ChemNet
 
Химический факультет МГУ

Научные достижения химического факультета
11.04.2022

Химики МГУ разработали физико-химическую модель для эффективного разделения редкоземельных элементов

Сотрудники лаборатории химической термодинамики кафедры физической химии Химического факультета МГУ занимаются экспериментальными и расчетно-теоретическими исследованиями термодинамических свойств растворов и фазовых равновесий в системах, широко использующихся для жидкостной экстракции редкоземельных элементов. Созданные учеными термодинамические модели позволяют заранее подобрать оптимальные условия для эффективного извлечения редких земель из отходов химических производств и получения индивидуальных редкоземельных элементов (РЗЭ). Результаты последних исследований опубликованы в журнале The Journal of Chemical Thermodynamics.

Редкоземельными элементами называют группу из семнадцати химических элементов, обладающих схожими физико-химическими свойствами. Соединения этих элементов широко используются в химической промышленности, металлургии, электронике и технике.

"В настоящее время актуальной является задача комплексной переработки промышленных отходов с максимальным извлечением из них всех полезных веществ; среди которых и РЗЭ, количество которых в техногенных отходах сопоставимо, а иногда и превышает их содержание в минералах, – объяснила к.х.н., автор исследования Светлана Курдакова. – Сейчас в области производства редких земель абсолютным лидером является Китай, а любая монополия, как известно, приводит к росту цен и зависимости от производителя. Следовательно, все более актуальной становится задача разработки собственных технологий извлечения и разделения редких земель. Наиболее перспективным методом извлечения считается переработка фосфогипса, который остается после производства фосфорной кислоты из апатитового сырья. Поэтому наша задача – предложить эффективную методику его переработки с выделением ценных составляющих".

Редкоземельные элементы чаще всего извлекают при помощи специальных органических соединений, называемых экстрагентами. Элемент связывается с экстрагентом и переходит из водной фазы, в которой он находился после обработки фосфогипса, в органическую. Такой процесс извлечения называется жидкостной экстракцией.

"Эмпирический поиск оптимальных условий извлечения подразумевает выполнение большого числа экспериментов, серьезные затраты материальных ресурсов и времени, – рассказала Светлана Курдакова. – Мы хотим построить термодинамическую модель, которая будет описывать многокомпонентные экстракционные системы. Такая модель позволит подбирать оптимальные условия извлечения РЗЭ из сырья различной природы без предварительного экспериментального перебора возможных условий экстракции".

Для построения термодинамической модели необходимо располагать определенным набором данных о свойствах равновесных фаз – составе, плотности, активности компонентов, теплотах смешения и др., но объем такой информации ограничен; его должно быть достаточно для определения параметров термодинамической модели. "Большинство научных групп исследуют процесс экстракции, делая приближение, что органическая фаза является идеальной, и не учитывают того, что ее свойства могут оказывать существенное влияние на весь процесс экстракции, – пояснила Светлана Курдакова. Мы пошли с другой стороны: исследовали каждую фазу – водную и органическую по отдельности, постепенно увеличивая размерность рассматриваемых систем, построили для них физико-химические модели, прогнозирующие свойства которых проверялись на независимых экспериментальных данных по распределению РЗЭ между водной и органической фазами. В настоящее время мы продолжаем исследование экстракционных систем для различных редкоземельных элементов".

В будущем авторы планируют построить термодинамические модели сложных многокомпонентных систем для предсказания оптимальных условий извлечения редких земель из реальных техногенных отходов и минеральных руд.

Ссылка на статью:
Daria Yu.Grigorash, Svetlana V.Kurdakova, Nikita A.Kovalenko, Alexander E.Moiseev, Irina A.Uspenskaya
Experimental study and modeling of vapor–liquid equilibria and excess molar volumes in the di-(2-ethylhexyl)phosphoric acid – toluene (cyclohexane, hexane, heptane) systems
The Journal of Chemical Thermodynamics
Volume 163, December 2021, 106608
https://doi.org/10.1016/j.jct.2021.106608

Авторы статьи



Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору