Прислать материал
14.579.21.0049
2. Создание способов извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ) из техногенного высококачественного сырья – отходов люминофоров, с получением продукции в виде оксидов иттрия и европия с содержанием основного вещества не менее 99,9 % по каждому и крупностью частиц не более 50 нм.
3. Для низкокачественного сырья природного и техногенного происхождения моделирование полученных технических решений и технологических условий, проведение исследовательских испытаний технологии переработки низкокачественного сырья природного и техногенного происхождения.
4. Решение задачи масштабирования технологических процессов, устойчивости техно-логических режимов и показателей, подготовка исходных данных на проектирование и разработку технологических регламентов.
1. РФ не обладает промышленным производством редкоземельной продукции. Необходимо создать отечественное производство РЗМ.
2. В РФ накоплены миллионы тонн содержащих РЗМ отходов, ухудшающих экологическую обстановку, которые могут быть использованы в качестве редкоземельного сырья.
3. Освоение содержащих РЗМ отходов обеспечит снижение себестоимости редкоземельной продукции за счет исключения затрат на добычу сырья, кроме того позволит рационально утилизировать накопленные отходы и решить экологические вопросы в местах их хранения.
4. Переработка отходов с выпуском РЗМ продукции обеспечит создание новых рабочих мест.
Новизна:
Создана конкурентоспособная технология получения востребованных соединений РМЗ - оксидов лантана, церия, неодима, европия, иттрия, путем комплексной переработки отходов фосфогипса и люминофоров.
Разработаны оригинальные технологические решения, получены охраноспособные документы:
- на способ разделения РЗМ и получения индивидуальных соединений заданного качества с применением экстракционных методов;
- хлорный метод вскрытия и очистки РЗМ от примесей при переработке отходов люминофоров;
- использование высокопроизводительных центробежных экстракторов в технологии РЗМ.
1. Патент РФ № 2595314 от 03.08.2016 г. «Способ переработки отходов люминофоров на основе сульфида цинка, содержащих иттрий и европий».
2. Заявка № 2016123723 от 15.06.2016 г. «Способ селективного извлечения иттрия и европия из продуктов переработки отходов люминофоров».
3. Секрет производства № 01-КТ-НХ/2015 от 24.07.2015 г. «Способ выделения церия из суммы РЗМ».
4. Секрет производства № 01-КТ-НХ/2016 от 27.05.2016 г. «Способ извлечения и разделения европия и иттрия из концентрата».
Изучена научно-техническая литература по теме выделения, концентрирования, разделения и очистки редкоземельных металлов (РЗМ) из низкокачественного сырья, содержащего менее 1 % суммы РЗМ, и высококачественного сырья, содержащего более 10 % суммы РЗМ. Выбраны направления исследований и методы переработки сырья РЗМ. Исследования проведены на территориально доступном сырье: отходах фосфогипса, образовавшихся от переработки апатитов в ОАО «Воскресенские минеральные удобрения»; отходах люминофоров на основе сульфида цинка, с содержанием иттрия и европия до 15 %.
Для низкокачественного сырья проведены исследования по извлечению РЗМ методами выщелачивания, сорбции, избирательного окисления и экстракции. Для высококачественного - методами хлорирования, экстракции. Получение наноразмерных порошков оксидов иттрия и европия выполнено через осаждение из растворов их соединений. По результатам исследований выбраны методы и разработаны схемы переработки низко- и высококачественного сырья, основу которых составляют выщелачивание и жидкостная экстракция.
Для повышения эффективности экстракционного процесса разработана математическая модель экстракционного каскада. Изучена возможность применения эффективных и высокопроизводительных экстракторов центробежного типа для извлечения и разделения РЗМ взамен традиционных ящичного типа. Разработаны оптимальные режимы работы аппаратов.
Для анализирования экспериментальных образцов разработаны требования по метрологическому и методическому обеспечению, а также комплекс методов химического анализа. Исследование образцов выполнено методами рентгенофлуоресцентной спектроскопии и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой.
На основании проведенных исследований разработаны технические решения по созданию двух экспериментальных установок: для переработки фосфогипса - ЭУ-1, отходов люминофоров - ЭУ-2. Каждая установка состоит из двух независимых частей, что позволяет реализовать ее как в целом, так и отдельными частями для получения: 1) концентрата РЗМ; 2) индивидуальных РЗМ.
Переработка низкокачественного сырья включает следующие основные операции:
1) получение концентрата РЗМ
- отмывка фосфогипса раствором серной кислоты с получением кека и кислого сульфатного раствора (КСР) с РЗМ;
- выделение из КСР осадка оксалатов РЗМ и сульфатного маточника (СМ)
- приготовление известкового молока и осаждение гипса из СМ при отгонке аммиака и подачи его на стадию выделения осадка РЗМ;
- нейтрализация отмытого фосфогипса известковым молоком с получением нейтрализованного кека фосфогипса и оборотной воды (ОВ).
