Дейнека Дмитро Миколайович. Технологія адсорбенту для уловлювання сполук платинових металів

Краткое описание

Дейнека Дмитро Миколайович. Технологія адсорбенту для уловлювання сполук платинових металів : Дис... канд. наук: 05.17.01 2007

Дейнека Д.М. Технологія адсорбенту для уловлювання сполук платинових металів. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.01 - технологія неорганічних речовин. - Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2007.
Дисертація присвячена розробці технології адсорбенту на основі оксидів лужноземельних металів для уловлювання металів платинової групи, що втрачаються у виробництві азотної кислоти.
У дисертації проведено термодинамічні дослідження твердофазних перетворень, що відбуваються в масі адсорбенту на всіх технологічних стадіях його приготування й експлуатації. Розглянуто умови утворення твердих і газоподібних оксидів металів платинової групи та полівалентних металів і їх можливі шляхи взаємодії з компонентами адсорбенту.
Запропоновано хімізм процесів, що протікають у масі та встановлено механізм утворення міцністної структури адсорбенту. Досліджено системи СаО-СаCl2, MgО-СаCl2і СаО-MgО-СаCl2і встановлено вплив хімічного складу адсорбенту на його фізико-хімічні властивості: міцність, вологополгинання та сорбційну активність. Запропоновано рівняння, яке дозволяє розрахувати масову концентрацію платиноїдів на поверхні адсорбенту з урахуванням його фізико-хімічних властивостей й умов проведення технологічного процесу. Дослідженно процеси взаємодії компонентів адсорбенту з Pt, PdО і Rh2O3з утворенням 4СаОPtO2, CaO3PdO і СаОRh2O3.
Вивчено вплив технологічних параметрів на фізико-хімічні властивості адсорбенту, запропонована принципова технологічна схема й основне обладнання для виробництва адсорбенту з використанням природної сировини або чистих компонентів.

У результаті виконання дисертаційної роботи вирішена науково-практична задача створення технології адсорбенту з оксидів лужноземельних металів, використання якого дозволить знизити безповоротні втрати металів платинової групи, що втрачаються у виробництві азотної кислоти.
1. Розроблено фізико-хімічні основи технології адсорбенту для уловлювання сполук платини, паладію та родію, що втрачаються у виробництві азотної кислоти.
2. Теоретично обґрунтовано і експериментально доведено, що основним компонентом адсорбенту в процесі сорбції є оксид кальцію. Термодинамічно доведено ймовірність утворення оксидів платинових металів та їх взаємодія із оксидами лужноземельних металів в умовах одержання азотної кислоти. Установлено, що в результаті сорбції на поверхні адсорбенту утворюються термічно стійкі сполуки: 4 CaО PtО2; CaО 3 PdО; CaО Rh2O3. Показано, що реакції взаємодії CaО з Pt, PdО і Rh2O3залежать від температури і часу протікання процесу.
3. Проведено термодинамічний аналіз реакцій за участю компонентів адсорбенту та встановлено хімізм процесів, що протікають у масі адсорбенту під час його приготування і роботи. У результаті фізико-хімічних досліджень систем СаО-СаCl2, MgО-СаCl2та СаО-MgО-СаCl2отримано експериментальне підтвердження термодинамічних розрахунків на реальному адсорбенті. Доведено, що за рахунок зв'язування хлоридом кальцію CaО в термостійкі сполуки в адсорбенті, підвищується мінімальна температура роботи адсорбенту з 753 до 790 К.
4. Установлено механізм утворення міцністної структури адсорбенту, досліджено вплив хлоридів на фізико-хімічні властивості адсорбенту та досліджено волого- та термостійкість 3Са(ОН)2СаСl212Н2О і Са(ОН)2СаСl2Н2О. Доведено, що підвищення масової концентрації 3Са(ОН)2СаСl212Н2О в системі СаО-СаCl2на 20 % призводить до підвищення міцності непрожарених зразків з 1,8 до 2,2 МПа, у той час як в системі MgО-СаCl2міцність адсорбенту зменшується з 9,3 до 5,8 МПа.
5. Експериментально доведено, що фізико-хімічні властивості системи СаО-MgО-СаCl2будуть визначатися співвідношенням вільних оксидів СаО та MgО. Досліджено вплив співвідношення СаО:MgО на фізико-хімічні властивості адсорбенту. Доведено негативний вплив вільного оксиду кальцію в масі адсорбенту на його міцністні характеристики, термостійкість і стійкість на повітрі після прожарювання. На підставі проведених досліджень фізико-хімічних властивостей систем СаО - СаCl2та MgО - СаCl2установлено, що введення до складу адсорбенту 30 мас. % MgО сприяє підвищенню міцності прожарених зразків з 9 до 11 МПа і зменшенню вологопоглинання маси на 15 - 18 %.
6. На підставі отриманих експериментальних даних запропоновано оптимальний склад адсорбенту (мас. %): 80 - 3Ca(OH)2CaCl212H2O; 18 20 MgО, вміст вільного CaO не більш 2, що відповідає міцності після прожарювання 10 11 МПа і дозволяє досягти масового вмісту платиноїдів у масі до 2,5 %.
7. Проведено аналіз сировини для приготування маси та вставлено вплив технологічних параметрів на фізико-хімічні властивості адсорбенту. Доведено, що підвищення масового вмісту SiO2до 7 % при масовій концентрації 3Са(ОН)2СаСl212Н2О 80 % приводить до зменшення міцності адсорбенту з 7,3 до 6,2 МПа. Експериментально підтверджено, що наявність в масі СаСО3сприяє підвищенню температури прожарювання з 873 до 1073 К та часу прожарювання вдвічі. Обґрунтовано вибір сировини з погляду зменшення витрат на його транспортування і зниження капіталовкладень у технологію.
8. Запропоновано принципову технологічну схему й основне устаткування для виробництва адсорбенту. Розроблено схеми виробництва адсорбенту з використанням природної сировини і чистих вихідних компонентів і способів організації технологічного процесу.
9. На підставі розрахунку економічної ефективності доведено перевагу використання адсорбенту перед паладієвими сітками. Установлено ефективність використання запропонованого адсорбенту для уловлювання паладію при використанні комбінованого способу зниження втрат: паладієві сітки адсорбент.