Анотація до роботи:

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-СаCl₂ і СаО-MgО-СаCl₂ і 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 Rh₂O₃ з 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 Rh₂O₃ залежать 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-СаCl₂ та СаО-MgО-СаCl₂ отримано 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-СаCl₂ на 20 % призводить до підвищення міцності непрожарених зразків з 1,8 до 2,2 МПа, у той час як в системі MgО-СаCl₂ міцність адсорбенту зменшується з 9,3 до 5,8 МПа.

5. Експериментально доведено, що фізико-хімічні властивості системи СаО-MgО-СаCl₂ будуть 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 - СаCl₂ та MgО - СаCl₂ установлено, 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)₂ CaCl₂ 12H₂O; 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 SiO₂ до 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 СаСО₃ сприяє 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.

Публікації автора:

1. Лавренко А.А., Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Козуб П.А. Термографический анализ адсорбента для улавливания платины // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”.– 2004. - № 14 - С. 101-106.

   Здобувачем досліджено твердофазні перетворення, що відбуваються в масі адсорбенту в інтервалі температур 273 – 1273 К.

   2. Гринь Г.И., Дейнека Д.Н., Козуб П.А., Лавренко А.А. Физико-химические исследования процессов взаимодействия оксида родия с компонентами адсорбента // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”.– 2005. - № 52 - С. 152-157.

   Здобувачем досліджено умови утворення сполук кальцію та магнію з оксидом родію.

   3. Гринь Г.І., Дейнека Д.М., Козуб П.А., Лавренко А.О. Термодинамічні дослідження системи CaO–CaCl₂ // Хімічна промисловість України. – 2006. - №4. – С. 7-10.

   Здобувачем проведено термодинамічні дослідження системи CaO–CaCl₂ та встановлено хімізм процесів за участю сполук кальцію в масі адсорбенту.

   4. Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Козуб П.А., Лавренко А.А. Термодинамический анализ возможных реакций взаимодействия компонентов адсорбента с оксидами металлов // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”.– 2006. - № 11 - С. 99-103.

   Здобувачем проведено термодинамічні дослідження реакцій утворення складних оксидних сполук лужноземельних металів за участю оксидів заліза, хрому та нікелю.

   5. Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Козуб П.А., Лавренко А.А. Термодинамическое обоснование возможности использования щелочноземельных металлов для улавливания платины // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”.– 2006. - № 12 - С. 73-76.

   Здобувачем проведено термодинамічні дослідження реакцій утворення платинатів лужноземельних металів за участю оксидів магнію, кальцію, стронцію та барію.

   6. Гринь Г.И., Дейнека Д.Н., Козуб П.А., Лавренко А.А. Термодинамические исследования системы MgO–MgCl₂ // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”.– 2006. - № 13 - С. 31-35.

   Здобувачем проведено термодинамічні дослідження системи MgO–MgCl₂ та встановлено хімізм процесів за участю сполук магнію в масі адсорбенту.

   7. Гринь Г.И., Дейнека Д.Н., Козуб П.А., Лавренко А.А., Бондаренко Л.Н. Термодинамические исследования системы СаCl₂ – MgO // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2006. - №3. - С. 69-72.

   Здобувачем проведено термодинамічні дослідження системи СаCl₂ – MgO та встановлено хімізм процесів за участю сполук магнію та кальцію в масі адсорбенту при їх одночасній присутності.

   8. Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Козуб П.А., Лавренко А.А., Бондаренко Л.Н. Изучение влияния добавок на физико-химические свойства адсорбента // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”.– 2006. - № 25 - С. 42-47.

   Здобувачем досліджено причини зменшення активності адсорбенту за участю оксидів полівалентних металів.

   9. Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Козуб П.А., Лавренко А.А. Термодинамическое обоснование возможности использования щелочноземельных металлов для улавливания палладия и родия // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”.– 2006. - № 27 - С. 134-137.

   Здобувачем проведено термодинамічні дослідження реакцій утворення паладатів та родатів лужноземельних металів за участю оксидів магнію, кальцію, стронцію та барію.

   10. Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Козуб П.А., Лавренко А.А., Бондаренко Л.Н. Исследование влияния оксида кальция на физико-химические свойства адсорбента // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”.– 2006. - №30 - С. 158-164.

   Здобувачем досліджено вплив оксиду кальцію на експлуатаційні характеристики адсорбенту та встановлено негативний вплив гідроксиду кальцію на міцність та стійкість адсорбенту.

   11. Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Козуб П.А., Лавренко А.А., Бондаренко Л.Н. Исследование влияния оксида магния на физико-химические свойства адсорбента // Восточно – Европейский журнал передовых технологий. – 2006. - № 6 - С. 41-45.

   Здобувачем досліджено вплив оксиду магнію на покращення експлуатаційних характеристик адсорбенту: міцність, термостійкість та вологопоглинання.

   12. Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Козуб П.А., Лавренко А.А., Бондаренко Л.Н. Исследование влияния соотношения СаО-MgO на прочность адсорбента // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”.– 2006. - № 44 - С. 30-37.