2) получение индивидуальных РЗМ
- растворение РЗК в азотной кислоте
- получение оксида церия, включающее: электрохимическое окисление церия; выделение церия (+4) совместно с торием экстракцией 70% ТБФ; очистка церия от тория экстракцией 10% ФОР +2-% ТБФ; получение оксида церия осаждением оксалата и прокалкой
- выделение среднетяжелой группы РЗЭ из рафината экстракции церия, включающее: разделение РЗК по линии Nd/Sm экстракцией на 75% ТБФ; получение концентрата СТР из реэкстракта осаждением карбоната
- разделение легкой группы РЗЭ (ЛГ РЗЭ) по линии Се/Pr с получением концентратов дидима и лантана
- получение оксида неодима, включающее: разделение концентрата дидима по линии Nd/Pr экстракцией на 75% ТБФ; получение оксида неодима из реэкстракта осаждением карбонатов и прокалкой;
- получение оксида лантана, включающее: разделение концентрата лантана по линии Ce/La экстракцией на 75% ТБФ; получение карбоната церия из реэкстракта осаждением карбонатов; получение оксида лантана из рафината осаждением карбонатов и прокалкой.
Переработка высококачественного сырья включает следующие основные операции:
- вскрытие высококачественного сырья способом хлорирования с предварительной его термообработкой и сопутствующими подготовительными операциями.
- выщелачивание плава водой с получением раствора хлоридов РЗЭ.
- экстракционное разделение иттрия и европия с получением хлоридных растворов индивидуальных РЗЭ.
- дополнительная очистка соединений иттрия и европия от нередкоземельных приме-сей через гидроксиды и оксалаты этих РЗЭ.
- получение наноразмерных оксидов иттрия и европия через синтез их карбонатов.
На экспериментальных установках получены оксиды:
- из фосфогипса - лантана, церия, неодима, не менее 100 г каждого, чистотой не ниже 99,9 %;
- из отходов люминофоров - нанодисперсные иттрий и европий чистотой не ниже 99,9 %, размером частиц до 50 нм, более 100 г каждого.
Качество и количество экспериментальных партий подтверждены соответствующими актами и протоколами испытаний.
1) Осуществлён выбор направления исследований. Изучена научно-техническая литература. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования поставленных задач, выбранные методы переработки сырья позволяют извлечь > 70 % РЗМ в получаемые концентраты, содержащие более 95 % РЗЭ. Разработана и реализована аппаратурно-технологическая схема выделения РЗМ из низкокачественного сырья - фосфогипса, с получением концентрата РЗЭ и гипсовых вяжущих. Смонтирована опытная установка (ОПУ) переработки сырья на территории и при финансировании Индустриального партнера ООО «Ремфо». Определены оптимальные параметры разделения и очистки РЗЭ из низко- и высококачественного сырья. Выявлены параметры получения оксидов La, Ce, Nd, Eu, Y требуемой степени чистоты (> 99,9 % по каждому с применением методов экстракции. Проведены лабораторные испытания технологических решений. Получены наноразмерные оксиды Y и Eu. На основании выбранных аппаратурно-технологических решений разработана эскизная конструкторская документация экспериментальных установок ЭУ-1 и ЭУ-2 для получения оксидов РЗМ. Установки созданы и испытаны. На ЭУ-1 получены оксиды La, Ce, Nd из фосфогипса; на ЭУ-2 − оксиды Eu и Y из отходов люминофоров. Разработаны лабораторные технологические регламенты получения концентрата и индивидуальных оксидов РЗЭ из низко- и высококачественного сырья.
2) На ОПУ переработано более 3 т низкокачественного сырья − фосфогипса, наработана опытная партия концентрата РЗМ массой 12,5 кг с содержанием оксидов РЗМ 98,4 % и извлечением 70,8 %. Из концентрата РЗМ на ЭУ-1 получены образцы оксидов лантана, церия и неодима массой по 100 г каждый и чистотой не менее 99,9 %. На ЭУ-2 из отходов люминофоров получено 135 г оксида Y чистотой 99,91 % и 120 г оксида Eu чистотой 99,90 % и крупностью частиц не более 50 нм.
3) Выполненные исследования и разработки содержат вновь созданные аттестованные методики анализа, а также новые технологические решения, заявленные к патентованию. По результатам НИР подано две заявки на патентование (по одной из которых получен патент), а также оформлено два "ноу-хау".
4) Полученные результаты НИР соответствуют Техническому заданию, Плану-графику исполнения обязательств, а также нормативной документации.
5) Выполненные разработки включают передовые технологические решения, в частности, хлорный метод вскрытия и очистки РЗМ от примесей при переработке отходов люминофоров, а также металлотермический способ разделения иттрия и европия.
- создание технологического задела для организации производства редкоземельной продукции на территории РФ. Как следствие, решение вопросов импортозамещения РЗЭ материалов;
- вовлечение в переработку отходов производства с получением редкоземельных материалов (а также попутной продукции строительного назначения) для народного хозяйства и оборонной промышленности;
- рациональная утилизация накопленных экологически опасных отходов;
- создание новых рабочих мест.
Poster_template_RP.ppt