Физико-химическое обоснование технологии твердофазного синтеза гидроксидов-оксидов элементов I-IV групп на основе продуктов кислотной переработки минерального сырья

В работе приведены результаты исследований по синтезу порошков оксида алюминия с заданными характеристиками (удельные поверхность и объем пор и др.). Исследовано влияние природы исходных веществ на морфологию образующегося в процессе синтеза промежуточного соединения – NH4AlCO3(OH)2. Установлено, что внесение затравки NH4AlCO3(OH)2 оказывает существенное влияние как на процесс синтеза данного соединения, снижая его продолжительность, так и на морфологию образующихся частиц. Представлены результаты исследования кинетики синтеза NH4AlCO3(OH)2 и NH4YCO3·H2O. Показано, что процесс образования данных соединений лимируется условиями химической кинетики, определены значения энергии активации, предложены принципиальные технологические схемы получения мелкодисперсных порошков оксидов алюминия и иттрия. Проведены исследования по очистке Al2O3 от примесей щелочных металлов. Установлено, что гидротермальная обработка NH4AlCO3(OH)2 позволяет снизить содержание примесей Na2O + K2O в получаемом из него оксиде алюминия до < 0.02 % мас. Изучено влияние поверхностного натяжения внутрипоровой жидкости на структурно-поверхностные характеристики гидратированного оксида алюминия, получаемого аммонизацией солей алюминия. Показано, что предварительное замещение водной среды на ацетон перед сушкой синтезированного гидратированного оксида алюминия позволяет существенно увеличить как удельную поверхность, так и его сорбционную емкость. Проведены исследования по синтезу безобжиговых огнеупоров на основе продуктов переработки нефелинового концентрата (диоксид кремния, гидратированный оксид алюминия и алюмофосфатная связка), определены физико-химические свойства полученных образцов (прочность, плотность, удельные поверхность и объем пор) и установлены экспериментальные зависимости данных параметров от плотности применяемого раствора алюмофосфатного связующего. Исследован процесс термического разложения слоистых двойных гидроксидов магния и алюминия (Mg-Al СДГ) и их последующим восстановлением (регидратацией). Показано различие в составе и физико-химических свойствах исходных и восстановленных образцов Mg-Al СДГ. Изучено влияние поверхностного натяжения внутрипоровой жидкости на структурно-поверхностные характеристики Mg-Al СДГ, получаемого методом твердофазного синтеза. Показано, что предварительное замещение водной среды на ацетон перед сушкой синтезированного Mg-Al СДГ позволяет существенно увеличить удельную поверхность и сорбционную емкость. Показана, возможность модифицирования Mg-Al СДГ с помощью полиэтиленгликоля на стадии синтеза позволяющая существенно улучшить структурно-поверхностные свойства получаемых образцов (удельные поверхность и объем пор и др.). Исследован процесс сорбции ионов Co2+, Cu2+, Sr2+, Cs+ на Mg-Al СДГ. Показано, что процесс протекает в смешаннодиффузионном режиме и удовлетворительно описывается уравнением мономолекулярной адсорбции Ленгмюра, рассчитаны емкости адсорбционного монослоя синтезированного образца Mg-Al СДГ по отношению к ионам Co2+, Cu2+, Sr2+, Cs+ и константы адсорбционного равновесия. Установлено, что синтезированный Mg-Al СДГ обладает способностью к интеркалированию в межслоевое пространство ионов [Cr(SCN)6]3- как путем анионного обмена, так и в процессе регидратации прокаленного образца. Показано, что при регидратации продукта прокаливания эффективность интеркалирования [Cr(SCN)6]3- ионов в структуру Mg-Al СДГ выше, чем при анионном обмене. Показано, что процесс сорбции иона [Cr(SCN)6]3- на Mg-Al СДГ удовлетворительно описывается уравнением мономолекулярной адсорбции Ленгмюра, рассчитаны емкость адсорбционного монослоя и константа адсорбционного равновесия, которые составили 0.5485 ммоль/г и 0.6018 л/моль соответственно.