   Здобувачем досліджено співвідношення компонентів адсорбенту на міцність адсорбенту та встановлено вплив неоднорідності маси гранули на його міцністні характеристики.

   13. Гринь Г.И., Дейнека Д.Н., Козуб П.А., Лавренко А.А., Бондаренко Л.Н. Механизм образования прочностной структуры адсорбента // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск: Новая идеология, 2006. – № 6 – С. 73-76.

   Здобувачем запропоновано механізм утворення міцностної структури адсорбенту та його зберігання після прожарювання за участю хлоридів кальцію та магнію.

   14. Пат. 77149 С2 України, МПК В 01 J 20, В 01 J 20, C 01 B 21 № 2002031806; Спосіб одержання сорбенту для уловлювання благородних металів у виробництві азотної кислоти / Лавренко А.О., Лобойко О.Я., Гринь Г.І., Федорченко Т.В., Козуб П.А., Дейнека Д.М. Заявл. 05.03.2002; Опубл. 15.11.2006, Бюл. №11.

   Здобувачем запропоновано використання полістиролу в якості пороутворюючої добавки для підвищення ступеня уловлювання адсорбенту.

   15. Пат. 77389 С2 України, МПК В 01 J 20, В 01 J 20, C 01 B 21 № 2002043108; Спосіб одержання сорбенту для уловлювання благородних металів у виробництві азотної кислоти / Лавренко А.О., Лобойко О.Я., Гринь Г.І., Федорченко Т.В., Козуб П.А., Свергун С.М., Пилипенко П.І., Семенко А.В., Дейнека Д.М. Заявл. 16.04.2002; Опубл. 15.12.2006, Бюл. №12.

   Здобувачем запропоновано метод підвищення питомої поверхні адсорбенту та його активності за рахунок утворення пористої структури.

   16. Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Козуб П.А., Лавренко А.А. Определение прочностных свойств адсорбента // Тр. конф. “Хімія і сучасні технології”. – Дніпропетровськ: Нова ідеологія. - 2005. - С. 41.

   Здобувачем встановлені залежності зміни міцності від хімічного складу адсорбенту та режимів термообробки.

   17. Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Лавренко А.А., Козуб П.А. Дериватографический анализ взаимодействия металлов платиновой группы с компонентами поглотительной массы // Тр. Шостої Всеукраїнської конф. «Сучасні проблеми хімії». – К.: Київський університет, 2005. – С. 21.

   Здобувачем проведені дослідження реакцій утворення складних сполук металів платинової групи та встановлено температуру розкладання тригідроксидхлориду та гідроксидхлориду кальцію.

   18. Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Лавренко А.А., Козуб П.А. Изучение влияния хлорида кальция на физико-химические свойства адсорбента // Тр. конф. «Экологический мониторинг промышленных предприятий и его законодательное и материальное обеспечение». – К.: Знание, 2006. – С. 11.

   Здобувачем досліджено фізико-хімічні властивості тригідроксидхлориду і гідроксидхлориду кальцію та встановлена їх роль у формуванні міцністної структури адсорбенту.

   19. Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Лавренко А.А., Козуб П.А. Методика определения стандартной энтальпии для бинарных оксидных соединений // Труды конф. «Экологический мониторинг промышленных предприятий и его законодательное и материальное обеспечение». – К.: Знание, 2006. – С. 12-14.

   Здобувачем запропоновано методику визначення стандартних термодинамічних характеристик платинатів, паладатів та родатів лужноземельних металів.

   20. Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Лавренко А.А., Козуб П.А. Термодинамика реакций образования оксидов металлов платиновой группы // Тр. V Международной научно-технической конф. «Укркатализ - V». – К.: Северодонецкая городская типография, 2006. – С. 216.

   Здобувачем досліджено умови утворення оксидів металів платинової групи за участю кисню та води.

   21. Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Лавренко А.А., Козуб П.А. Использование адсорбента на основе оксидов щелочноземельных металлов для улавливания тяжелых металлов в различных производствах // Тр. Міжнародної науково-технічної конф. «Проблеми і рішення у сфері поводження з небезпечними відходами». – К.: Знання України, 2006. – С. 27.

   Здобувачем встановлена ефективність використання адсорбенту для сорбції полівалентних металів як один із способів очистки газових викидів від сполук важких металів.

   22. Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Лавренко А.А., Козуб П.А. Термодинамический расчет реакций взаимодействия благородных металлов с компонентами адсорбента // Тр. Сьомої Всеукраїнської конф. «Сучасні проблеми хімії». – К.: Київський університет, 2006. – С. 19.

   Здобувачем розглянуті можливі реакції утворення платиноїдів за участю сполук кальцію та магнію.

   23. Дейнека Д.Н., Гринь Г.И., Козуб П.А., Лавренко А.А. Исследование влияния изменения соотношения СаО-MgO-CaCl₂ на физико-химические свойства адсорбента // Тр. конф. “Хімія і сучасні технології”. – Дніпропетровськ: Нова ідеологія. - 2006. - С. 350.

   Здобувачем досліджено багатокомпонентну систему СаО-MgO-CaCl₂ та встановлено залежність зміни фізико-хімічних властивостей адсорбенту від співвідношення основних компонентів.