Введение к работе
Актуальность работы. Рубидий и его соединения могут использоваться в производстве катализаторов для химического, нефтехимического и органического синтеза, фотоэлектрических преобразователей, металлических теплоносителей для ядерных реакторов и в других областях народного хозяйства.
Широкое применение рубидия сдерживается высоким уровнем цен, что связано с высокой себестоимостью на его получение при современном сочетании экономики и уровня развития технологии, что приводит к необходимости поиска эффективных направлений извлечения рубидия из сырья природного и техногенного происхождения.
Одним из наиболее известных сырьевых источников рубидия в России являются технологические растворы, образующиеся при комплексной переработке нефелиновых руд и концентратов. Снижение уровня цен на рубидиевую продукцию может быть достигнуто за счет увеличения производства соединений рубидия при комплексной переработке нефелиновых концентратов, которые в больших объемах перерабатываются в России.
Значительный вклад в развитие технологии извлечения рубидия из нефелиновых руд и концентратов внесли отечественные ученые, в их числе: Плющев В.Е., Степин Б.Д., Степина С.Б., Воскобойников Н.Б., Липин В.А., Сизяков В.М., Зайцев Ю.А., Скиба Г.С., Зимина Г.В., Серебренникова Г.М. и др.
В тоже время анализ предложенных технологических решений позволяет говорить о том, что существующие схемы извлечения рубидия в большинстве своем громоздки и малопроизводительны. Недостаточная изученность растворимости соединений рубидия в технологических растворах, получаемых при переработке нефелинового сырья на глинозем и химические продукты, низкое извлечение рубидия, так же как и отсутствие увязки с основным производством, привели к тому, что ни одна технология получения соединений рубидия до сих пор не используется.
Настоящая работа посвящена решению проблемы снижения себестоимости получения соединений рубидия с учетом требований к их качеству и особенностей технологии переработки нефелинового сырья.
Цель работы. Повышение эффективности выделения соединений рубидия из технологических растворов глиноземного производства при комплексной переработке нефелинового сырья.
Идея работы. Выделение рубидия из технологических растворов глиноземного производства в виде малорастворимого комплексного галогенида рубидия с теллуром.
Задачи исследований:
Разработка и освоение методики определения растворимости комплексных галогенидов рубидия в технически значимых физико-химических системах;
Определение технологических параметров осаждения гексахлортеллурита рубидия из кислых растворов, обеспечивающих наибольшее извлечение рубидия с минимальным содержанием калия и других металлов;
Разработка эффективного способа переработки гексахлортеллурита рубидия с получением товарных соединений рубидия и регенерацией реагента-осадителя;
Разработка и обоснование эффективной технологии извлечения рубидия из поташных маточных растворов при комплексной переработке нефелинового сырья.
Научная новизна:
экспериментально определена растворимость при 250С в системах Rb2TeCl6 – HCl – H20, Rb2TeCl6 – HCl – С2H5OH– H20, МеC1 – HCl – C2H5OH –H2O, где Me – Rb, K и Na, что является термодинамической основой выделения рубидия из технологических растворов и отделения от калия и натрия;
экспериментально установлено, что при термическом разложении в окислительной атмосфере при температуре 350 – 4000С гексахлортеллурита рубидия (Rb2[TeCl6]), возможно его полное разложение на хлорид рубидия и диоксид теллура, при выщелачивании которых водой в интервале значений рН = 4–5 теллур практически нацело (99,8-99,9%) выделяется из раствора в виде диоксида, что позволяет повторно использовать регенерируемый диоксид теллура для осаждения рубидия и обеспечивает полный оборот реагента-осадителя.
Защищаемые положения.
Концентрирование рубидия и отделение его от калия в солянокислых растворах целесообразно проводить методом осаждения малорастворимых комплексных соединений рубидия с теллуром, что позволяет, по сравнению с существующими методами выделения рубидия из растворов, сократить количество стадий, повысить прямое извлечение рубидия и получать соли рубидия с минимальным содержанием калия и других металлов;
Для извлечения рубидия при комплексной переработке нефелинового сырья следует применять технологию переработки поташных маточных растворов, включающую отделение щелочных элементов в кислотно-спиртовых растворах, осаждение рубидия из солянокислых растворов в виде малорастворимого комплексного галогенида с теллуром и регенерацию реагента-осадителя в виде диоксида теллура, что позволяет снизить затраты на получение соединений рубидия.
Методы исследований. В работе были использованы экспериментальные и теоретические методы исследований. Для изучения свойств и составов жидких и твердых технологических продуктов и полупродуктов производства широко использовались физические и физико-химические методы: рентгенофазовый, рентгенофлуоресцентный, рентгеноспектральный и другие методы классического химического анализа.
Степень обоснованности и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации подтверждается всесторонним информационным анализом, использованием современных методов исследований и обработки данных, сходимостью расчетных и экспериментальных данных, полученных на различных этапах экспериментальных исследований.
Практическая значимость работы:
Предложено конкурентоспособное технологическое решение выделения рубидия из поташных маточных растворов при комплексной переработке нефелинового сырья, на регистрацию которого в качестве изобретения подана заявка (№2009127921 Способ извлечения рубидия из солянокислых растворов);
Реализация в промышленном масштабе предложенной технологии извлечения рубидия из технологических растворов глиноземного производства позволяет расширить номенклатуру выпуска продукции заводов (соединений рубидия), перерабатывающих нефелиновое сырье, за счет организации выпуска дорогостоящих и ликвидных видов рубидиевой продукции;
Полученные научные и практические результаты работы вошли в лекционные курсы по дисциплинам «Металлургия редких металлов» и «Новые и перспективные процессы в металлургии цветных металлов» для подготовки студентов по специальности 150.102 - «Металлургия цветных металлов»
Апробация работы. Основные результаты диссертации освещались на Международной конференции «New developments in Geoscience, Geoengineering, Metallurgy and Mining Economics» (Германия, г.Фрайберг, 2008 г.); 7-ой и 8-ой Международных научно-технических конференциях «Современные технологии освоения минеральных ресурсов» (г. Красноярск, СФУ, 2009 и 2010 гг.); Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (г. Екатеринбург, УГТУ, 2009 г.); 6-ой Международной научной школе молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (г. Москва, Институт проблем комплексного освоения недр РАН, 2009 г.); 1-ом Международном конгрессе «Цветные металлы Сибири-2009» (г. Красноярск, 2009 г.); Научно-практической конференции «Инновационное развитие горно-металлургической отрасли» (г. Троицк, Троицкий научный центр РАН, 2009 г.).
Личный вклад автора состоит в анализе существующих способов разделения и выделения рубидия из растворов, постановке цели и задач исследований, проведении лабораторных исследований, обработке полученных данных, подготовке статей и материалов для участия в конференциях.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России, подана 1 заявка на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 25 таблиц и 27 рисунков. Библиография включает 110 наименований.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, доктору технических наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ В.М. Сизякову, кандидату технических наук, доценту Ю.А. Зайцеву, сотрудникам отдела аналитических исследований СПГГИ (ТУ) и сотрудникам кафедры МЦМ СПГГИ (ТУ) за внимание, помощь и поддержку на различных этапах выполнения диссертационной работы.
