Химико-технологические исследования по технологии нетрадиционного титанового и редкометалльного сырья и синтезу функциональных материалов (промежуточный)

С использованием прекурсора, полученного осаждением аммиаком из раствора охсихлорида циркония и нитрата гадолиния, синтезирован нанокристаллический цирконат гадолиния Gd2Zr2O7. Показано, что применение механоактивации прекурсора Gd2Zr2O7 в центробежно-планетарной мельнице АГО-2 при 20 g ускоряет кристаллизацию нанокристаллического цирконата гадолиния при прокаливании в интервале температур 1100-1200 °С в течение 3 ч. Предварительная механоактивация прекурсора позволяет получать высокодисперсные порошки цирконата гадолиния с удельной поверхностью в 5-7 раз большей по сравнению с аналогичными порошками без применения механоактивации. Это объясняется повышенной гомогенизацией механоактивированного прекурсора и, как следствие, более равномерной кристаллизацией Gd2Zr2O7 при термической обработке. Установлено, что совместная переработка перовскитового (ПК) и сфенового концентрата (СК) при их соотношении 4:1 способствует снижению радиационной опасности наиболее проблемных стадий технологической схемы – измельчения, сульфатизации и фильтрования полученной реакционной массы за счет разбавления ПК нерадиоактивным СК и в результате приоритетного концентрирования тория в кальциевом кеке. Предложен вариант проведения сернокислотной обработки смеси концентратов, позволяющей осуществить высокую степень извлечения титана(IV) – 97-98% по ТiO2 в жидкую титансодержащую фазу, которая является прекурсором для получения титансодержащей продукции. Результаты проведенных исследований позволяют определить направления дальнейшего научного и практического поиска в области переработки титано-редкометалльного сырья Кольского полуострова. Изучены условия гранулирования аморфного титанофосфатного прекурсора, выделенного при взаимодействии ортофосфорной кислоты и кристаллической соли титана(IV) – (NH4)2TiO(SO4)2∙H2O, с использованием связующих компонентов – тетраэтоксисилана Si(OC2H5)4 и силиката натрия Na2SiO3. Установлено влияние природы связующего и показателя pH прекурсора на устойчивость гранул к механическому и гидравлическому воздействию. Показано, что грануляцию целесообразно проводить посредством обработки «кислого» прекурсора раствором силиката натрия, что сопровождается образованием и равномерным распределением в титанофосфатной матрице кремниевой кислоты в виде устойчивого золя, обеспечивающего «склеивание» частиц прекурсора и формование из него методом экструзии материала в виде гранул. Последующая дегидратация гранул, осуществляемая в «мягких» условиях, способствует не только повышению их механической и гидравлической устойчивости, но и позволяет регулировать процесс формирования их поровой системы. Установлены условия получения гранулированных продуктов с требуемыми эксплуатационными и сорбционными свойствами. Методом гидротермального синтеза титаносиликатного золя, полученного смешением растворов титановой соли – TiOSO4∙H2O, натриевого жидкого стекла, плотностью 1.5 г•дм–3 с добавкой натриевой и калиевой щелочей при мольном расходе компонентов соответствующем отношению TiO2:4SiO2:4,5Na2O:0,5К2О:150Н2О в процессе выдержки смеси в автоклаве 70 ч при температуре 180-190 °С выделен кристаллический осадок, структура которого подобна минеральной разновидности иванюкита – щелочного титаносиликата каркасного строения. Установлено, что синтезированный продукт представлен преимущественно фазой соответствующей формуле Na3,5К0,2(TiO)4(SiO4)3•4H2O и показатели поверхностных свойств частиц характеризуют его как мезапористый материал с различным распределением пор по размерам – для порошка 8-18 нм, для гранул – 10-50 нм. При проведении сорбции гранулированным материалом в статических условиях отмечено снижение показателя сорбционной способности по отношению к катионам цезия почти на 30%, в отличие от других исследуемых ионов, показатели сорбции которых изменяются незначительно. Изучена экстракция редкоземельных элементов (РЗЭ) трибутилфосфатом (ТБФ) из технологических растворов разложения перовскита азотной кислотой, и распределение РЗЭ и найдены условия выделения солей РЗЭ с одновременной их очисткой от примесей железа, алюминия, титана и магния при использовании многостадийного процесса экстракции.