. Расчётные данные свидетельствуют, что наличие сульфат ионов в возвратных растворах ПВ урана определяет нахождение РЗЭ в виде положительно заряженных или нейтральных комплексов, которые будут играть главенствующую роль в процессах первичного концентрирования. С уменьшением рН устойчивость отрицательно заряженных комплексов РЗЭ увеличивается.
2. Исследования по выщелачиванию РЗЭ из руды Далматовского месторождения показали, что степень извлечения РЗЭ в продуктивный раствор не превышает 20-25% при существующем режиме отработки скважин. При сернокислотном выщелачивании происходит изменение соотношений РЗЭ по сравнению с соотношениями в исходной руде в сторону увеличения доли наиболее ценных элементов иттриевой группы.
3. Высокой эффективности при первичном концентрировании РЗЭ из растворов ПВ урана можно добиться с использованием макропористых сульфокатионитов с повышенным содержанием дивинилбензола. При проведении сорбции РЗЭ из растворов ПВ урана на макропористом сульфокатионите 16% ДВБ, его последующей промывки раствором I Ь80.| - 75 г/дм3, десорбциии раствором (N14)2804- 300 г/дм3 и осаждении карбонатов РЗЭ из элюатов десорбции, удается получить концентрат с содержанием РЗЭ не менее 50%.
4. Исследование новых экстрагентов для первичного извлечения РЗЭ в данной
работе позволило выделить наиболее перспективные: амиды 2-фосфорил-
феноксиуксусных кислот, производные 2-фосфорилфенолов, амилфосфоновая кислота и фосфорилподанды кислотного типа. Установлено, что по экстракционным и селективным свойствам по отношению РЗЭ, исследованные соединения не уступают, а целом ряде случаев превосходят Д2ЭГФК - хорошо известный эффективный экстрагент для РЗЭ.
5. Синтезирован ряд импрегнатов как для эффективного группового выделения, так и для разделения РЗЭ из сульфатных растворов. Изучено выделение РЗЭ импрегнатами на основе октилового эфира пентилфосфоновой кислоты, смесью пара-, мета- и орто-изомеров ди (толил)фосфиновых кислот и диалкилфосфата тетраалкиламмония Показана возможность отделения РЗЭ от основных породообразующих элементов. На практике использование данного типа сорбционных материалов удалось реализовать для дезактивации концентрата РЗЭ путём его растворения в соляной кислоте и селективной сорбции РЗЭ на ТВЭКСе 1.суаШ V? ОС 1026 при рН = 0,8-1. При этом актиний остается в растворе, а ожидаемый коэффициент очистки концентрата РЗЭ от Ас-227 составит 100.
6. Проведение укрупнённых испытаний технологии извлечения РЗЭ из растворов ПВ урана подтвердило основные закономерности, установленные в лабораторных экспериментах. В результате предварительного осаждения примесей из элюатов десорбции удалось получить концентраты карбонатов с содержанием примесей не более 1%.

Литература

1. Рычков, В.Н. Кинетика сорбции ионов лантана из солянокислых растворов аминокарбоксильными и аминофосфорнокислыми амфолитами/ В.Н. Рычков, Е.В. Кириллов // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2004. - Т.4, №4. - С. 469-474 (0.25 п.л./0.125 п.л.).
2. Рычков, В.Н. Сорбция ионов лантана из солянокислых растворов аминокарбоксильными и аминофосфорнокислыми амфолитами / В.Н. Рычков, Е.В. Кириллов // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2004. - Т.4, №6. - С. 739-743 (0.208 п.л./0.104 п.л.).
3. Баулин, В.Е. Комплексные соединения Nd, Er, Eu с 1,6-Бис(дифенилфосфорил)- 2,5-диоксагексаном (L). Кристаллическая структура [Nd2(NO3)óL3] / В.Е. Баулин, И.С. Иванова, И.Н. Полякова, Е.Н. Пятова, В.Н. Рычков, Е.В. Кириллов, С.В. Кириллов, А.Ю. Цивадзе // Журнал неорганической химии. - 2015. - Т.60, №7. - С. 929-933 (0.208 п.л./0.026 п.л.).
4. Туранов, А.Н. Экстракция РЗЭ(111) из азотнокислых растворов бис(диарилфосфорилметил)бензолами // А.Н. Туранов, В.К. Карандашев, В.Е. Баулин, Е.В. Кириллов, С.В. Кириллов, В.Н. Рычков, А.Ю. Цивадзе // Журнал неорганической химии. - 2015. - Т.60, №8. - С. 1117-1123(0.29 п.л./0.036 п.л.).
