Разработка технологии извлечения скандия из растворов подземного выщелачивания урана : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.17.02

📅 2019 год
Буньков, Г. М.
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………………… 4

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ………………………………………………………………………… 8

1.1 Методы разделения и очистки скандия ………………………………………………………………… 8

1.1.1 Экстракционные методы …………………………………………………………………………………… 9

1.1.2 Ионообменные методы ……………………………………………………………………………………. 20

1.1.3 Мембранная экстракция ………………………………………………………………………………….. 23

1.2 Технологии извлечения скандия ………………………………………………………………………… 24

1.2.1 Извлечение скандия из собственных руд …………………………………………………………. 25

1.2.2 Извлечение скандия из руд редких металлов……………………………………………………. 25

1.2.3 Извлечение скандия из урановых руд ………………………………………………………………. 26

1.2.4 Извлечение скандия из алюминиевых руд ……………………………………………………….. 27

1.2.5 Извлечение скандия из титановых и циркониевых руд …………………………………….. 31

1.2.6 Извлечение скандия из вольфрамовых и оловянных руд ………………………………….. 34

1.2.7 Извлечение скандия из никелевых руд …………………………………………………………….. 36

1.2.8 Извлечение скандия из танталовых и ниобиевых руд ………………………………………. 37

1.2.9 Извлечение скандия из остатков собственных сплавов …………………………………….. 38

1.3 Мировые проекты по получению скандия ………………………………………………………….. 39

1.4 Выводы по главе 1, обоснование и постановка задачи исследования …………………… 43

ГЛАВА 2 ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И РАСТВОРЫ, МЕТОДЫ АНАЛИЗА И
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ …………………………………………………………………………….. 44

2.1 Иониты, экстрагенты методика их синтеза и свойства ………………………………………… 44

2.2 Исследование ионитов ……………………………………………………………………………………….. 46

2.3 Термодинамика соединений скандия в возвратных растворах подземного
выщелачивания урана ……………………………………………………………………………………………… 46

2.4 Кинетика сорбции скандия из растворов подземного выщелачивания урана ……….. 48

2.5 Методики исследований …………………………………………………………………………………….. 49
ГЛАВА 3 СОРБЦИЯ СКАНДИЯ ИЗ РАСТВОРОВ ПВ УРАНА ………………………………. 55

3.1 Характеристика объекта исследования ………………………………………………………………. 55

3.2 Расчет ионно-молекулярного состава технологических растворов ПВ урана ………. 62

3.3 Сорбция скандия на ионитах с использованием технологических растворов ………. 65

3.3.1 Исследование совместной сорбции скандия и тория на ионитах ………………………. 65

3.3.2 Исследование сорбции скандия на ТВЭКСах …………………………………………………… 78

3.4 Исследование десорбции скандия из ТВЭКСа ………………………………………………….. 105

3.5 Исследование осаждения концентрата скандия из растворов десорбции …………… 113

3.5.1 Исследование осаждения первичного концентрата скандия ……………………………. 113

3.5.2 Исследование конверсии первичного концентрата скандия ……………………………. 118

3.5.3 Исследование растворения концентрата скандия после проведения конверсии
железа и промывки полученного концентрата ……………………………………………………….. 122

3.6 Выводы по главе 3 …………………………………………………………………………………………… 124

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА, ИСПЫТАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ИЗВЛЕЧЕНИЯ СКАНДИЯ ИЗ РАСТВОРОВ ПВ УРАНА ……………………………………… 126

4.1 Разработка технологической схемы извлечения скандия из растворов ПВ урана .. 126

