Физико-химическое моделирование процессов переработки фосфогипса как основа создания новых технологий утилизации техногенных отходовНИР

Physico-chemical modeling of phosphogypsum processing as a basis for the development of new technologies for the utilization of man-made waste

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 декабря 2018 г.-30 ноября 2019 г. Физико-химическое моделирование процессов переработки фосфогипса как основа создания новых технологий утилизации техногенных отходов
Результаты этапа: Планы проекта выполнен. Основные результаты 1-го этапа выполнения проекта: I) получен набор экспериментальных данных, необходимых для параметризации и валидации термодинамической модели экстракционной системы вода – азотная кислота – экстрагент/разбавитель – нитрат лантана (неодима, самария, гадолиния): (а) активности растворителя, плотности жидкой фазы и условия фазовых равновесий в системах разбавитель – Д2ЭГФК – LnA3 (Ln = La, Nd, Sm, Gd, разбавитель = о-ксилол), (б) составы равновесных фаз в системах вода – азотная кислота – экстрагент/разбавитель – нитрат лантана (неодима, самария, гадолиния) II) построены термодинамические модели ряда подсистем, образующих изучаемую экстракционную систему (а) вода - азотная кислота, вода - нитраты натрия, кальция, РЗЭ (La, Nd, Sm, Gd) и вода – азотная кислота – нитрат РЗЭ (La, Nd, Sm, Gd), (б) вода - нитрат уранила, вода - нитрат тория, вода - азотная кислота - нитрат уранила, вода - азотная кислота - нитрат тория и 4-х компонентной системы, образованной перечисленными компонентами Для систем группы (а) впервые определены параметры модели GLCM (параметры модели Питцера рассчитывались ранее), для систем группы (б) проведена реоптимизация параметров модели Питцера (параметры GLCM будут рассчитаны на следующих этапах выполнения проекта). Полученные наборы параметров позволяют адекватно описать имеющиеся экспериментальные данные в широком интервале составов (вплоть до насыщенных растворов) при 25 С. По результатам работ 1-го этапа опубликованы 2 статьи в журналах Q1 (CALPHAD, Fluid Phase Equilibria), 2 статьи принята в печать (Вестник Моск. Ун-та. Сер.2 Химия, Журнал Неорганической Химии). Полученные результат представлены на конференциях RCCT-2019 и «Ломоносов-2019».
2 1 декабря 2019 г.-30 ноября 2020 г. Физико-химическое моделирование процессов переработки фосфогипса как основа создания новых технологий утилизации техногенных отходов
Результаты этапа: В рамках 2-го этапа работы велись по трем направлениям: Построение термодинамической модели базовой системы H+, Na+, Ca2+, Ln3+, RNn+ // NO3-, SO42-, H2O (Ln – РЗЭ, RN - радионуклиды), основными задачами которого было: 1) получение недостающих экспериментальных данных и построение термодинамической модели систем вода – азотная кислота – нитрат радия (тория, уранила); 2) получение недостающих экспериментальных данных в системе H+, Ca2+, Ln3+, RNm+ // SO42-, H2O. Извлечение особо вредных элементов (в первую очередь, радионуклидов), основными задачами которого было 1) установление зависимости растворимости (гидр)оксидов тория и урана от ионной силы (в присутствии нитратов РЗЭ в диапазоне концентраций от 1 до 300 г/л по оксидам РЗЭ, диапазон значений pH 1 – 3) и определение констант равновесия (произведение растворимости, ступенчатые константы гидролиза и образования нитратных комплексов) и параметров термодинамических моделей растворов; 2) исследование растворимости сульфатов урана, тория и радия в серной кислоте (0.5 – 1.0 моль/л) в температурном диапазоне 50 – 100 °C; 3) установление зависимости растворимости сульфата бария от ионной силы (в присутствии нитратов РЗЭ в диапазоне концентраций от 1 до 300 г/л по оксидам РЗЭ). Определение термодинамических характеристик растворов; 4) определение оптимальных условий (значение ионной силы, кислотность, концентрация осадителя) осаждения тория, урана и их дочерних радионуклидов из растворов с высоким содержанием РЗЭ с минимальным удалением РЗЭ из раствора. Извлечение РЗЭ, основными задачами которого было 1) проведение экстракционных опытов в системах вода – азотная кислота – экст-рагент/разбавитель – нитрат тербия (лютеция); 2) построение термодинамической модели экстракционных систем вода – азотная кислота – экстрагент/разбавитель – нитрат тербия (лютеция). Применение в агрохимии и строительной промышленности, основными задачами которого было: 1) приготовление материала оболочек семян озимых, проверка его термической, механической устойчивости, определение предельной растворимости и скорости растворения в воде и растворе, имитирующем состав почвенных вод; 2) проверка совместимости семян озимых с материалом оболочки.