5. Туранов, А.Н. Экстракция редкоземельных элементов и скандия амидами 2- фосфорилфеноксиуксусных кислот в присутствии ионной жидкости / А.Н. Туранов, В.К. Карандашев, В.Е. Баулин, И.П. Калашникова, Е.В. Кириллов, С.В. Кириллов, В.Н. Рычков, А.Ю. Цивадзе // Журнал неорганической химии. - 2016. - Т.61, №3. - С. 396-402. (0.29 п.л./0.036 п.л.).
6. Туранов, А.Н. Экстракция редкоземельных элементов
функционализированной ионной жидкостью 1,11 -Бис(1-метилимидазоль-3-ил)-3,6,9- триоксандекан бис(гексафторфосфатом) // А.Н. Туранов, В.К. Карандашев, В.Е. Баулин, Е.В. Кириллов, С.В. Кириллов, В.Н. Рычков, А.Ю. Цивадзе // Журнал неорганической химии. - 2015. - Т.61, №10. - С. 1383-1387. (0,16 п.л. / 0,05 п.л.).
7. Туранов, А.Н. Экстракция редкоземельных элементов 2-[2'- (метоксидифенилфосфорил)фенилдиазенил]-4-трет бутилфенолом в присутствии пикратов 1-бутил-3-метилимидазолия и триоктилметиламмония // А.Н. Туранов, В.К. Карандашев, В.Е. Баулин, Е.В. Кириллов, С.В. Кириллов, В.Н. Рычков, А.Ю. Цивадзе // Журнал неорганической химии. - 2016. - Т.61, №11. - С. 1-4. (0,16 п.л. / 0,05 п.л.).
Статьи в журналах, входящих в базы цитирования Scopus и Web of science:
8. Rychkov, V.N. Deactivation of the scandium concentrate recovered from uranium leach
liquors / V.S. Semenishchev, M.A. Mashkovtsev, E.V. Kirillov, S.V. Kirillov, G.M. Bunkov, M.S. Botalov // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. - 2016. -
doi:10.1007/s10967-016-4990-3 (0.29 п.л./0.048 п.л.).
Патенты:
9. Пат. 2473708 Рос. Федерация: МПК: C22B 59/00, C22B 3/08, C22B 3/24. Способ извлечения редкоземельных элементов из фосфогипса / Рычков В.Н., Кириллов Е.В., Смирнов А.Л., Язев В.А., Иванько В.А. ; заявитель и патентообладатель УрФУ. - 2011133281/02 ; заявл. 09.08.2011 ; опубл. 27.01.2013, Бюл. №3. - 6с. (0.25 п.л./0.05 п.л.).
10. Пат. 2457266 Рос. Федерация: МПК: C22B 59/00, C22B 17/00, C22B 3/24. Способ извлечения суммы редкоземельных элементов из растворов / Рычков В.Н., Кириллов Е.В., Смирнов А.Л., Дементьев А.А., Попонин Н.А. ; заявитель и патентообладатель УрФУ. - 2010154361/02; заявл. 29.12.2010 ; опубл. 27.07.2012, Бюл. №21. - 7с. (0.29 п.л./0.058 п.л.).
11. Пат. 2484162 Рос. Федерация: МПК: C22B 59/00, C22B 17/00, C22B 3/24. Способ извлечения суммы редкоземельных элементов из технологических и продуктивных растворов и пульп / Рычков В.Н., Кириллов Е.В., Смирнов А.Л., Дементьев А.А., Попонин Н.А. ; заявитель и патентообладатель УрФУ. - 2010154345/02; заявл. 29.12.2010 ; опубл. 10.07.2012, Бюл. №16. - 7с. (0.29 п.л./0.058 п.л.).
12. Пат. 2462523 Рос. Федерация: МПК: C22B 59/00, C22B 3/24. Способ
извлечения суммы редкоземельных элементов из технологических и продуктивных растворов / Рычков В.Н., Кириллов Е.В., Смирнов А.Л., Дементьев А.А., Попонин Н.А. ; заявитель и патентообладатель УрФУ. - 2010154353/02; заявл. 29.12.2010 ; опубл.
27.09.2012, Бюл. №27. - 7с. (0.29 п.л./0.058 п.л.).
13. Пат. 2462523 Рос. Федерация: МПК: C22B 59/00, C22B 3/04, C22B 3/24. Способ извлечения редкоземельных металлов из фосфогипса / Колясников С.В., Борисов М.М., Кириллов Е.В., Рыбина М.Л ; заявитель и патентообладатель ООО «Научно-производственное предприятие Уралхим». - 2011146510/02; заявл. 16.11.2011 ; опубл. 27.12.2012, Бюл. №36. - 7с. (0.29 п.л./0.072 п.л.).