4.2 Опытно промышленная установки извлечения скандия ……………………………………. 133

4.3 Выводы по главе 4 …………………………………………………………………………………………… 143

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………….. 144

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………………………………………… 146

Приложение……………….. ………………………………………………………………162

Актуальность темы исследования
Технологический уклад, стартовавший в новом тысячелетии, предполагает
коренное изменение большинства производственных мощностей, что в свою очередь,
потребует создания новых материалов, обладающих уникальными свойствами. Особенно
актуально это для таких областей как ракето- и самолетостроение, энергетика,
электроника. Производство сопутствующих материалов в настоящее время связано с
применением редкоземельных элементов, входящих в состав сложных металлических,
оксидных и других систем.
Одним из перспективных металлов, относящихся к редкоземельным, является
скандий. Незначительные добавки скандия к алюминию позволяют резко увеличить
прочность и пластичность конструкций. Основным направлением использования оксида
скандия является производство твердооксидных топливных элементов. Известно
применение скандия при производстве сверхтвердых материалов: легирование карбида
титана скандием в 2 раза повышает его микротвердость. Оксид скандия в составе
ферритов используется в производстве суперкомпьютеров, что позволяет в несколько раз
увеличить скорость обмена данными. Перспективно использование скандия при
производстве источников света, в ядерной энергетике, медицине, при производстве
магнитогидродинамических генераторов, огнеупорных материалов, люминофоров.
Активное использование уникальных свойств скандия в настоящее время сдерживается
незначительным производством этого металла в мире, что, в свою очередь, объясняется
высокой стоимостью его производства.
Решение указанной проблемы видится в разработке новых технологий,
позволяющих производить скандий и его соединения высокой степени чистоты с
приемлемой для потребителей стоимостью.
Один из потенциальных источников скандия – растворы подземного

1. На основании литературного обзора сделан вывод о возможности
извлечения скандия из растворов ПВ урана, выбран ряд фосфорсодержащих ионитов
и ТВЭКСов.
2. Выполнен расчет состояний многокомпонентного раствора подземного
выщелачивания урана. Выбраны термодинамические данные, соответствующие
оценки произведений растворимости и констант равновесия в различных условиях.
Показано, что скандий в растворах присутствует в основном в виде иона Sc3+.
3. Исследована сорбция скандия на аминометилфосфоновых амфолитах и
оценена возможность разделения скандия и тория на стадии регенерации сорбента.
4. Синтезирован ряд ТВЭКСов на основе индивидуальных экстрагентов и
синергетных смесей. Исследована сорбция скандия на ТВЭКСах в сравнении с
промышленным аналогом Lewatit VP OC – 1026. На основе экспериментальных
данных сорбции в динамических условиях установлено, что лучшие характеристики
имеет ТВЭКС Axion 22.
5. Изучена кинетика сорбции ТВЭКСа Axion 22 на модельных растворах,
установлен характер кинетики сорбции – внутридиффузионный. Этот факт
подтвержден электронными снимками многослойной карты с использованием
энергодисперсионной спектрометрии насыщенного ТВЭКСа Axion 22.
6. Определен механизм сорбции скандия – катионообменный с
образованием ковалентных связей, за счет нахождения Д2ЭГФК в димерном
состоянии в ТВЭКСе. Определены оптимальные параметры динамики сорбции:
линейная скорость не более 20 м/с, удельная скорость не более 5 колоночных
объемов в час.
7. Изучена десорбция скандия из ТВЭКСа Axion 22 растворами
фтористоводородной кислоты различных концентраций. Определены оптимальные
параметры десорбции скандия из ТВЭКСа.
8. Разработана технология получения концентрата скандия с содержанием
фторида скандия до 98%. Технология включает в себя процесс сорбции скандия на
ТВЭКСе Axion 22, десорбцию раствором фтористоводородной кислоты, осаждение
первичного концентрата скандия и процесс отделения от основных примесей с
получением фторида скандия. Технология безотходная, все растворы возвращаются
в цикл или направляются на повторное выщелачивание урана.

Перспективы дальнейшей разработки темы исследования.

Разработка темы исследования связана с дальнейшей оптимизацией
технологического процесса извлечения скандия из растворов ПВ урана с точки
зрения минимизации производственных затрат: увеличение выхода целевых
соединений, применение химических реактивов отечественного производства. Так
же перспективными являются два направления переработки получаемого фторида
скандия в оксид высокой чистоты 99,99% и производство алюмоскандиевой
лигатуры марки А по ГОСТ Р 53777-2010 Лигатуры алюминиевые.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Анна К. ТГПУ им.ЛН.Толстого 2010, ФИСиГН, выпускник
    4.6 (30 отзывов)
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помог... Читать все
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помогала студентам, вышедшим на меня по рекомендации.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ
    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 Выполненных работ
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Логик Ф. кандидат наук, доцент
    4.9 (826 отзывов)
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские дисс... Читать все
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские диссертации, рефераты, контрольные) уже много лет. Качество работ гарантирую.
    #Кандидатские #Магистерские
    1486 Выполненных работ
    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 Выполненных работ
    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ
    Мария А. кандидат наук
    4.7 (18 отзывов)
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет... Читать все
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет, реклама, журналистика, педагогика, право)
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Елена Л. РЭУ им. Г. В. Плеханова 2009, Управления и коммерции, пре...
    4.8 (211 отзывов)
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.
    #Кандидатские #Магистерские
    362 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету