
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

Разработка производственной методики спектрального определения редкоземельных элементов

Работа №	76135
Тип работы	Дипломные работы, ВКР
Предмет	химия
Объем работы	128
Год сдачи	2016
Стоимость	4215 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	260

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Содержание

Введение 4
Глава 1 Редкоземельные элементы в жизнедеятельности человека, методы их получения и аналитического контроля в производстве 6
1.1. Применение редкоземельных элементов 6
1.2 Руды, минералы РЗЭ и основные месторождения 10
1.2.1 Выделение редкоземельных элементов из руд и минералов 12
1.3 Методы разделения редкоземельных элементов на группы 16
1.4 Аналитический контроль процесса разделения и методы, применяемые для
него 20
1.4.1 Инструментальный нейтронно-активационный анализ (ИНАА) 21
1.4.2 Рентгенофлуоресцентный (РФА) 23
1.4.3 Спектрофотометрия 24
1.4.4 Люминесценция 24
1.4.5 Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП МС) 25
1.4.6 Атомно-абсорбционный спектральный анализ (ААСА) 26
1.4.7 Атомно-эмиссионный спектральный анализ 28
Выводы 31
2 Определение содержаний редкоземельных элементов методом АЭС-ИСП после их экстракционного разделения 33
2.1 Анализируемые объекты и стандартные образцы для градуировки анализа 33
2.1.1 Требования к процедуре отбора образцов из технологической линии 33
2.1.2 Особенности и разнообразие химического состава образцов и подготовка их
проб к анализу 34
2.1.3 Приготовление образцов сравнения для градуировки анализа 34
2.2 Экспериментальная установка для атомно-эмиссионного спектрального анализа растворов с возбуждением спектра в источнике света с индуктивно-связанной плазмой 40
2.2.1 Источник света 41
2.2.2 Спектральный прибор и система освещения его входной щели 41
2.2.2.1 Спектральный блок 42
2.2.2.2 CCD детектор 44
2.2.2.3 Затвор 45
2.2.2.4 Принципы индуктивно-связанной плазмы 45
2.2.2.5 Система ввода пробы (горелка) 46
2.2.2.5.1 Небулайзер и распылительная камера 46
2.2.2.6 Электропитание ВЧ 47
2.2.2.7 Контроль температуры 48
2.2.2.8 Вакуумная система 48
2.2.2.9 Система охлаждения 48
2.2.2.10 Внешнее подключение электроснабжения, газа аргона и охлаждающей
жидкости 49
2.3 Основные рабочие параметры установки АЭСА-ИСП, при которых
производилось количественное определение содержаний редкоземельных элементов в растворах 51
2.4 Результаты атомно-эмиссионного спектрального анализа проб производственных
образцов на содержание в них РЗЭ 52
Выводы 92
Список используемой литературы 94
Приложение А 101
Приложение Б 102
Приложение В 108
Приложение Г

