Engineering Sciences Series / 2023 year / Issue 2

Показана возможность глубокого извлечения свинца и серебра из маточных растворов осаждения свинцового кека, полученных при переработке промежуточных продуктов газоочистки никелевого производства. Очистку растворов предложено проводить с применением анионообменной сорбции доступным отечественным ионитом ЭДЭ-10П, что обеспечивает извлечение свинца и серебра до 78 и 93 % соответственно. Извлечение элементов предотвратит накапливание свинца в основной технологии и обеспечит снижение потерь серебра.

Разработаны математическая модель совместной экстракции РЗЭ раствором Р507 в изопар-л для применения в программе расчета экстракционных каскадов, а также принципиальные технологические схемы экстракционных каскадов разделения по линиям самарий/неодим, лантан/празеодим и неодим/празеодим.

Исследуется образование полиморфных модификаций ортосиликата цинка — β-Zn2SiO4 и -Zn2SiO4 — при термообработке интермедиантов, осажденных посредством взаимодействия в водной среде между гидросиликагелем, выделенном из серпентиновых минералов (Mg(Fe))6[Si4O10](OH)8, гидроксидом натрия NaOH и хлоридом цинка ZnCl2. Установлено, что в зависимости от условий, при которых осуществляется перемешивание при атмосферном давлении исходных реагентов, в полученных интермедиантах при нагреве кристаллизация β-Zn2SiO4 и -Zn2SiO4 протекает по-разному.

Изучены сорбционные свойства композита оксид марганца (IV) / механоактивированный графит по отношению к вольфраму и молибдену. Исследовано влияние рН раствора в диапазоне от 1 до 12, массы сорбента, времени сорбции на степень извлечения вольфрама и молибдена. Показано, что процесс сорбции вольфрама и молибдена на композите описывается моделью Дубинина — Радушкевича.

При длительном хранении влажного высокодисперсного порошка металлического циркония в определенных условиях может протекать процесс агрегирования частиц, который приводит к переходу порошка в твердый комковидный материал, не обладающий сыпучестью, что существенно ограничивает его применение. Цель настоящей работы состояла в установлении вероятных причин, приводящих к агрегированию частиц порошков циркония при длительном хранении, и оценке возможности перевода комковидного материала в исходное порошкообразное состояние с сохранением его основных физико-химических свойств. Установлено, что наиболее вероятной причиной агрегирования частиц является способность атомов циркония, находящихся в поверхностных слоях металла, участвовать в образовании оксо-мостиковых связей в условиях кислой среды. На примере комковидного материала, образовавшегося при хранении металлического порошка натриетермического циркония марки ПЦрН-А, опробован способ дезагрегации частиц путем обработки раствором гидроксида натрия, который позволяет необратимо перевести комковидный материал в устойчивое порошкообразное состояние, характерное для кондиционного порошка. Механизм щелочной обработки заключается в необратимом разрыве оксо-мостиковых связей в материале, и образовании на поверхности частиц циркония гидроксильных групп, что сопровождается разрушением агрегатов и их распадом на индивидуальные частицы. Показано, что обработка раствором гидроксида натрия различной концентрации не приводит к значимому изменению химического состава поверхностных слоев частиц, и позволяет сохранить основные физико-химические характеристики порошка циркония. Образцы порошка циркония исследованы методами сканирующей электронной микроскопии, рентгеноспектрального микроанализа. Определено содержание общего и активного циркония, значение удельной поверхности порошков. Оценена их чувствительность к трению и электрической искре.

Установлено влияние генезиса кобальтита неодима на его энергосодержание и удельную электропроводность. Определены зависимости удельной электропроводности кобальтита неодима от его энергосодержания, рассчитанные по данным рентгеноструктурного анализа, и температуры.

Приведены результаты исследования эволюции микроструктуры и состава диффузионных покрытий, формирующихся на поверхности нихромового сплава Х20Н80 при его погружении в расплав алюминия, в зависимости от температурно-временных параметров процесса алитирования.

Температура воспламенения — одна из важнейших характеристик порошков металлов. Ее определение проводится при изготовлении и перепроверке партий металлических порошков. Разработаны установка и методика для автоматизированного определения температуры воспламенения порошков металлов, имеющая улучшенные показатели точности.

