Исследование и разработка технологии и аппаратуры электродиализа растворов вольфрамата и сульфата натрия с регенерацией щелочи и кислоты

Актуальность

Казахстан располагает рядом вольфрамовых месторождений, позволяющих при их использовании войти ему в тройку мировых лидеров по производству этого металла. Технологии производства вольфрама, сопровождаются образованием большого объема растворов вольфрамата натрия, содержащих ряд примесей. Очистка растворов от примесей требует нейтрализации неорганическими кислотами, сопровождающейся образованием большого количества хлоридных и сульфатных стоков, направляемых в отвал.

Применение мембранных технологий электродиализа, предлагаемых в проекте, позволит уменьшить количество сбрасываемых стоков, извлечь из раствора вольфрамата натрия вольфрамовую кислоту с последующим получением оксида вольфрама. Также электродиализ растворов сульфата натрия образующихся в ряде процессов переработки сырья цветных металлов позволит регенерировать щелочь, а также извлечь из сырья серу в виде товарной серной кислоты, пользующейся постоянным спросом в ряде отраслей промышленности.

Цель

Исследование и разработка технологии и аппаратуры электродиализа:

– растворов вольфрамата натрия с регенерацией щелочи и сокращением расхода неорганических кислот и количества сульфатно-хлоридных стоков;

– растворов сульфата натрия с регенерацией щелочи и серной кислоты, что снижает себестоимость переработки сульфидных концентратов цветных металлов и повышает извлечение серы в товарную кислоту.

Ожидаемые и достигнутые результаты

В 2023 году: Эскизы электродиализаторов и схемы установок, результаты испытаний. Показатели процессов электродиализа растворов сульфата натрия и вольфрамата натрия по результатам лабораторных исследований.

Изготовлены эскизы электродиализаторов и схемы установок. По плану экспериментов проведены опыты в 3-х секционном лабораторном аппарате с катодом из нержавеющей стали и платинированным анодом с размерами 50*100*1, с мембранами МК-40 и МА-40. Раствор Na₂SO₄ готовили из реагента марки ч.д.а,, и объемом 250 мл заливали в средний отсек диализатора между анионообменной и катионообменной мембранами. В анодное и катодное пространство заливали по 150 мл дистиллированной воды с добавлением по 1 мл растворов серной кислоты или NaOH концентрацией 100 г/л. По результатам опытов получены зависимости выхода по току: для NaOH   y = -1,9695x2 + 13,119x + 74,047 c коэффициентом апроксимации R² = 0,9402; для H₂SO₄ y = -1,7652x2 + 12,453x + 71,973 с коэффициэнтом апроксимации R² = 0,9597.

В приложении Excel разработана программа первичной обработки экспериментальных данных электродиализа сульфатных и вольфраматных растворов. Проведена серия опытов по методу планирования экспериментов с растворами Na₂SO₄ различной концентрации, отработана методика, получены зависимости показателей электродиализа в стационарном режиме без циркуляции растворов, что позволяет прогнозировать продолжительность процесса до полной конверсии исходных растворов и определить расчетом число стадий электродиализа в проточном режиме. Выявлено, что основным показателем процесса электродиализа растворов сульфата натрия определяемым по плотности растворов и контролируемым по закону Фарадея является степень конверсии Na₂SO₄ как отношение количества соли в исходном растворе поступающем в электродиализатор к количеству соли в конечном растворе. Зависимости степени конверсии сульфата натрия от начальной концентрации раствора, плотности тока при электродиализе и продолжительности процесса описываются полиномами второй степени. Проведена серия опытов по электродиализу растворов вольфрамата натрия с получением желтой вольфрамовой кислоты и триоксида вольфрама.

В 2024 году: Показатели процессов электродиализа растворов сульфата натрия и вольфрамата натрия по результатам укрупненно- лабораторных исследований.

В 2025 году: Технологический регламент переработки сульфат-натриевых и вольфраматных растворов, аппаратурно-технологическая схема

Имена и фамилии членов исследовательской группы с их идентификаторами (Scopus Author ID, Researcher ID, ORCID, при наличии) и ссылками на соответствующие профили

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

Список публикаций с ссылками на них

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