Введение

Редкоземельные элементы (в дальнейшем РЗЭ) - это семейство из 17 химических элементов III группы периодической системы, включающее скандий (Sc), иттрий (Y), лантан (La) и лантаноиды: церий (Ce), празеодим (Pr), неодим (Nd), прометий (Pm), самарий (Sm), европий (Eu), гадолиний (Gd), тербий (Tb), диспрозий (Dy), гольмий (Ho), эрбий (Er), тулий (Tm), иттербий (Yb) и лютеций (Lu). Элементы Се-Eu называют легкими, a Gd-Lu-тяжелыми лантаноидами.
В последнее время РЗЭ приобретают всё более широкое значение и распространение в различных сферах деятельности человека. С каждым годом они все в больших количествах применяются в различных областях науки. И с развитием научно-технического прогресса все более важное значение в технологии редких и рассеянных элементов приобретают процессы выделения и разделения элементов и получения их соединений в чистом виде. В связи с этим различные предприятия, занимающиеся развитием редкоземельной промышленности в Российской Федерации, Китае, Казахстане, Австралии, США и других странах, разрабатываются методики для разделения и получения данных соединений из возможного исходного сырья со своих месторождений (Ловозерское, Хибинское Мурманской области, Томтор и др.), из продуктов переработки апатита (фосфогипс) и внедряют технологические схемы в производство.
Вследствие чего, важной задачей для вышесказанного является аналитический контроль при процессах выделения, разделения и получения редкоземельных элементов и их соединений; непосредственно в моей работе - это будет разработка методики атомно-эмиссионного спектрального определения содержаний редкоземельных элементов (церия, лантана, празеодима, неодима, самария, европия и иттрия) после экстракционного разделения исходного сырья по линии «неодим| самарий» и исследование растворов с производственного передела (исходный раствор на экстракцию, рафинат и реэкстракт) на градуировочных зависимостях различных по содержанию определяемых элементов, измеряемых на приборе Shimadzu ICPE-9000. Тем самым будет проверено влияние матричных составов проб на разных спектральных линиях и выбраны оптимальные рабочие линии.
Целью данной работы являлась разработка производственной методики спектрального определения редкоземельных элементов (оксидов церия, лантана, празеодима, неодима, самария, европия и иттрия) с использованием атомно-эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой (АЭС ИСП/ ICP OES) после экстракционного разделения исходного сырья по линии «неодим | самарий».

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

Заключение

В результате выполнения дипломной работы можно сделать следующие выводы:
1. Разработана методика атомно-эмиссионного спектрального определения содержаний редкоземельных элементов (церия, лантана, празеодима, неодима, самария, европия и иттрия) после экстракционного разделения исходного сырья по линии «неодим| самарий».
2. Проверено и исследовано влияние матричных составов модельных проб на градуировочных зависимостях различных по содержанию определяемых элементов, измеряемых на приборе Shimadzu ICPE-9000.
3. Выбраны оптимальные рабочие линии для исходного раствора на экстракцию, рафината и реэкстракта.
исходный
раствор рафинат реэкстракт
Ce 394,275/413,380 394,275 418,660
La 379,082/379,478 379,082/379,478 398,852
Nd 410,946 394,151/410,946 395,115
Pr 417,939/417,942 417,939/440,884 390,844/440,884
Sm 359,26 359,26 359,26
Eu 381,967 381,967 381,967
Gd 310,051 310,051 310,051
Y 371,030 371,030 371,030
4. Проведен анализ проб с технологической схемы, расчёт концентраций и произведена оценка погрешностей определения содержания РЗЭ в них (Таблица 29 (стр. 91)).
5. Сравнение полученных нами значений содержаний редкоземельных элементов по трём зависимостям дало следующие результаты:
- при анализе исходного раствора и рафината требуется построение зависимости, по распределению похожей на данные растворы (в нашем случае
- подобие Соликамского карбоната);
- в случае реэкстрактов, мы должны учитывать влияние основных элементов на малые содержания остальных лантаноидов - т.е. построение графика на основе данных элементов.