Получен порошок соединения Li2ZnTi3O8 по спековой технологии. Установлено, что синтез при 1200 ºС позволяет получить монофазный термически стабильный порошок с совершенной микроструктурой. Гранулометрический состав порошка после измельчения отвечает всем требованиям, предъявляемым к порошкам, используемым в технологии низкотемпературной сообжиговой керамики. Полученный порошок перспективен для создания на его основе таких микроэлектронных компонентов, как фильтры, резонаторы и монополи по технологии LTCC.

Методом циклической вольтамперометрии изучено электрохимическое поведение титана и влияние катионов щелочноземельных металлов (Mg2+, Ca2+, Sr2+ и Ва2+) на кинетику переноса заряда редокс- пары Ti(IV)/Ti(III) в хлоридно-фторидных расплавах различного состава. Рассчитаны стандартные константы скорости переноса заряда и энергии активации процесса переноса заряда.

Радиоактивные изотопы редкоземельных элементов (РЗЭ) находят все возрастающее применение в ядерной медицине для диагностических и терапевтических целей, так как обладают эффективными ядерно- физическими свойствами. Семнадцать элементов побочной подгруппы III группы Периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева с атомными номерами 21, 39, 57, 58–71 (скандий, иттрий, лантан и 14 лантаноидов) составляют редкоземельные элементы. С каждым годом все больше внимания уделяется радиоактивному изотопу лютеция 177Lu, наиболее перспективному для использования в терапевтических средствах нового поколения, в том числе для клеточной терапии онкологических заболеваний. Преимущества 177Lu определяются его ядерными характеристиками: оптимальная глубина проникновения в человеческие ткани при радиотерапии малых опухолей и малая лучевая нагрузка на здоровые органы обеспечиваются максимальной энергией β-излучения 496 кэВ, наличие низкоэнергетического γ-излучения 113 кэВ позволяет проводить контроль за процессом лечения, период полураспада 6,71 дня делает возможной транспортировку препаратов с 177Lu на значительные расстояния. Для определения удельной активности 177Lu и сопутствующих радионуклидных примесей при облучении на ректоре ВВР-К была проведена оценка прямого способа изотопа 177Lu, также проанализированы ядерно- физические характеристики по литературным данным. Данная исследовательская работа позволяет оценить возможность получения 177Lu по реакции (n, γ) на реакторе ВВР-К из природной и обогащенной мишени лютеция.

Проведены исследования по извлечению примесей бора из никелевых растворов одноатомными алифатическими спиртами. Для 2-этилгексанола изучено влияние кислотности водной фазы и концентрации спирта на степень извлечения бора. Определен состав экстрагируемого комплексного соединения борной кислоты и спирта. Получены никелевые растворы с остаточным содержанием бора ≤ 0,010 г·дм-3.

Приведены результаты исследования электрических свойств твердых растворов на основе перовскита индата лантана. Образцы с общей формулой The LaIn1 -xZnxO3-1/2x были синтезированы твердофазным методом. Были определены границы области гомогенности, произведено уточнение структуры, морфологии, а также исследованы электрические свойства однофазных образцов.

Методом линейной вольтамперометрии исследован процесс электрохимического восстановления кремния на стеклоуглероде в расплаве (мол. %) 66.5KF–33.3KCl–0.23K2SiF6. Исследовано влияние добавки 2 мол. % KI на электровосстановление кремния. Оценено влияние мениска на величину пика катодной плотности тока электрохимического восстановления кремния на стеклоуглероде. Установлено, что добавление йодида калия в исследуемый расплав не оказывает влияния на кинетику и механизм электрохимического восстановления ионов кремния.

Рассматривается опыт применения имеющихся на ФГУП «ПО “Маяк”» технологий утилизации отходов производства II и V классов опасности с учетом действующей в Российской Федерации системы обращения с отходами производства и потребления. Показаны пути решения возникающих вопросов с правовой точки зрения в рамках последних изменений природоохранного законодательства.

Представлены результаты исследования реакции окисления монооксида углерода на двойных и тройных кобальтсодержащих оксидных катализаторах, полученных золь-гель методом с автогорением и использованием микроволновой технологии. Установлены условия сочетания микроволновой обработки с золь-гель методом с автогорением. Использована энергия микроволн для «поджигания» геля без дальнейшего продолжительного облучения, каталитическая активность полученных оксидных систем в окислительной конверсии моноксида углерода сравнима с активностью аналогичных образцов, полученных золь-гель методом с традиционным горением.

