Реєстраційний номер
0825U003368, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
05-09-2025
Статус
Захищена
Назва роботи
Одержання синтетичного рутилу з ільменітових концентратів Самотканського родовища
Здобувач
Цибуля Євген Олександрович,
Керівник Кожура Олег Вікторович
Опонент Гелеш Андрій Богданович
Опонент Камінський Олександр Миколайович
Рецензент Хлопицький Олексій Олександрович
Рецензент Фролова Лілія Анатоліївна
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Український державний університет науки і технологій
Опис
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.
Дата реєстрації
2025-08-08
Додано/оновлено в НРАТ
2025-08-08 / 2026-07-01
