Студент ТПУ извлекает редкоземельные элементы из отходов горного производства
НОВЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ГОРНО-ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ОТКРОЕТ ПРОЕКТ КИРИЛЛА ОБМУЧА «РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ МОНАЦИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА», ПОБЕДИВШИЙ В ПРОШЛОМ ГОДУ НА КОНКУРСЕ «УМНИК». ОН ПОЗВОЛИТ ПОЛУЧАТЬ КОМПОНЕНТЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ БОЛЕЕ ЧЕМ В СТА РОССИЙСКИХ ТЕХНОЛОГИЯХ И ПРОИЗВОДСТВАХ, — РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (РЗЭ).
Импортозамещающая технология
Сегодня редкоземельные элементы используются во многих отраслях промышленности, включая нефтепереработку и металлургию. Без них невозможно производство полирующих порошков и автокатализаторов, стекол и сотовых телефонов, сверхпроводников и керамики.
— Сейчас редкоземельные элементы — это все, они даже в зажигалках есть, в частности церий, — отмечает студент ТПУ Кирилл Обмуч. Отечественные производители закупают необходимые для производства редкоземельные элементы в Китае, который занимает в этом сегменте мирового рынка лидирующие позиции. Конкурировать с ним непросто, но при ставке государства на импортозамещение новая технология может обрести будущее. Ведь с ее помощью можно не только получать РЗЭ, необходимые промышленности, но и как побочный продукт — торий — тяжелый слаборадиоактивный металл, необходимый для уран-ториевых ректоров.
Сегодня Правительство России совместно с Минпромторгом реализует программу «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности», которая направлена на работы по созданию технологий выделения тория из редкоземельного сырья и его рационального использования в атомных энергетических реакторах малой мощности.
— Государство заинтересовано в создании энергоустановок сверхмалой мощности, — пояснил политехник. — Мы можем предложить сырье для этих установок. При этом себестоимость получения РЗЭ будет в два раза ниже благодаря новой технологии и возможности передавать торий на баланс государства.
Над этой технологией Кирилл начал работать после конкурса «ТеМП-2013», организованного госкорпорацией «Росатом». В нем студенты и выпускники технических вузов в онлайн-режиме работают над решением реальных производственных задач, предложенных организациями «Росатома». Студент ТПУ с ребятами из других вузов страны решал как раз задачу, связанную с переработкой монацита. Команда вышла в финал, где после очной защиты заняла второе место в номинации «Лучший технический проект». После завершения конкурса политехник продолжил заниматься этой научной темой.
Технологические особенности
В своем проекте Кирилл Обмуч решает проблему получения стратегически важного сырья путем переработки монацитового концентрата. Монацит — это минерал, который содержит в себе множество химических элементов. На 50 и более процентов это редкоземельные элементы, остальное — торий, различные фосфаты, возможны включения урана и примеси.
Добывается монацит в Томской области на Туганском горно-обогатительном комбинате «Ильменит», однако предприятие ориентировано на производство песка, ильменита (титанистый железняк) и циркона, а ценный монацинт идет в отвал. Попутно с другими этот минерал добывают не только в нашей области: есть Томторское месторождение в Якутии, крупные залежи со времен ВОВ в Красноуфимске (Свердловская область), а также на севере Мурманской области. При этом переработкой монацитов отечественные предприятия практически не занимаются. Редкоземельные элементы обычно получают из лопарита.
— Вообще монацит стараются не трогать в связи с большим содержанием тория, — пояснил студент. — Сам по себе он не так опасен, как его дочерние продукты, находящиеся в радиоактивной цепочке распада. Но поскольку в тории до недавнего времени особой потребности не было, никто и не занимался переработкой монацита.
Целью проекта «Разработка технологии комплексной переработки монацитового концентрата» стало создание технологической последовательности извлечения тория и концентрирования редкоземельных металлов из песков Туганского месторождения, где запасы этого минерала по оценке составляют 16 тысяч тонн!
Процесс переработки монацита начинается с сырья — рудного материала в измельченном виде. В его состав входит ильменит, циркон, монацит и песок. Методом электромагнитной сепарации происходит отделение ненужных примесей — остается монацит. Цвет минерала довольно разнообразный, на Туганском месторождении получают монацит зеленовато-желтого цвета. Далее идет вскрытие минерала при помощи фторида аммония, термический нагрев и обработка специальными растворами. На следующем этапе из смеси выделяют фосфаты, из которых в дальнейшем можно получить удобрения. Остальные составляющие химическим путем разделяют на торийсодержащий и урансодержащий растворы и на редкоземельные элементы.
Степень вскрытия компонентов монацитового концентрата не менее 98 %. Отделение фосфора на первых этапах переработки и разделение РЗЭ и тория позволяют получить продукцию достаточной чистоты для реализации на внутреннем рынке предприятиям, использующим редкие земли в своем производстве. Дополнительную прибыль принесет переработка отделенных фосфатов в фосфорсодержащие минеральные удобрения.
Конкуренты
Как уже было сказано, главным лидером и основным конкурентом на рынке редкоземельных элементов выступает Китай. Однако последнее время и в нашей стране получению РЗЭ также уделяется повышенное внимание.
— Сейчас некий бум: этим начали заниматься все, — рассказал студент. — В основном РЗЭ получают сернокислотным методом из лопарита, где содержание тория не такое высокое.
Недостаток указанного метода — использование большого количества кислоты, что экономически не выгодно. Предполагается, что новая технология, основанная на применении фтора, будет более экономичной и экологически безо- пасной с точки зрения небольшого количества отходов производства.
— При фторировании получается меньше жидких отходов, — объяснил Кирилл. — Чем меньше отходов, тем меньше экологическая нагрузка. В нашем случае можно замкнуть технологическую цепочку: частично регенерировать реагенты и утилизировать только радий, который будет оставаться после завершения процесса.
Преимущество технологии, разрабатываемой Кириллом Обмучем, заключается в возможности перерабатывать не только монацит. Ее легко переориентировать на другие исходные компоненты, например на лопариты. Достаточно небольших изменений в технологической цепи. Это станет весомым аргументов в пользу внедрения технологии комплексной переработки монацитового концентрата на существующих сегодня горно-перерабатывающих предприятиях.
Первые результаты
По словам автора проекта, выполнение работ идет по плану. В этом году проведены исследования процессов фторирования фосфатов редкоземельных элементов и тория, прорабатываются процессы разделения РЗЭ от тория.
Сейчас Кирилл занимается лабораторными исследованиями. Он тщательно прорабатывает каждый этап в отдельности и всю технологию в целом:
— Буквально на днях мы решили повторить всю технологическую цепочку и проанализировать, какие продукты в результате вскрытия монацита у нас получаются. Также мы изучаем, какие параметры можно изменять, чтобы увеличить степень вскрытия концентрата и степень извлечения элементов. На следующий год реализации гранта программы «УМНИК» у студента ТПУ запланировано создание лабораторной установки для извлечения из монацитового концентрата редкоземельных элементов, тория и фосфатов.
Лариса Богомазова