Описываются результаты восстановления композита на основе оксида графена, в структуру которого введены соли металлов. Композит представляет собой протяженную плотную пленку. Катионы металлов связаны с поверхностью оксида графена за счет кислородных функциональных групп. Материал далее восстанавливали химическим и термическим способами, а также обрабатывали в сверхкритическом изопропаноле. Обработка в сверхкритических условиях приводит к восстановлению оксида графена, при этом соли металлов восстанавливаются до наночастиц металлов.

Приведены результаты изучения фазового состава сподуменового концентрата, полученного путем ручной разборки и исследовано его разложение с применением сернокислотного способа. Найдены условия 97 %-го извлечения лития из концентрата. Показана эффективность переработки сподумена в Мурманской области с использованием серной кислоты Кольской ГМК.

Исследование связано с необходимостью замены порошка циркония, производимого ранее на «предприятии № 1» на порошок, выпускаемый в настоящее время на «предприятии № 2». В ходе исследований, предваряющих внедрение порошка в производство на «предприятии № 2» были выявлены некоторые различия свойств порошков циркония разного происхождения. Цель работы состояла в том, чтобы методами исследования поверхности, структуры, химического и фазового составов выяснить причину различий и предложить меры по их устранению. Анализ результатов позволил сформулировать пути доработки существующей на «предприятии № 2» технологии и предложить альтернативный способ получения порошка циркония.

Приведены экспериментальные результаты по восстановлению металлов из пыли дуговых электропечей гидролизным лигнином в инертной атмосфере. Данные термогравиметрической кривой обработаны при температурах 700–1 000 ºC. Установлено, что восстановление происходит в две стадии: 700–800 ºC и 800–950 ºC. Методом рентгенофазового анализа определено, что образцы исходной пыли и восстановленные при разных температурах не однофазны. В исходной пыли преобладают фазы Fe3O4 и ZnO, при 800 ºC — наибольшая интенсивность у рефлексов фазы FeO, при 1 000 ºC в образцах появляется фаза Fe. На основании данных термического и рентгенофазового анализов предложены уравнения реакций, лежащие в основе процесса восстановления металлов пыли гидролизным лигнином.

Представлены результаты исследования сорбционного выделения цезия из раствора емкостей — хранилищ щелочных высокоактивных отходов (ВАО) ФГУП «ПО “Маяк”» с использованием резорцинформальдегидной смолы РФС-и и неорганического сорбента «Ферсал» на основе модифицированного ферроцианида никеля. Показано, что по основным сорбционным показателям «Ферсал» превосходит РФС-и. Однако РФС-и демонстрирует устойчивую работу в повторяющихся циклах в отличие от «Ферсала». Сделан предварительный выво д о перспективности обоих сорбентов для очистки реальных щелочных ВАО предприятия.

Исследован процесс получения порошков карбидов тантала и ниобия при использовании в качестве прекурсоров металлических порошков этих металлов, а в качестве источника углерода паров ацетона. В температурном интервале 700–850 °С при использовании магния в качестве in situ-раскислителя металлов получены порошки карбидов TaC, Ta2C и NbC. Удельная поверхность порошков находится на уровне 8–26 м2·г-1. Порошки характеризуются мезопористой структурой. Средние размеры кристаллитов составляют 10–16 нм.

Исследованы особенности формирования реакционной массы и структуры порошков тугоплавких металлов V (Ta, Nb) и VI (Cr, W, Mo, MoCr, MoW) групп, образующихся при восстановлении сложных оксидных соединений (Mg4Ta2O9, Mg4Nb2O9, MgCr2O4, MgWO4, CaWO4, MgMoO4, CaMoO4, MgW0.3Mo0.7O4, Cr2(MoO4)3, Cr2WO6) парами щелочноземельных металлов (Mg, Ca). Установлено, что после восстановления в определенных условиях соединений, содержащих металлы VI группы, имеет место пространственное разделение продуктов, заключающееся в том, что основная масса оксида металла-восстановителя располагается вне реакционной зоны. Показано, что порошки как чистых металлов, так и сплавов имеют мезопористую структуру. Удельная поверхность металлических порошков многократно превышает удельную поверхность порошков прекурсоров.