Литература

1. Солодов Н. Редкие металлы - будущее новой техники. // Наука и жизнь. - 1999. - №6.
2. Твердохлебова Т. В. Усова Е. А Экономическая глобализация и проблемы национальной и международной / Проблемы современной экономики //Евразийский международный научно-аналитический журнал. - 2011. - № 4 (40).
3. Емелина Т., Верещагин Ю. Редкоземельные металлы: применение, проблемы, перспективы/Ориентиры развития//Уральский рынок металлов. - 2007. - №3.
4. Косынкин В.Д.,Трубаков Ю. М.,Сарычев Г.А. Прошлое и будущее редкоземельного производства в России//Евразийское научное объединение
5. В.Д. Косынкин, Ю.М. Трубаков. «Элементы будущего сегодня и завтра», Металлы Евразии №5, с.40-44.
6. Найманбаев Мадали. О возможности создания редкоземельной отрасли в Республике Казахстан.// Промышленность Казахстана. - 2008 г. - №5.
7. Пахомов А.А., Чомчоев А.И. Методы определения долей рентного дохода при освоении Томторского месторождения редкоземельных металлов Республики Саха (Якутия)/Экономика и управление народным хозяйством Арктической зоны РФ //Арктика: экология и экономика. - 2014. - № 4(16).
8. Тим Фолджер. Семнадцать элементов: редкоземельные металлы.//
National Geographic. - 2011. - №93.
9. Джумайло А., Скоробогатько Д. "Ростех" поможет решить редкоземельный вопрос/ Анатолий Джумайло, Денис Скоробогатько / /КОММЕРСАНТЪ. - 2014. - 25 апр.
10. Сонгина О.А. Редкие металлы. «Металлургия». - 1964.
11. Гольдинов, А.Л. Комплексная азотнокислая переработка/А.Л.Гольдинов, Б.А.Копылев. - Л.,: Химия,1982. - 207с.
12. Башлыкова Т.В. Извлечение редкоземельных элементов из фосфогипса иотходов золотодобычи./ Башлыкова Т. В., Вальков А. В., Петров В.И./ Технологии получения и использования РЗМ.// Цветные металлы. Изд.дом «Руда и Металлы» - 2012. - №3.
13. Локшин Э. П. Извлечение редкоземельных элементов из промпродуктов и техногенных отходов переработки хибинского апатитового концентрата./ Локшин
Э. П., Калинников В. Т., Тареева О.А./Технологии получения и использования РЗМ.// Цветные металлы. Изд.дом «Руда и Металлы» - 2012. - №3.
14. Вершков А.В. Разработка способа извлечения редкоземельных элементов при сернокислотной переработке апатита: Дис. ... канд. техн. наук : 05.16.03/ Вершков Александр Васильевич ; ИХТРЭМС КНЦ РАН. - Апатиты, 2000. - 143с.
15. Никитинская Т.П. Определение РЗЭ в экстракционной фосфорной кислоте атомно-эмиссионным методом с индуктивно-связанной плазмой на ООО «БАЛАКОВСКИЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ»/Т.П. Никитинская, Н. Ф. Рулёва, А. А. Литус//Мир серы, N, Р и К. - 2012. - выпуск №6.
16. Котов Д. В. Применение масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой для определения РЗЭ в фосфорной кислоте. /Д. В. Котов, В. М. Ретивое, В.З. Красильщик, К. К. Булатицкий//Мир серы, N, Р и К. - 2012. - выпуск №6.
17. Вальков А. В. Красноуфимский монацит как сырье для производстваредкоземельных элементов и удобрений./ Вальков А. В., Сергиевский В. В., Степанов С. И., Чекмарев А. М. /Минерально-сырьевая база РЗМ.// Цветные металлы. Изд.дом «Руда и Металлы» - 2012. - №3
18. Мелептьев Г., Самонов А. Кому и зачем нужен Томтор?// Химия и бизнес -2009. - № 2, 3, 6.
19. Иост, Д. Редкоземельные элементы и их соединения/ Д. Иост, Г. Рэссель, К. Гарнер; по общ. редакцией Д. И. Рябчикова. - М.: Изд-во иностранной литературы, 1949. - 123 с.
20. Основы жидкостной экстракции /Ягодин Г.А.., Каган С.З., Тарасов В.В. и др.; Под ред. Г.А. Ягодина. -М.: Химия, 1981. С. 221-226.
