Введение к работе
Актуальность темы. Целенаправленное применение солевых расплавов в такой традиционной области,как разложение редко-метального минерального сырья в оптимальных режимах невозможно без предварительного изучения комплекса физико-химических свойств и учета структурных составляющих используемых и образующихся расплавов солей. В литературе отмечается роль расплавленных солей как активной среды при переработке редкометальных минералов, но практически отсутствуют сведения о свойствах расплавов, образующихся в результате взаимодействия компонентов исходных реакционных смесей. Известное соответствие между глубиной протекания процессов, определяющих состояние ионной структуры расплавов, и характером изменения их физико-химических свойств позволяет установить связь степени разложения минерального сырья солевой реакционной смесью с концентрационными зависимостями значений физико-химических свойств и ионным строением расплавов. Одновременно с этим, непосредственное использование результатов изучения свойств расплавов реакционных солевых композиций для оптимизации технологии вскрытия редкометальных минералов и расчетов технологического оборудования расширяется областью их применения в углублении представлений о природе процессов, протекающих при образовании сложных солевых систем.
Исследования, представленные в диссертационной работе,проводились в соответствии с координационными планами АН СССР на 1980-85 и 1986-90 г г. по проблеме "Высокотемпературная электрохимия расплавленных и твердых электролитов", программой Мин-средмаша СССР на I98O-I990 г.г. "ТВЭЛы и ТВС атомных энергетических установок", программой Минатома РФ "Реконструкция и совершенствование технологии с целью улучшения качества изделий
для ТВЭЛов".
Цель работы заключается в выявлении закономерностей влияния степени разложения циркона солевыми смесями на характер изменения физико-химических свойств и ионное строение образующихся расплавов; в получении достоверных экспериментальных и теоретических данных по комплексу физико-химических и термодинамических характеристик и строению сложных солевых систем, образованных галогенидами, кремнефторидом и карбонатом калия, а также расплавов продуктов их взаимодействия в бинарных, тройных и четверных смесях с цирконом.
Научная новизна. Получен значительный экспериментальный материал по комплексу физико-химических свойств, расчитаны термодинамические характеристики и определен ионный состав солевых расплавов бинарных и тройных систем, составленных из хлорида, карбоната и кремнефторида калия. Показано влияние процессов ком-плексообразования и диссоциации автокомплексных ионов на характер концентрационной зависимости изученных свойств. Большая часть экспериментальных данных получена впервые.
Впервые осуществлено комплексное последовательное исследование и получены оригинальные данные по свойствам расплавов продуктов взаимодействия компонентов бинарных, тройных и четверных смесей циркона с галогенидами, кремнефторидом и карбонатом калия. Установлено, что в результате разложения циркона в расплаве протекают процессы диссоциации ранее существовавших ионных форм и образование сложных галогенидцирконатных анионов, количество и строение которых определяют значения изучаемых физико-химических свойств. Показано и подтверждено различными методами, что наибольшей степенью вскрытия циркона характеризуются реакционные солевые смеси, образующие с цирконом расплавы с экстремальными значениями свойств, что позволяет создать научные основы оптимизации
параметров переработки редкометального минерального сырья расплавами солей.
Достоверность полученных результатов гарантировалась использованием ряда методов, данные которых взаимно дополняли друг друга; выводы о характере изменения ионного состава расплавов, полученные разными методами сопоставлялись друг с другом, а также с результатами исследования аналогичных систем. Критерием достоверности является также воспроизведение данных, относящихся к некоторым свойствам изучаемых систем, полученных другими авторами.
Практическая значимость работы. Полученные в работе результаты прежде всего важны для понимания природы взаимодействия компонентов солевых реакционных систем, что и определяет возможность их практического применения. Новая экспериментальная информация по плавкости, плотности, поверхностному натяжению и электропроводности расплавов бинарных и тройных систем из хлорида, карбоната и кремнефторида калия может быть использована не только в качестве справочных данных, но найти свое применение в производстве редких металлов, кремния и т.п.
Экспериментальный материал по физико-химическим свойствам расплавов продуктов взаимодействия циркона с различными реакционными солевыми смесями позволил определить наиболее оптимальные параметры режимов процесса переработки редкометального минерального сырья и сформулировать концепцию выбора состава реакционных композиций с позиций минимальных материальных и энергетических затрат. Оригинальные данные по плавкости, плотности, поверхностному натяжению и электропроводности расплавов продуктов взаимодействия циркона с солевыми смесями имеют самостоятельную ценность как справочный материал.
На защиту выносятся:
I.Результаты экспериментального изучения ряда физико-химических свойств солевых расплавов, используемых и предлагаемых для переработки редкометального минерального сырья.
2.Данные определения термодинамических характеристик расплавов, содержащих хлорид, карбонат и кремяефторид калия.
3. Экспериментальные данные по свойствам расплавов продуктов взаимодействия циркона с солевыми смесями, содержащими гало-гениды, карбонат и кремяефторид калия.
4.Выводы о процессах комплэксообразования и влиянии ионного состава солевых расплавов, содержащих ионы циркония, на характер изменения их свойств.
5.Связь степени разложения циркона солевыми смесями с концентрационными зависимостями физико-химических характеристик и структурой образующихся расплавов.
Апробапия работы. Основные результаты диссертации были доложены с публикацией тезисов на Ш Уральском семинаре по химическим реакциям и процессам в расплавах злектролитов (г.Пермь, 1982); УШ и IX Всесоюзных конференциях по физической химии И электрохимии ионных расплавов и твердых электролитов (г.Ленинград, 1983; г.Свердловск, 1987); республиканской конференции "Перспективы использования физико-химического анализа для разработки технологических процессов и методы аналитического контроля химического и фармацевтического производства" (г.Пермь, 1985); У,У1,УШ Кольских семинарах по электрохимии редкие металлов (г.Апатиты, 1986,1989,1995); ХІУ и ХУ Всесоюзных конференциях по химической технологии неорганических веществ (г.Львов, 1988; г.Казань, 1991); УП Всесоюзном совещании по физико-химическому анализу (г.Фрунзе, 1988); У Уральской конференции по высокотемпературной физической химии и электрохимии (г.Свердловск, 1989).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 33 печатных работы в ведущих научных журналах и сборниках всесоюзных и республиканских конференций, совещаний и семинаров.
Объем и структура работы. Содержание диссертации изложено на 213 страницах машинописного текста, иллюстрируется 56 рисунками и включает 34 таблицы.