Целью работы было найти условия наибольшей сорбции вольфрама композитным сорбентом на основе монтмориллонита. Показано, что модифицированный частицами магнетита монтмориллонит сорбирует до 99 % вольфрама из 10 мг/л раствора W(VI). Максимальная разница сорбции W(VI) и Mo(VI) на исходном монтмориллоните наблюдается в среде ацетатного буфера при рН = 5,4. Десорбция вольфрама с поверхности монтмориллонита составила 98 %.

При использовании уравнений Фарадея и Фика получено аналитическое выражение для расчета состава катодного осадка UO2-ZrO2, который образуется при одновременном протекании на электроде электрохимической и химической реакций. Установлено качественное (а в некоторых случаях количественное) совпадение формы зависимостей величин от условий процесса.

Исследовано восстановление соединений ниобия Nb2O5 и Mg4Nb2O9 парами кальция в интервале температуры 750–850 °С. Установлены особенности пористой структуры полученных порошков ниобия и показано влияние крупности частиц используемого прекурсора на полноту восстановления, которая возрастает с уменьшением среднего размера частиц ниобата магния.

Полые алюмосиликатные микросферы (ценосферы) стабилизированного состава (стеклофаза > 90 мас. %), выделенные из летучих зол от сжигания угля, были использованы для получения лютеций /иттрий- алюмосиликатных микросфер в качестве прекурсоров микросферических источников β-излучения на основе Lu-177 и/или Y-90, применяемых для селективной радиационной терапии опухолей. Получены цеолитизированные микросферы, содержащие фазу цеолита NaP1 (GIS) и исследованы его сорбционные свойства в отношении Lu3+/Y3+. В результате быстрого цикла нагрева — охлаждения при 1200 оС в движущемся слое происходит аморфизация цеолитного компонента без формирования кристаллической фазы лютеция/иттрия с сохранением сферической формы прекурсора.

Работа посвящена электрохимическому синтезу биметаллического гафний-никелевого алкоксида, исследованию влияния состава электролита на параметры процесса, дана характеристика полученных соединений.

Приведены результаты исследования вскрытия титан -, бор- и вольфрамсодержащих концентратов с использованием NH4HF2, (NH4)2SO4 и смеси этих реагентов. Показано, что при твердофазном взаимодействии с указанными реагентами при нагревании до 200 °С происходит фторирование входящих в состав концентрата компонентов с образованием простых и комплексных фторидов, дальнейшее повышение температуры приводит к образованию гидросульфата аммония NH4HSO4, который при взаимодействии с образовавшимися фторидами приводит к их конверсии в растворимые двойные сульфаты. Показаны пути извлечения компонентов концентратов с получением в качестве товарных продуктов коммерчески востребованных соединений.

Применение Hg и амальгам в мире запрещено. Хорошим заменителем Hg могут явиться жидкие сплавы на основе нетоксичного Ga, имеющие широкие области жидкого состояния и обладающие высокой электро- и теплопроводностью, устойчивостью на воздухе и при взаимодействии с порошками металлов с образованием композитов. Указаны стадии процесса формирования диффузионно-твердеющего композита (ДТК), определено время взаимодействия основных компонентов при различных режимах термообработки. Показано положительное влияние введения в ДТК небольшого количества порошков материалов.

Предложен метод извлечения металлов из частиц твёрдой фазы с помощью экстрагентсодержащих микроэмульсий, изучены его особенности на модельной системе с CuO. Показано, что метод микроэмульсионного выщелачивания пригоден для извлечения цветных металлов из различных видов рудного и вторичного техногенного сырья, а экстрагентсодержащие микроэмульсии на основе ди-(2-этилгексил)фосфата натрия и додецилсульфата натрия являются перспективными функциональными наноматериалами для гидрометаллургии.

Исследованы процессы коррозии кандидатных материалов для ЖСР — никель-хром-молибденовых сплавов типа «хастеллой (Hastelloy)» (С-2000, ХН65МВУ) и стали 12Х18Н10Т, сплавов никель-хром (Н80Х20), никель- титан (NITINOL), никель-медь (Monel 404) — в расплаве на основе LiF–NaF–KF с составами, характерными для ЖСР-С в при температуре 550 °С. Определены весовой и глубинный показатели коррозии материалов.