21. Song N., Tong S., Liu W., Jia Q., Zhoua W., Liao W.. Extraction and separation of rare earths from chloride medium with mixtures of 2-ethylhexylphosphonic acid mono-(2-ethylhexyl) ester and sec-nonylphenoxy acetic acid // J. Chem. Technol. Biotechnol. -2009. -V. 84. -P. 1798-1802.
22. Кузьмин В. И., Калякин С. Н., Лескив М. Н. Исследование условий
разделения компонентов органической фазы в системах с ди(2-этилгексиил)- фосфорной кислотой и применение процесса для экстракционного извлечения и разделения РЗМ // Цветные металлы - 2012: сборник докладов 4-го международного конгресса, -Красноярск, 2012, - С. 163-165.
23. Жихарев Д.А Экстракция нитратов редкоземельных металлов (III) органическими смесями на основе нафтеновых, высших изомеров а-,а-разветвленных карбоновых кислот и солей триалкилбензиламмония из многокомпонентных водно¬солевых растворов: автореф. дис. ... канд. хим. наук : 05.17.02 /Жихарев, Дмитрий Андреевич; СПбГТИ(ТУ). - СПб., 2003. 142 с.
24. Xie F., Zhang T., Dreisinger D., Doyle F. A critical review on solvent extraction of rare earths from aqueous solutions // Minerals Engineering. 2014. V. 56. P. 10-28.
25. Adeltawab A.A., Nii S., Kawaizumi F., Takahashi K. Separation of La and Ce with PC-88A by counter-current mixersettler extraction column//Sep. Purif. Technol. -2002. -V. 26. - P. 265-272.
26. Chunhua Y., Jiangtao J., Chunsheng L. et al. Rare Earth Separation in China. //Tsinghua science and technology. - 2006. -V. 11, N. 2, Р. 241-247.
27. Fu N., Tanaka M. Modeling of the equilibria of yttrium (III) and europium(III) solvent extraction from nitric acid with PC-88A // Materials transactions. -2006. -V. 47. No¬P. 136-142.
28. Кузьмин В.И., Калякин С.Н., Лескив М.Н. Управление процессами
экстракционного извлечения и концентрирования катионов металлов с использованием трехфазной экстракции// Химическая технология. -2012. -No.10. -С. 594-599.
29. Акимова И.Д. Сравнение характеристик фосфоновых и фосфиновых кислот при экстракционном извлечении РЗЭ из азотнокислых растворов / И.Д.Акимова., Е.Ю. Мешков,Г.М. Чумакова, Р.С. Щипанова // Всероссийская конференция по редкоземельным материалам «РЗМ-2013».-Томск- 2013. C.37-38.
30. Луцкий Д. С. Извлечение и разделение лантаноидов
гидрометаллургическими методами при комплексной переработке
низкоконцентрированного сырья : автореф. дис. ... канд. техн. наук. — Санкт- Петербург : Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г. В. Плеханова, 2011. — 22 с.
31. Баулин А.А. Экстракционное разделение редкоземельных элементов жидкими мембранами в нестационарных условиях : автореф. дис. ... канд. хим. наук : 05.17.02/ Баулин Александр Александрович; СПбГТИ(ТУ). - СПб., 2005. - 126 с.
32. Thakur N.V. Separation of rare-earths by solvent extraction // Miner. Process. Extr. Metall. Rev. -2000. -V. 21. -P. 277-306.
33. Зимина Г.В.. Экстракционные схемы разделения редкоземельных металлов / Г.В. Зимина, И.И. Николаева, М.В. Таук, М.В.Цыганкова/ Редкие металлы, полупроводники //Цветные металлы. -2015. - выпуск №4.
34. Луцкая В.А. Повышение эффективности разделения редкоземельных металлов в азотнокислых растворах: автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.16.02/ Луцкая Вероника Александровна; Горный институт. - СПб.,2013.
35. Рябчиков, Д.И., Вайнштейн Э.Е. Аналитическая химия редкоземельных элементов и иттрия. - М.:Наука,1966. - 329 с.
