http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=f921b574-d787-4dee-8202-fbe8dc7d306a&print=1
© 2024 Российская академия наук
Российские ученые предлагают новую энергосберегающую технологию элементного обогащения. С ее помощью можно из руды получать ценные редкоземельные металлы - церий, лантан и иттрий, а также торий, который можно с успехом использовать в ядерной энергетике.
Монацит (Сe, La, Y, Th)PO4 - распространенный минерал класса фосфатов, который содержит редкоземельные элементы цериевой группы и тория. Монацитовых песков в мире достаточно много, поэтому из них вполне возможно добывать редкоземельные металлы и сырье для крупномасштабной ториевой энергетики.
Каким образом? Воздействуя на монацит концентрированными растворами кислот, например, азотной или соляной, ученые получают смесь солей церия, лантана, иттрия и тория. Современные технологические приемы позволяют выделить из этой смеси отдельно ториевый концентрат. Оставшаяся пульпа представляет собой очень ценное сырье для получения либо в виде соединений, либо в чистом виде редкоземельных металлов. То есть, извлекая редкоземельные элементы церий, лантан и иттрий, можно попутно получать и торий, а востребованность этих элементов чрезвычайно высока. Например, иттрий, его соединения и сплавы используют для легирования стали, при модифицировании чугуна и при производстве различных сплавов. Он же нужен для изготовления более-менее пластичной керамики на основе оксида циркония. Иттрий - незаменимый элемент в атомной энергетике, в электронике его используют в виде катодов, а в химии в качестве катализаторов. Из лантана делают качественные постоянные магниты, катоды для нужд электроники и многое другое. Церий незаменим при производстве лазеров и в цветной металлургии. Добавки из редкоземельных металлов позволяют значительно усовершенствовать свойства различных сплавов. Отдельный разговор о тории. Это делящийся элемент и на его основе вполне можно строить принципиально иную ториевую ядерную энергетику. Некоторые ученые считают, что она будет эффективнее урановой, а количество опасных отходов станет меньше.
Как же выделить все эти элементы? С помощью технологии элементного обогащения водных растворов из смеси солей редкоземельных металлов. Ее естественно-научные основы и разработали ученые из Томского политехнического университета и ФИАНа им.П.Н.Лебедева. Метод основан на выборочном выделении катионных аквакомплексов (соединений, содержащих молекулы воды) в растворах солей при воздействии асимметричных электрических полей. Дело в том, что при наложении такого поля возбуждается вращательно-поступательное движение сольватированных катионов. Из-за разного веса химических элементов, амплитуды этих движений оказываются разными, потому то разделение и получается возможным.
Ученые провели эксперименты, во время которых смогли выделить отдельные редкоземельные элементы. Для этого они разработали специальную конструкцию - разделительную ячейку. "Обогащение водного раствора смеси солей Ce(NO3)3 и Y(NO3)3 аквакомплексами церия у потенциальных электродов происходит в интервале частот 1,6-7 кГц. При этом технология не является электрохимической в прямом понимании этого термина, так как массоперенос происходит в растворах, электроизолированных от электродов, на которые нагружен источник напряжения. Эти особенности, и то, что амплитудные значения напряженности электрического поля, при которых наблюдается разделение, составляют единицы вольт на сантиметр, позволяет отнести технологию к энергосберегающим", - утверждает профессор Шаманин из ТПУ.