Исследованы процессы коррозии кандидатных материалов для ЖСР — никель-хром-молибденовых сплавов типа «хастеллой (Hastelloy)» (С-2000, ХН65МВУ) и стали 12Х18Н10Т, сплавов никель-хром (Н80Х20), никель- титан (NITINOL), никель-медь (Monel 404) — в расплаве на основе LiF–NaF–KF с составами, характерными для ЖСР-С в при температуре 550 °С. Определены весовой и глубинный показатели коррозии материалов.

Изучена совместная экстракция пары Nd/Pr экстрагентом P507. Получены концентрационные константы равновесия неодима и празеодима, на основе которых вычислены эффективные значения термодинамических параметров. Подобраны условия для разделения пары Nd/Pr при организации метода «параметрического перекачивания».

Приведены практические результаты исследований Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья (ИХТРЭМС) в области получения танталовых конденсаторных порошков различных классов. Рассмотрены принципиальные технологические схемы и оригинальные решения отдельных, входящих в них операций получения агломерированных осколочных порошков с удельным зарядом 3 000–6 500 мкКл·г-1, натриетермических конденсаторных порошков с удельным зарядом 8 000–70 000 мкКл·г-1 и магниетермических порошков с удельным зарядом 80 000–120 000 мкКл·г-1.

Приведены результаты получения микрокристаллического гидроксиапатита (без добавок, с добавками желатина, ЭДТА, ПВП, ПВС). Методом РЭМ установлено, что добавки в значительной степени влияют на морфологию поверхности частиц гидроксиапатита. Соотношение Ca/P в образцах определено с использованием энерго- дисперсионного анализа. На основе синтезированного гидроксиапатита получены волокна методом электроформования.

Приведены результаты поведения скандия в сульфатных системах, полученных при переработке красных шламов глиноземного производства. Показано, что кристаллизующийся в выбранных условиях сульфоскандат аммония NH4Sc(SO4)2 имеет большие перспективы в качестве гравиметрической формы. Осаждение NH4Sc(SO4)2 обладает высокой селективностью для отделении скандия от других распространенных компонентов растворов, о чем свидетельствуют высокие коэффициенты разделения скандия и другого металла βSc/M, например, для пары с алюминием βSc/Al = 4280. Дополнительно установлена возможность селективного осаждения менее растворимой двойной соли KSc(SO4)2. Продукт перекристаллизации и прокаливания содержит 99 % Sc2O3.

Спектрально чистый графит после механоактивации демонстрирует сорбционные свойства по отношению к ионам Mo(VI), W(VI), Cr(VI), Ni(II), Fe(III) (более 95 % сорбции в интервале рН от 4 до 6,5), что может быть использовано для их отделения от Re(VII) и As(V) и в перспективе применяться в целях химического анализа.

Показано значительное улучшение способности удалять экотоксиканты — шестивалентный хром и краситель метиленовый синий — из водных растворов под действием коротковолнового видимого излучения для диоксида титана модификации анатаз после проведения механоактивации.

Приведены результаты термодинамического моделирования и экспериментальные данные по хлорированию сплавов U — (Ru,Rh,Pd) хлоридом свинца в расплавленной эвтектике LiCl-KCl. Найдено, что удаётся извлечь почти весь уран до остаточного содержания 1 –4 %.

Установлено, что при использовании для осаждения смеси металлического железа и серы возможна глубокая медеочистка хлоридных никель-кобальтовых растворов. Проведены промышленные испытания медеочистки растворов выщелачивания кобальтового концентрата железо-серным реагентом, в ходе которых достигнуто снижение концентрации меди до 10 и менее мг/л.

Обобщены результаты исследований комплексообразующих свойств фосфорилкетонов по отношению к актинидам и лантанидам, позволяющие выявить наиболее эффективный и селективный комплексообразующий лиганд из класса фосфорилкетонов — 5-(дифенилфосфорил)гексан-3-он. С использованием этого лиганда была продемонстрирована возможность эффективного извлечения редкоземельных металлов, а также урана(VI) и тория(IV) из растворов вскрытия фосфогипса в рамках одного технологического экстракционного процесса и проведено сравнение эффективности использования 5-(дифенилфосфорил)гексан-3-она в качестве экстрагента с коммерчески доступными ТБФ и ТОФО.