Публикации в прочих научных изданиях:
14. Смирнов, А.Л. Сорбционное извлечение скандия фосфорсодержащими ионитами / А.Л. Смирнов, С.М. Титова, В.Н. Рычков, Е.В. Кириллов, Н.А. Попонин, И.А. Свирский // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2016. - Т.16. №4. - С. 439¬445 (0.25 п.л./0.05 п.л.).
15. Рычков, В.Н. Использование импрегнированных сорбентов для извлечения РЗМ из сульфатных растворов / В.Н. Рычков, Е.В. Кириллов // Перспективы добычи, производства и применения РЗМ: Сб. материалов 1-й Всероссийской научно практической конференции. - М.: ОАО "ВНИИХТ", 2011. - С. 108-110 (0.125 п.л./0.06 п.л.).
16. Кириллов, Е.В. Сорбция ионов РЗМ ионитами различных классов из растворов подземного выщелачивания урана / Е.В. Кириллов, В.Н. Рычков // Перспективы добычи, производства и применения РЗМ: Сб. материалов 1 -й Всероссийской научно практической конференции. - М.: ОАО "ВНИИХТ", 2011. - С. 111-113 (0.125 п.л./0.06 п.л.).
17. Kirillov, E.V. Selective Recovery of Trace REE from Acid Aqueous Solution with dialkyl hydrogen phosphoric acid Impregnated Resins / E.V. Kirillov, V.N. Rychkov, M.L. Cherny //Summaries of 1st International Conference On methods and materials for Separation processes Kudowa Zdroj, Poland, 2011. - P. 160 (0.041 п.л./0.014 п.л.).
18. Рычков, В.Н. Пути экстракционно-хроматографического получения концентратов РЗМ / В.Н. Рычков, Е.В. Кириллов, Г.М. Буньков // Редкоземельные элементы: геология, химия, производство и применение: Сб. материалов Международной конференции. - М.: ОАО "ВНИИХТ", 2012. - С. 127-128 (0.083 п.л./0.028 п.л.).
19. Рычков, В.Н. Сорбция скандия из сернокислых и карбонатных растворов / В.Н. Рычков, А.Л. Смирнов, Е.В. Кириллов // Новые подходы в химической технологии переработки минерального сырья. Применение процессов экстракции и сорбции: Сб. материалов II всероссийской научной конференции с международным участием: - Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2013. - С. 162-164 (0.125 п.л./0.06 п.л.).
20. Рычков, В.Н. Сорбция редкоземельных металлов на комплексообразующих ионитах / В.Н. Рычков, Е.В. Кириллов, С.В. Кириллов, Г.М. Буньков // Новые подходы в химической технологии переработки минерального сырья. Применение процессов экстракции и сорбции: Сб. материалов II Всероссийской научной конференции с международным участием: - Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2013. - С. 164-166 (0.125 п.л./0.06 п.л.).
21. Рычков, В.Н. Влияние процесса гидратации на сорбцию РЗМ сульфокатионитами / В.Н. Рычков, Е.В. Кириллов, С.В. Кириллов, Г.М. Буньков // Новые подходы в химической технологии переработки минерального сырья. Применение процессов экстракции и сорбции: Сб. материалов II Всероссийской научной конференции с международным участием: - Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2013. - С. 79-82 (0.167 п.л./0.041 п.л.).
22. Кириллов, Е.В. Источники РЗМ на Урале и технологии их переработки / Е.В. Кириллов, С.В. Кириллов, М.Л. Чёрный, В.Н. Рычков, А.М. Пастухов, А.Е. Машкин, Г.М. Буньков // Актуальные вопросы добычи, производства и применения редкоземельных элементов в России: материалы Всероссийской конференция по редкоземельным материалам «РЗМ-2013» : тезисы докладов/ под ред. Б. М. Кербеля. - Северск: Изд-во СТИ НИЯУ МИФИ, 2013. - С. 25-26 (0.083 п.л./0.012 п.л.).
23. Рычков, В.Н. Интенсификация извлечения РЗМ из фосфогипса / В.Н. Рычков,
Е.В. Кириллов, С.В. Кириллов, Б.В. Абдулазизов, Г.М. Буньков // Актуальные вопросы получения и применения РЗМ: Сб. материалов международной научно-практической конференции. - М.: ОАО «ИНСТИТУТ «ГИНЦВЕТМЕТ», 2014. - С. 90-94 (0.167
п.л./0.033 п.л.).
24. Машковцев, М.А. Сравнение нейтральных фосфорорганических экстрагентов для разделения редкоземельных элементов лёгкой группы / М.А. Машковцев, Е.В. Кириллов, Д.В. Смышляев, Г.М. Буньков // Актуальные вопросы получения и применения РЗМ-2015: Сб. материалов Международной научно-практической конференции. - М.: ОАО «ИНСТИТУТ «ГИНЦВЕТМЕТ», 2015. - С. 121-124 (0.167 п.л./0.031 п.л.).