DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2020.03.05

Надкритична металургія

Stella Skoromnaya

Анотація


Описана хронологія відкриття і дослідження надкритичного (НК) стану речовин. Відзначається відома можливість використання НК стану різних середовищ в присутності β-дикетонів для екстракційного виділення, концентрування і виділення біологічних матеріалів і хімічних сполук металів. Для різних матеріалів такі процеси виділення прийнято називати надкритичною флюїдною екстракцією (НФЕ). Діоксид вуглецю є хорошим кандидатом на роль надкритичного флюїду, тому що має досить низькі надкритичні параметрами, а його слідові кількості невеликі в матеріалі, що екстрагується. До того ж він практично повністю переходить в газоподібну фазу при скиданні тиску. Обговорюються процеси НФЕ в діоксиді вуглецю стосовно рідкоземельних елементів (РЗЕ). Відзначено високу, на рівні 92-98 %, ефективність НФЕ РЗЕ в середовищі діоксиду вуглецю. Наведені приклади і обговорюється можливість використання НФЕ діоксидом вуглецю урану з природних мінералів і низькозбагачених матеріалів, накопичених в хвостосховищах. Показана можливість отримання ефективності НФЕ діоксидом вуглецю урану більше 9  % в присутності мікрокількостей води. Описано умови проведення НФЕ в середовищі діоксиду вуглецю, при яких можливо роздільне отримання ізотопів урану. Показано, що для такого поділу необхідне створення градієнтного поля температур уздовж вертикальної осі екстракційної камери. Експериментально визначено, що коефіцієнт поділу U235 при НФЕ урану діоксидом вуглецю становить величину порядку 1,2. Обговорюється можливість використання НФЕ молібдену в середовищі діоксиду вуглецю для подальшого виробництва медичного ізотопу 99mTc. На основі описаних експериментальних даних по НФЕ діоксидом вуглецю комплексів металів введено поняття надкритична металургія металів і їх ізотопів.


Ключові слова


надкритичний флюїд; екстракція; рідкоземельні елементи; трансуранові елементи; поділ; ізотоп урану; молібден; технецій; металургія

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Zhuze T. P. Rol' szhatykh gazov kak rastvoriteley. Moskva, Nedra, 1981.

Lin Y., Brauer R. D., Laintz K. E., Wai C. M. Supercritical fluid extraction of lanthanides and actinides from solid materials with a fluorinated β-diketone. Analytical Chemistry, 1993, 65, 2549, doi: 10.1021/ac00072a707.

Smart. N. G., Carleson Т., Kast T., Clifford A. A., Burford M. D., Wai C. M. Solubility of chelating agents and metal-containing compounds in supercritical fluid carbon dioxide. Talanta, 1997, 44, 137-150, doi: 10.1016/S0039-9140(96)02008-5.

Wai С. М., Wang S. J. Supercritical fluid extraction: metals as complexes. Review Article. Journal of chromatography A, 1997. 785(1-2). P. 369, doi: 10.1016/S0021-9673(97)00679-1.

Erkey C. A. J. Supercritical carbon dioxide extraction of metals from aqueous solutions: a review. Supercritical Fluids, 2000, 17, 259, doi: 10.1016/S0896-8446(99)00047-9.

Alzaga R., Diez S., Bayona J. M. Supercritical fluid extraction. Ch. 10. Sample preparation for trace element analysis. Netherlands, 2003, 41, 313.

Kanekar A. S., Pathak P. N., Mohapatra P. K. Supercritical fluid dissolution and extraction of trivalent metal cations from different matrices. Science and Technology, 2015, 50(3), 471, doi: 10.1080/01496395.2014.973522.

Manjare S.D., Dhingra K. Supercritical fluid in separation and purification: A review. Materials Science for Energy Technologies, 2019, 2, 463, doi: 10.1016/j.mset.2019.04.005.

Babain V. A., Kamachev V. A., Kiseleva R. N., Murzin A. A., Smirnov I. V., Shadrin A. YU., Yakimovich S. I., Zerova I. V. Vliyaniye prirodnogo flyuida i β-diketona na sverkhkriticheskuyu ekstraktsiyu kompleksov metallov s β-diketonami. Radiokhimiya, 2003, 45(6), C. 543.

Shadrin A. YU. Ekstraktsiya aktinoidov rastvorami kompleksonov v sverkhkriticheskom i zhidkom diokside ugleroda. Trudy Radiyevogo instituta im. V. G. Khlopina, 2007, XII, 20.