36. Г.К. Будников, В.Н. Майстренко, М.Р. Вяселев. Основы современного электрохимического анализа. М.: Мир. 2003г.
37. Химическая энциклопедия: в 5 т. - М.: Советская энциклопедия, 1988. - 641с. - 1т.
38. Горбатенко А.А. Ревина Е.И. Инструментальные методы определения редкоземельных элементов (обзор)/Анализ вещества//Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2014.Т.80. - №4. С.7-19.
39. Rao T.P., Metilda P., Gladis J.M. Overview of Analytical Methodologies for Sea Water Analysis: Part I - Metals// GRAC Crit. Rev. Anal. Chem. - 2005. Vol. 35. - P. 247-288.
40. Waheed S., Rahman A., Siddique N., Ahmad S. Rare earth and Other Trace Element Content of NRCC HISS-1 Sandy Marine Sediment Reference Material/ Geosatnd. Geoanal. Res. - 2007. Vol.31. - №2.P.133-141.
41. Maind S.D., Kumar S.A., Chattopadhyay N., et al. Analysis of Indian blue ballpoint pen inks tagged with rare-earth thenoyltrifluoroacetonates by inductively coupled plasma-mass spectrometry and instrumental neutron activation analysis// Forensic Sci. Int. -
2006. Vol. 159. - №1 Р.32-42.
42. Павлинский Г.В. Основы физики рентгеновского излучения (учебное пособие)// Иркутск: РИО Иркутского госуниверситета, 1999, с.-168
43. Аналитическая химия. В 3Т. Т1/ под ред. Л. Н. Москвина М.: Изд. Центр «Академия». 2008. 576с.
44. Суворова Л.Ф., Конев А.А., Конева А.А. и др. Методика количественного электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа редкометально- редкоземельных минералов // Аналитика и контроль. - 2006. Т.10. - №2. С.131-136.
45. Цветянский А.Л., Еритенко А.Н. Рентгенофлуоресцентное определение высоких содержаний иттрия в редкоземельных концентратах// Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2006.Т.72. - №6. С.25-27.
46. Sitko R., Zawisza B., Czaja M. Fundamental parameters method for determination of rare earth elements in apatites by wavelength-dispersive X-ray fluorescence spectrometry//J. Anal. At. Spectrom. - 2005.Vol.20. - №8. С.741-745.
47. Аналитическая химия. В 3-х Т. Т.1.Методы идентификации и определения веществ: учеб. Для студ. Высш.учеб.заведений / [А.А. Белюстин и др.]; под ред. Л.Н. Москвина. - М.: Издательский дом «Академия». - 2004. - 503с.
48. Karpinska J. Derivative spectrophotometry - recent applications and directions of development//Talanta. - 2004.Vol.64. - P.801-822.
49. Гаджиева С.Р., Гусейнов Ф.Э., Ахундова М.Т. и др. Определение лютеция (III) с 2,3,4-тригидрокси-3'-нитро-4'-сульфоазобензолом в присутствии Тритон Х-114// Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2010.Т.76. - №2. С.23-25.
50. Гайдук О.В., Панталер Р.П., Бланк А.Б. Фотометрическое определение церия в присутствии Ca, Sr и Al// Заводская лаборатория. Диагностика материалов. -
2007. Т.73. - №3. С.15-18.
51. Гайдук О.В., Панталер Р.П., Бланк А.Б. Фотометрическое определение микрограммовых количеств церия (IV) тропеолином 00 // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2006.Т.72. - №5. С.12-14.
52. Гудзенко Л.В., Панталер Р.П., Бланк А.Б. Количественная оценка содержания активирующей добавки неодима в сцинтилляционных материалах на основе молибдата свинца спектрофотометрическим методом// Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2007.Т.73. - №3. С.12-14.
53. Гаджиева С.Р., Гусейнов Ф.Э., Чырагов Ф.М. Фотометрическое определение редкоземельных элементов с 2, 2',3,4-тетрагидрокси-3'-сульфо- 5' - азобензолом// Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2007.Т.73. - №5. С.19-21.