Определены оптимальные условия экстракционного извлечения U(VI), Th(IV) и La(III) из азотнокислых сред фосфорилированными кислотными подандами варьированием длины полиэфирной цепочки, связывающей ароматические фрагменты, выявлен наиболее эффективный поданд — 1,5-бис[о-(гидроксиэтоксифосфорил)- фенокси]-3-оксапентан с диэтиленгликолевой цепочкой -(OCH 2CH2)2O-. Методами физико-химического анализа исследован состав, предполагаемое строение экстрагируемых комплексов U(VI) и Nd(III) с 1,5-бис[о-(дигидроксифосфорил)фенокси]-3-оксапентаном.

Работа посвящена определению удельной поверхности мелкодисперсных порошков циркония разных производителей методом низкотемпературной адсорбции азота с использованием современного аналитического оборудования. Исследовались натриетермические порошки циркония двух разных производств, а также крупный порошок электролитического циркония после его измельчения по гидридной технологии. В результате получены значения величин удельной поверхности исследованных порошков циркония по методу БЭТ, а также отмечены особенности проведения таких измерений на анализаторе «Сорбтометр-М002» применительно к указанным материалам.

Определены физико-химические характеристики свежих и отработанных катодных материалов типа LiCoO2 (LCO), LiNi1 -x-yMnxCoy (NMC), LiMn2O4 (LMO), LiFePO4 (LFP) литий-ионных аккумуляторов (ЛИА). Приведены результаты сравнительного анализа свойств катодных материалов отработанных ЛИА с исходным катодным материалом, используемым при создании разных типов аккумуляторов. Установлено, что частицы катодов отработанных ЛИА вследствие спекания содержат частицы размером до 100 мкм.

Выполнен краткий сравнительный анализ существующих способов электролитического получения кремния. Отмечены преимущества и недостатки используемых электролитов на основе расплавленных солей и органических растворителей. Показано, что наибольшее внимание уделено принципиальной возможности электролитического получения кремния преимущественно из расплавов KCl — KF с добавками K2SiF6 и SiO2, а также из расплавов CaCl2 — CaO с добавками SiO2 и CaSiO3. Приведены результаты электроосаждения из малофторидных систем на основе хлоридов с добавкой K2SiF6 и перечислены задачи для дальнейшего практически ориентированного развития электрохимии кремния.

Исследованы основные стадии технологии переработки никель-кадмиевой электродной массы щелочных аккумуляторов, включающие: сернокислотное выщелачивание и последующую кристаллизацию основных компонентов системы — кадмия и никеля в виде двойных сульфатов MSO4·(NH4)2SO4·6H2O (солей Туттона), где M = Ni, Cd. В результате проведенных исследований выявлены закономерности поведения никеля и кадмия на стадии выщелачивания раствором серной кислоты и кристаллизации двойных сульфатов. Показано, что разделение кадмия и никеля в сернокислотном растворе выщелачивания никель-кадмиевой аккумуляторной массы путем кристаллизации двойных сульфатов никеля и кадмия-аммония достигается в три стадии с получением кристаллов состава NiSO4·(NH4)2SO4·6H2O, за две стадии кристаллизации и степенью извлечения никеля 99 %, а также CdSO4·(NH4)2SO4·6H2O и CdSO4·(NH4)2SO4 на третьей стадии кристаллизации. Железо остается в маточном растворе после выделения всех ценных компонентов.

Изучено влияние электролита (Na2B4O7, Na2WO4) и режим плазменно-электролитической обработки ниобия на состав, морфологию поверхности и оптические свойства формируемых покрытий.

В результате проведенных исследований установлено, что замена водной среды на органическую (ацетон), обладающую более низким значением поверхностного натяжения, позволяет получить продукт со значительно более развитыми удельной поверхностью и удельным объемом пор. Так, замена воды на ацетон позволяет практически в ~ 4 раза повысить как Sуд., так и Vпор.. Показано, что при первоначальном присутствии воды в порах гидратированного оксида алюминия (ГОА) средний диаметр пор высушенного продукта составляет 34 нм. Обработка синтезированного образца ацетоном приводит к увеличению среднего диаметра пор высушенного продукта до 510 нм.