Myasoyedov B. F., Kulyako YU. M., Shadrin A. YU., Samsonov M. D. Sverkhkriticheskaya flyuidnaya ekstraktsiya radionuklidov. Sverkhkriticheskiye flyuidy: Teoriya i praktika, 2007, 2(3), 35.

Samsonov M. D., Shadrin A. YU., Shafikov D. N., Kulyako YU. M., Myasoyedov B. F. Sverkhkriticheskaya flyuidnaya ekstraktsiya v sovremennoy radiokhimii. Radiokhimiya, 2011, 53(2), 97.

Mogilyuk V., Dobrovol'nyy A. Sverkhkriticheskaya flyuidnaya ekstraktsiya rastitel'nogo syr'ya: perspektivnaya tekhnologicheskaya platforma dlya farmatsevticheskoy promyshlennosti. Tekhnologii: sverkhkriticheskaya flyuidnaya ekstraktsiya. Farmatsevticheskaya otrasl', 2015, Fevral' № 1 (48), 62.

Vodyanik A. R., Shadrin A. Yu., Sinev M. Yu. Sverkhkriticheskaya flyuidnaya ekstraktsiya prirodnogo syr'ya: mirovoy opyt i situatsiya v Rossii. Sverkhkriticheskiye flyuidy: Teoriya i praktika, 2008, 3, no. 2, P. 58.

Kosynkin V. D., Glebov V. A. Vozrozhdeniye rossiyskogo proizvodstva redkozemel'nykh metallov – vazhneyshaya zadacha otechestvennoy ekonomiki. III Mezhdunarodnaya konferentsiya «Funktsional'nyye nanomaterialy i vysokochistyye veshchestva» (4–8 oktyabrya 2010 g., Suzdal', Rossiya), 2010.

Mikhaylov V. A. Redkozemel'nyye rudy mira: geologiya, resursy, ekonomika. Monografiya. Kiyev. Izdatel'sko-poligraficheskiy tsentr "Kiyevskiy tsentr", 2010.

Nikulin A. A. Metally dlya vysokikh tekhnologiy: tendentsii mirovogo rynka redkozemel'nykh elementov. Problemy natsional'noy strategii, 2014, no. 1, 22, P. 134.

Glushchenko Yu. G., Nechayev A. V., Polyakov Ye. G., Levin B. V. Vydeleniye redkozemel'nykh elementov iz ekstraktsionnoy fosfornoy kisloty v kontekste mirovykh problem ikh proizvodstva i potrebleniya. Available at: http://rusredmet.ru/research_papers (accessed 20.02.2020).

Borts B. V., Kolyabina I. L., Lisichenko G. V., Skoromnaya S. F., Tkachenko V. I. Sverkhkriticheskaya ekstraktsiya dioksidom ugleroda urana iz rudnykh kontsentratov i nizkoobogashchennykh rud khvostokhranilishch. Yadernaya i radiatsionnaya bezopasnost', 2016, № 2(70), P. 56.

Borts B. V., Skoromnaya S. F., Tkachenko V. I. Model' opisaniya ekstraktsii kompleksov izotopov uran - 235 i uran - 238 v podogrevayemom snizu sloye sverkhkriticheskogo dioksida ugleroda. VANT, seriya: materialovedeniye i novyye materialy, 2016, № 3(86), P. 50.

Borts B. V., Skoromnaya S. F., Palamarchuk A. P., Tkachenko V. I. The study of supercritical extraction of complexes of molybdenum with carbon dioxide. Vostochno-Yevropeyskiy zhurnal peredovykh tekhnologiy, 2016, № 6/6 (84), P. 57.

