Registration Number
0825U003368, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
05-09-2025
popup.evolution
.
Title
Synthesis of synthetic rutile from ilmenite concentrates of the Samotkan deposit
Author
Yevhen Tsybulia,
popup.head Oleh V. Kozhura
popup.opponent Andriy B. Helesh
popup.opponent Oleksandr M. Kaminskyi
popup.review Oleksii O. Khlopytskyi
popup.review Liliia A. Frolova
popup.rada
Ukrainian State University of Science and Technologies
Description
Дисертаційна робота присвячена встановленню закономірностей фізико-хімічних процесів хімічного збагачення ільменітових концентратів Самотканського родовища (ІКСР) до синтетичного рутилу (СР) при використанні природної та техногенної сировини з регенерацією реагентів та пошуку шляхів утилізації залізовмісних сполук.
Через незначне збагачення сировини, високий залишковий вміст домішок, низький вихід заліза та високі витрати електроенергії виплавляти титанові шлаки (ТіО2 80–85 %, FeО 5–7 %) з сильнозмінених ІКСР (ТіО2 65–68 %, Fe2O3 26–28 %) не раціонально. ІКСР більш доцільно хімічно збагачувати до СР (ТіО2 ≥92 %).
У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету, задачі, об’єкт, предмет і методи дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, особистий внесок здобувача та апробацію роботи.
У першому розділі проведено аналіз науково-технічної літератури щодо переваг і недоліків відомих процесів отримання СР, способів регенерації реагентів і утилізації побічних сполук феруму. Показано, що сполуки Fe3+ підвищують вилучення урану при кислотному вилуговуванні уранових руд. На основі виконаного аналізу обґрунтовано визначені задачі та напрямки досліджень.
У другому розділі описано використані в дослідженнях матеріали, реагенти та речовини, наведено методи аналізу вихідної сировини, отриманих розчинів та твердих матеріалів. Описано установки та методики одержання СР, окиснення розчинів Fe2+. Визначення фазового складу сировини та продуктів її переробки.
У третьому розділі показано результати проведених досліджень отримання СР з ІКСР.
Досліджено карботермічне відновлення ІКСР при 1050-1200℃ протягом 4 годин. При оптимальній температурі 1200 ℃ оксиди феруму ІКСР відновлювали до металу на 90 %.
Досліджено вилуговування заліза із відновленого ільменіту (ВІ) 6–22 % розчинами H2SO4 при 20–75℃. Cпочатку взаємодія відбувається швидко з кінетичним контролем процесу за механізмом реакції першого порядку K? = -ln(1-?) з уявною енергією активації Еакт=40,2–42,6 кДж/моль. Після вилучення ~57 % феруму, механізм процесу змінюється та вилуговування уповільнюється. Проведено лабораторне моделювання двостадійного протитечійного процесу одержання СР при вилуговуванні ВІ гідролізною сульфатною кислотою відходом виробництва пігментного ТіО2 (ГСКП) протягом 3 год при 75℃. Прожарюванням продукту вилуговування при 800℃ отримано СР (ТіО2 ≥92 %, FeO 2,6 %). Дозована подача ВІ дозволяє знизити кислотність відходу ГСКП до 3–5 г/л H2SO4. Після кристалізації FeSO4•7H2O одержаний фільтрат є слабокислим розчином FeSO4, що містить домішки Al3+, Mg2+, Ti3+ та 22–24 мг/л Sc3+.
Встановлено кінетичні параметри вилуговування заліза із ВІ розчинами Fe2(SO4)3. До ступеня вилучення 8 % кінетичні криві узгоджуються з автокаталітичною моделлю Prout Tompkins kt=ln(a/(1–a)) з уявною енергією активації Еакт=62,7 кДж/моль. При більших вилученнях процес переходить до моделі сфери, що стискається kt=1–(1–a)1/3, з уявно енергією активації Еакт=47,3 кДж/моль. Додатковим вилученням домішок із осаду окиснювального вилуговування при 65℃ у 15 % розчині H2SO4 та прожарюванням залишку при 800 ℃ отримано СР з вмістом ТіО2 ≥92 %.
У газорідинному реакторі з механічним диспергуванням газу досліджено умови регенерації розчинів окиснювального вилуговування. При початковому рН 1,1−1,5 та 60℃ за 0,5−1,5 год розчин FeSO4 у присутності NO кількісно окиснюється при атмосфеному тиску киснем. При цьому, близько третини Fe3+ формує осад кристалічного добре фільтрованого гідроксосульфату (Fe4(OH)10SO4).
Прожарюванням при 750℃ із осаду Fe4(OH)10SO4 одержано 99,4 % Fe2O3, придатний для отримання пігментів чи заліза прямого відновлення.
Досліджено каталізоване NO окиснення сірчанокислих розчинів FeSO4 киснем. Підвищення температури з 25 до 40℃ збільшує швидкість окиснення, уявна енергія активації процесу Еакт= 84.4 кДж/моль. Порядок реакції по NO 1,48. Окисненням підкислених суспензій FeSO4•7H2O отримано 40 % розчини Fe2(SO4)3, які сертифіковані для використання у якості коагулянтів у процесах водопідготовки та очищення стічних вод.
У четвертому розділі досліджено процес агітаційного сірчанокислотного вилуговування уранової руди Мічурінського родовища з додаванням Fe3+ як окисника урану в складі окисненої ГСКП. Заміщення до 40 % H2SO4 на окиснену ГСКП при атмосферному тиску та температурі 75°С підвищує вилучення урану з 76 % до 88 %, при Тв:Рід=1:1, витраті H2SO4 90 кг/т руди та відношенні С(Fe3+)/С(Fe2+) ≥ 1 у фільтратах вилуговування. Двостадійне протитечійне вилуговування підвищує вилучення урану вище 90 %.
У пʼятому розділі описано основні стадії та технологічні схеми отримання СР з ІКСР з вилуговуванням ВІ розчинами ГСКП або Fe2(SO4)3. Розраховано матеріальний баланс переробки 1000 кг ІКСР в СР окиснювальним вилуговуванням.
Проведені дослідження дають змогу отримати СР з вмістом ТіО2 не менше 92 %, утилізувати промислові відходи та вирішити задачу корисного використання побічних продуктів феруму.
Registration Date
2025-08-08
popup.nrat_date
2025-08-08 / 2026-07-01