3 1 декабря 2020 г.-28 апреля 2022 г. Физико-химическое моделирование процессов переработки фосфогипса как основа создания новых технологий утилизации техногенных отходов
Результаты этапа: В результате выполнения 3-го этапа проекта 1) определены параметры межчастичных взаимодействий для бинарных и тройных нитратных и сульфатных систем, недостающие для построения полной модели системы системы H+, K+, Ca2+, Ln3+, RNn+ // NO3-, SO42-, H2O (Ln – РЗЭ, RN - радионуклиды), основными задачами которого являются: 2) проверена возможность описания реальных многокомпонентых систем с использованием предложенных моделей 3) построены термодинамические модели экстракционных систем вода – азотная кислота – экстрагент (ТБФ, Д2ЭГФК)/разбавитель (о-ксилол) – нитрат РЗЭ, тория, уранила; 4) выполнено моделирование условий отделения РЗЭ от радионуклидов и межгруппового разделения РЗЭ; 5) составлен алгоритм и подготовлена программа расчета технологической схемы экстракционного процесса; 6) сформулированы рекомендации по возможности использования продуктов очистки фосфогипса как основы материалов для внутренних ремонтных работ. Основные итоговые результаты выполнения проекта (в целом) по направлению, объединяющему 3 поднаправления: построены термодинамические модели двух-, трех- и четырёхкомпонентных систем: HNO3 – H2O, Ln(NO3)3 – H2O, (Ln = Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), Ca(NO3)2 – H2O, UO2SO4 – H2O, UO2(NO3)2 – H2O, NaNO3 – HNO3 –H2O, La(NO3)3 – HNO3 –H2O, Nd(NO3)3 – HNO3 –H2O, Sm(NO3)3 – HNO3 –H2O, Gd(NO3)3 – HNO3 – H2O, Ca(NO3)2 – HNO3 – H2O, Th(NO3)4 – HNO3 – H2O, UO2(NO3)2 – HNO3 – H2O, UO2(NO3)2 – Ca(NO3)2 – H2O, UO2SO4 – H2SO4 – H2O, H2O – H2SO4 – CaSO4, H2O – K2SO4 – CaSO4, H2O – H2SO4 – K2SO4, UO2(NO3)2 – Ca(NO3)2 – HNO3 – H2O, H2O – UO2(NO3)2 – Th(NO3)4 – HNO3, CaSO4 – K2SO4 – H2O – H2SO4; по I-му направлению: 1) проведенный комплексный анализ образцов с разных переделов производства ортофосфорной кислоты (апатита, моноаммонийфосфата, экстракционной фосфорной кислоты не упаренной, экстракционной фосфорной кислоты упаренной, фосфогипса и карбонатов редкоземельных элементов) показал, что наибольшей удельной активностью по радию, торию и свинцу обладают образцы апатита, фосфогипса и карбонатов РЗЭ, при этом концентрирование природных радионуклидов наблюдается именно в двух последних группах образцов. При этом обнаружено, что уран, в отличие от радия, свинца и тория, не должен вносить вклад в общую активность карбонатов РЗЭ; 2) высокое содержание радия, свинца и тория в фосфогипсе (а затем и в карбонатах РЗЭ) связано с высокой степенью сорбции этих радионуклидов на сульфате кальция. При этом только уран может вымываться из гипса растворами кислот; присутствие редкоземельных элементов оказывает незначительное влияние на величину его сорбции. Другие же радионуклиды прочно сорбируются на гипсе даже в концентрированных растворах кислот. С учетом этого, задача получения максимально крупнокристаллического сульфата кальция актуальна не только с точки зрения его выделения в твердом состоянии, но и позволит уменьшить сорбцию радиоактивных элементов за счет уменьшения общей площади поверхности кристаллов. по II-му направлению: 1) впервые получен набор экспериментальных данных, необходимые для параметризации термодинамических моделей экстракционных систем, 2) построены термодинамические модели экстракционных систем с нитратами лантана, неодима, самария, гадолиния, тербия, лютеция. Этих сведений в совокупности с результатами изучения ряда систем с другими представителями РЗЭ достаточно, чтобы построить корреляции «значение параметра – радиус гидратированного иона РЗЭ», тем самым предложив набор параметров взаимо-действия для всей линейки редких земель. по III-му направлению: наиболее интересным и практически значимым результатом реализации данного направления является новая методика очистки фосфогипса от радионуклидов и получения достаточно крупнокристаллического гипса, пригодного для последующего использования в строительной промышленности. Проведенные опыты с использованием агротехнических технологий оказались неудачными.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".