Сілтілік және қышқыл регенерациясы бар натрий вольфраматы және сульфаты ерітінділерін электродиализдеу технологиясы мен аппаратурасын зерттеу және әзірлеу

Жоба өзектілігі

Қазақстанның бірқатар вольфрам кен орындары бар, оларды сауатты пайдалану кезінде оған осы металды өндіру бойынша әлемдік көшбасшылардың үштігіне кіруге мүмкіндік береді. Вольфрам өндірісінің белгілі пирометаллургиялық технологиялары, әдетте, құрамында бірқатар қоспалар бар натрий вольфраматының сілтілі ерітінділерінің үлкен көлемінің пайда болуымен бірге жүреді. Ерітінділерді қоспалардан тазарту артық сода немесе сілтіні бейорганикалық қышқылдармен бейтараптандыруды қажет етеді, бұл үйіндіге жіберілетін хлорид пен сульфат ағындарының көп мөлшерінің пайда болуымен бірге жүреді.

Жобада ұсынылған мембраналық электродиализ технологияларын қолдану ағынды сулардың мөлшерін азайтуға, натрий вольфраматының ерітіндісінен вольфрам қышқылын алуға, содан кейін вольфрам оксидін алуға мүмкіндік береді. Сондай-ақ, түсті металдардың шикізатын өңдеудің бірқатар процестерінде түзілетін натрий сульфаты ерітінділерінің электродиализі сілтіні қалпына келтіруге, сондай-ақ бірқатар салаларда тұрақты сұранысқа ие тауарлық күкірт қышқылы түріндегі күкіртті шикізаттан алуға мүмкіндік береді.

Жоба мақсаты

Электродиализ технологиясы мен аппаратурасын зерттеу және әзірлеу:

– сілтінің регенерациясы және бейорганикалық қышқылдардың шығыны мен сульфат-хлорид ағындарының мөлшерінің азаюы бар натрий вольфраматының ерітінділері;

– сілтілік және күкірт қышқылының регенерациясы бар натрий сульфатының ерітінділері, бұл түсті металдардың сульфидті концентраттарын өңдеу құнын төмендетеді және тауар қышқылына күкірт шығаруды арттырады.

Күтілетін және қол жеткізілген нәтижелер

2023 жылы: электродиализаторлардың эскиздері және қондырғылардың схемалары, сынақ нәтижелері. Зертханалық зерттеулер нәтижелері бойынша натрий сульфаты мен натрий вольфраматы ерітінділерінің электродиализ процестерінің көрсеткіштері.

Электродиализаторлардың эскиздері және қондырғылардың схемалары жасалды. Эксперименттер жоспары бойынша 3 секциялы зертханалық аппаратта тот баспайтын болаттан жасалған катодпен және 50*100*1 өлшемдері бар платиналанған анодпен, МК-40 және МА-40 мембраналарымен тәжірибелер жүргізілді. Na₂SO₄ ерітіндісі х.а.ү.т, маркалы реагенттен дайындалды және көлемі 250 мл анион алмасу және катион алмасу мембраналары арасындағы диализатордың ортаңғы бөлігіне құйылды. Анод пен катод кеңістігіне 100 г/л концентрациясы бар 1 мл күкірт қышқылы немесе NaOH ерітінділері қосылған 150 мл тазартылған су құйылды. Тәжірибелер нәтижелері бойынша ток шығысының тәуелділіктері алынды: NaOH үшін  y = -1,9695x2 + 13,119x + 74,047 c жақындау коэффициенті R² = 0,9402; H₂SO₄ үшін y = -1,7652x2 + 12,453x + 71,973 с жақындату коэффициентімен R² = 0,9597.

Excel қосымшасында сульфат пен вольфрамат ерітінділерінің электродиализінің эксперименттік деректерін бастапқы өңдеу бағдарламасы жасалды. Әртүрлі концентрациядағы Na₂SO₄ ерітінділерімен эксперименттерді жоспарлау әдісі бойынша бірқатар тәжірибелер жүргізілді, әдістеме пысықталды, ерітінділердің айналымынсыз стационарлық режимде электродиализ көрсеткіштерінің тәуелділігі алынды, бұл бастапқы ерітінділердің толық конверсиясына дейін процестің ұзақтығын болжауға және ағынды режимдегі электродиализ сатыларының санын есептеу арқылы анықтауға мүмкіндік береді. Ерітінділердің тығыздығымен анықталатын және Фарадей заңымен бақыланатын натрий сульфаты ерітінділерінің электродиализ процесінің негізгі көрсеткіші электродиализаторға түсетін бастапқы ерітіндідегі тұз мөлшерінің соңғы ерітіндідегі тұз мөлшеріне қатынасы ретінде Na₂SO₄ конверсия дәрежесі болып табылатыны анықталды. Натрий сульфатының конверсия дәрежесінің ерітіндінің бастапқы концентрациясына, электродиализдегі ток тығыздығына және процестің ұзақтығына тәуелділігі екінші дәрежелі көпмүшеліктермен сипатталады. Сары вольфрам қышқылы мен вольфрам үштотығын алу үшін натрий вольфраматы ерітінділерін электродиализдеу бойынша бірқатар тәжірибелер жүргізілді.

2024 жылы: үлкейтілген - зертханалық зерттеулер нәтижелері бойынша натрий сульфаты мен натрий вольфраматы ерітінділерінің электродиализ процестерінің көрсеткіштері.

2025 жылы: сульфат-натрий және вольфрамат ерітінділерін өңдеудің технологиялық регламенті, аппаратуралық-технологиялық схема

Зерттеу тобы мүшелерінің аты-жөні, идентификаторлары (Scopus Author ID, Researcher ID, ORCID, бар болса) және сәйкес профильдерге сілтемелер

1. Баимбетов Б.С. – Scopus Author ID: 57144547400, Researcher ID: AAA-3483-2020, ORCID: 0000-0003-4442-5038;

2. Молдабаева Г.Ж. – Scopus Author ID: 57215536255, Researcher ID: AAG-8592-2019, ORCID: 0000-0002-3716-213X;

3. Васин К.А. – Scopus Author ID: 57204209616, ORCID: 0000-0002-4257-2061;

4. Тажиев Е.Б. – Researcher ID: AAA-3431-2020, Scopus Author ID: 56982938300, ORCID: 0000-0003-1955-8584;

5. Таймасова А.Н. – ScopusAuthor ID: 56178144700, Researcher ID: DXX-3245-2022, ORCID: 0000-0002-1351-5068;

6. Джуманкулова С.К. – Scopus Author ID:2922b0898454, Researcher ID: ААА-3426-2020, ORCID: 0000-0001-5379-0526;

7. Әділжан Ж. – Researcher ID: ABC-8483-2021, ORCID: 0000-0003-0125-0098;

8. Даулетбакова А.А. – ORCID: 0000-0001-6220-6387;

9. Байсултанов Р.М. – ORCID ID 0009-0008-7966-6177

Жарияланымдар тізімі (URL, DOI              көрсетілген)

1 мақала жарияланды.  (https://www.mdpi.com/2227-9717/12/1/77 )  https://doi.org/10.3390/pr12010077