54. Yang T., Qin W. Fluorimetric determination of traces of europium (III) using a new chelator and acetate or phosphate in dimethylsulfoxide as enhancers//Microchim. Acta. - 2006.Vol.157. - №1-2.Р.55-61.
55. Пупышев А.А., Суриков В.Т. Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой. Образование ионов. - Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 276с.
56. Лебедев А.Т. Заинкин В.Г.Задачи и достижения современной масс- спектрометрии (обзор)/Анализ вещества//Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2007.Т.73 -№2 С.21-29.
57. Карандашев В.К., Тютюнник О.А., Кубракова И.В. Определение редкоземельных элементов в геологических объектах методами масс-спектрометрии и атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой// Масс- спектрометрия. - 2011.Т.8. - №4. - С.242-258.
58. Калинина В.Н., Рулева Н. Ф. Обзор аналитических методов контроля РЗЭ при переработке апатита// Мир серы, N, Р и К, 2012 г, выпуск №6.
59. Robinson P., Townsend A.T. Yu Z., Munker C. Determination of scandium, yttrium and rare earth elements rock by high resolution inductively coupled plasma-mass spectrometry//Geostand. Geoanal. Res. - 1999.Vol.23. - №1. - P.31-46.
60. Ясныгина Т.А. Маркова М.Е. и др. , Определение редкоземельных элементов, Y, Zr, Nb, Hf, Ta, Th в стандартных образцах серии ДВ методом масс- спектрометрии с ИСП //Заводская лаб. Диагностика материалов. - 2015. Т.81. - №2. С. 10-20.
61. Прайс В. Аналитическая атомно-абсорбционная спектроскопия. - М.: Мир, 1976. - 358с.
62. Дробышев А.И. Основы атомного спектрального анализа: Учеб. пособие. - СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та. - 2005. - 200 с.
63. Кельнер P. Аналитическая химия, т. 2, Р. Кельнер, Ж. - М. Мерме, М. Отто, Г. М. Видмер. - изд. «Мир», Москва, 2004. - 728 с.
64. А.А. Ганеев, С.Е. Погарев, А. Пупышев, С.Е. Шолупов. Атомно-абсорбционный анализ, СПб, 2001. 189 с.
65. Biju V.M., Rao T.P. FAAS determination of selected rare earth elements coupled with multielement solid phase extractive preconcentration// Chem. Anal. - 2005,Vol.50. - №5 - P.935-944.
66. Шеина Т.В., Беликов К.Н., Брылёва Е.Ю., Гребенюк Н.Н. Определение основных компонентов в монокристаллах оксидных соединений на основе Li, B, Sr, La, Gd методами атомной спектрометрии//Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2011.Т.77 -№11 С. 11-16.
67. Спектральный анализ чистых веществ/ под ред. Х.И. Зильберштейна. - СПб: Химия, 1994. - 336с.
68. Zhang Y., Deng L.B., Ye W.H. Does the long-term application of calcium superphosphate lead to an increase of the soil rare earth element contents?//!. Environ. Sci. (China). - 2006, Vol.18. - -№1. P.130-134.
69. Gasquez J.A., DeLima E., Olsina R.A. et al. A fast method for apatite selective leaching from granitic rocks followed through rare earth elements and phosphorus determination by inductively coupled plasma optical emission spectrometry// Talanta/ - 2005. Vol.67. - -№4. P.824-824.
70. Никитинская Т.П. Определение РЗЭ в экстракционной фосфорной кислоте атомно-эмиссионным методом с индуктивно-связанной плазмой на ООО «Балаковские минеральные удобрения»/Т.П. Никитинская, Н. Ф. Рулёва, А. А. Литус//Мир серы, N, Р и К. -2012. - выпуск №6.
71. Зароченцева Е.П. Математическая обработка результатов эксперимента. Методическое пособие для лабораторного физического практикума. /Е.П.Зароченцева, И.С.Бобкова, Н.А.Малешина. Под ред. В.И.Короткова. - СПб.:ВВМ,2009. - 52с.