Khim. entsiklopediya: v 5 t.: t. 3: Medi-Polimernyye (Red.: I. L. Knunyants). Moskva, Bol'shaya Rossiyskaya entsiklopediya, 1992.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Жузе Т. П. Роль сжатых газов как растворителей. Москва: Недра, 1981.
  2. Lin Y., Brauer R. D., Laintz K. E., Wai C. M. Supercritical fluid extraction of lanthanides and actinides from solid materials with a fluorinated β-diketone. Analytical Chemistry, 1993. 65. 2549. doi: 10.1021/ac00072a707.
  3. Smart. N. G., Carleson Т., Kast T., Clifford A. A., Burford M. D., Wai C. M. Solubility of chelating agents and metal-containing compounds in supercritical fluid carbon dioxide. Talanta. 1997. 44. 137-150. doi: 10.1016/S0039-9140(96)02008-5.
  4. Wai С. М., Wang S. J. Supercritical fluid extraction: metals as complexes. Journal of chromatography A. 1997. 785(1-2). P. 369. doi: 10.1016/S0021-9673(97)00679-1.
  5. Erkey C. A. J. Supercritical carbon dioxide extraction of metals from aqueous solutions: a review. Supercritical Fluids. 2000. 17. 259. doi: 10.1016/S0896-8446(99)00047-9.
  6. Alzaga R., Diez S., Bayona J. M. Supercritical fluid extraction. Ch.10. Sample preparation for trace element analysis. Netherlands. 2003. 41. 313.
  7. Kanekar A. S., Pathak P. N., Mohapatra P. K. Supercritical fluid dissolution and extraction of trivalent metal cations from different matrices. Science and Technology. 2015. 50(3). 471. doi: 10.1080/01496395.2014.973522.
  8. Manjare S.D., Dhingra K. Supercritical fluid in separation and purification: A review. Materials Science for Energy Technologies. 2019. 2. 463. doi: 10.1016/j.mset.2019.04.005.
  9. Бабаин В. А., Камачев В. А., Киселева Р. Н., Мурзин А. А., Смирнов И. В., Шадрин А. Ю., Якимович С. И., Зерова И. В. Влияние природного флюида и β-дикетона на сверхкритическую экстракцию комплексов металлов с β-дикетонами. Радиохимия. 2003. 45(6). C. 543.
  10. Шадрин А. Ю. Экстракция актиноидов растворами комплексонов в сверхкритическом и жидком диоксиде углерода. Труды Радиевого института им. В. Г. Хлопина.  2007. XII. 20. С. 20.
  11. Мясоедов Б. Ф., Куляко Ю. М., Шадрин А. Ю., Самсонов М. Д. Сверхкритическая флюидная экстракция радионуклидов. Сверхкритические флюиды: Теория и практика. 2007. 2(3). 35.
  12. Самсонов М. Д., Шадрин А. Ю., Шафиков Д. Н., Куляко Ю. М., Мясоедов Б. Ф. Сверхкритическая флюидная экстракция в современной радиохимии. Радиохимия. 2011. 53(2). 97.
  13. Могилюк В., Добровольный А. Сверхкритическая флюидная экстракция растительного сырья: перспективная технологическая платформа для фармацевтической промышленности. Технологии: сверхкритическая флюидная экстракция. Фармацевтическая отрасль. 2015. Февраль № 1 (48). C. 62.
  14. Водяник А. Р., Шадрин А. Ю., Синев М. Ю. Сверхкритическая флюидная экстракция природного сырья: мировой опыт и ситуация в России. Сверхкритические флюиды: Теория и практика. 2008. 3. № 2. C. 58.
  15. Косынкин В. Д., Глебов В. А. Возрождение российского производства редкоземельных металлов – важнейшая задача отечественной экономики. III Международная конференция «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества» (4–8 октября 2010 г., Суздаль, Россия), 2010.
  16. Михайлов В. А. Редкоземельные руды мира: геология, ресурсы, экономика. Монография. Киев: Издательско-полиграфический центр "Киевский центр", 2010.
  17. Никулин A. A. Металлы для высоких технологий: тенденции мирового рынка редкоземельных элементов. Проблемы национальной стратегии. 2014. № 1. 22. C. 134.
  18. Глущенко Ю. Г., Нечаев А. В., Поляков Е. Г., Левин Б. В. Выделение редкоземельных элементов из экстракционной фосфорной кислоты в контексте мировых проблем их производства и потребления. URL: http://rusredmet.ru/research_papers (дата звернення 20.02.2020).
  19. Борц Б. В., Колябина И. Л., Лисиченко Г. В., Скоромная С. Ф., Ткаченко В. И. Сверхкритическая экстракция диоксидом углерода урана из рудных концентратов и низкообогащенных руд хвостохранилищ. Ядерная и радиационная безопасность. 2016. № 2(70). С. 56.
  20. Борц Б. В., Скоромная С. Ф., Ткаченко В. И. Модель описания экстракции комплексов изотопов уран - 235 и уран - 238 в подогреваемом снизу слое сверхкритического диоксида углерода. ВАНТ, серия: материаловедение и новые материалы. 2016. № 3(86). С. 50.
  21. Борц Б. В., Скоромная С. Ф., Паламарчук А. П., Ткаченко В. И. The study of supercritical extraction of complexes of molybdenum with carbon dioxide. Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2016. № 6/6 (84). С. 57.
  22. Хим. энциклопедия: в 5 т.: т. 3: Меди-Полимерные (Ред.: И. Л. Кнунянц). Москва: Большая Российская энциклопедия, 1992.