CC BY
0International scientific journal "Interpretation and researches"
_Volume 2 issue 14 (36) | ISSN: 218Ы163 | Impact Factor: 8.2_
ТВУЧЁН!^^
ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ГЕРМАНИЯ
Кенжаева Севара Абсаматовна
ассистент кафедры «Металлургия» Алмалыкского филиала Ташкентского государственного технического университета
Аннотация. На сегодняшний день во всех областях техники большую роль играют редкие элементы, среди которых немалое значение имеет германий. Германий используется в создании полупроводниковых материалов, а также в производстве оптического стекла и др. По содержанию в земной коре больше, чем ртуть, кадмия и металлического висмута. Германий является изоморфным микроэлементом и иногда в высоких концентрациях встречается в свинцовых, цинковых и медно-содержащих рудах, а также в угле.
Ключевые слова: германий,уголь, технический отход, топливо, пульпа, раствор, гидрометаллургия, пирометаллургия.
Содержание германия в углях различных типов колеблется от 0,001% до 0,01%, причём германий концентрируется преимущественно в малометаморфизированных углях (угли антрацитового типа почти не содержат германия). Эти и подобные им сульфидные месторождения являются основными. Если в процессе сжигания топлива подача кислорода производится с большим потоком, то германий может распределится (%): в шлаке — 51,7; в золе — 19; в пыли — 0,25; потери с газами — 29. Германий извлекают исключительно из промежуточных и отвальных продуктов (пылей, шлаков, сплавов, пульпы, растворов, золы и т.д.). В некоторых из них содержание германия может быть на порядок выше, чем в исходных концентратах, но практически редко бывает больше 10_1%. Концентраты руд могут довольно значительно отличаться как по содержанию рудообразующего минерала, так
International scientific journal "Interpretation and researches"
_Volume 2 issue 14 (36) | ISSN: 218Ы163 | Impact Factor: 8.2_
и составом вмещающих горных пород. От этого во многом зависят условия их переработки, изменяются характер и количество отходов [1,2].
В зарубежных странах Германий производится в основном из сфалерита, он также найден в серебряных, свинцовых и медных рудах. В США сульфидные цинковые руды и попутный германиевый концентрат добываются на трех шахтах. Это «Red Dog Mine» на Аляске - крупнейший цинковый рудник в мире, а также «Gordonsville» в Теннеси и «Pend-Orielle» в Вермонте. [3]. Другой источник германия - зольная пыль угольных электростанций, которые используют уголь из определенных месторождений угля с большой концентрацией. В России на Дальнем Востоке страны на острове Сахалин расположены угольные шахты к северо-востоку от Владивостока также использовались в качестве германиевого источника.
Месторождения в Китае, главным образом, расположены в буроугольных шахтах около Lincang, провинция Юньнань; угольные шахты около Xilinhaote, провинция Внутренняя Монголия также используются. Производство германия в промышленных масштабах в Узбекистане началось в 1962 году, когда на Ангренском химико-металлургическом заводе (АХМЗ) в городе Ангрен (ныне предприятие «Ангренэнергоцветмет») был введён в действие цех переработки пыли. [4-7]
Технология получения германия имеет особенности, обусловленные необычайным разнообразием природных материалов, которые могут быть использованы для его промышленного получения.
Рудное сырье первоначально перерабатывается с целью извлечения основных материалов, из каменного угля получают кокс, топливо сжигают для получения тепловой и электрической энергии.
Повышение общего извлечения германия может быть достигнуто разработкой технологии до извлечения германия из этого отхода в электропечи, используемой для основного процесса - плавки продуктов сжигания первичного сырья.
International scientific journal "Interpretation and researches"
_Volume 2 issue 14 (36) | ISSN: 218Ы163 | Impact Factor: 8.2_
Пирометаллургические технологии производятся имея ввиду летучести некоторых соединений германия с серой, кислородом, хлором, водородом. Это даёт возможность концентрации германия в полупродуктах переработки цветных металлов, сжигания, газификации, полукоксования и коксования углей. Пирометаллургические технологии можно подразделить на две группы: обжиг (хлорирующий и сульфатизирующий) и восстановительная возгонка.
При производстве меди германий извлекается из пылей шахтной и отражательной плавок, пыли конвертеров и возгонов при фьюминговании шлаков [8]. Компонентами шлака являются, труднорастворимые соединения, в основном оксиды металлов, связанные друг с другом. Германий является амфотерным элементом, способным взаимодействовать как с кислотами, так и с основаниями, в связи с этим предложено провести опыты по высокотемпературному щелочному вскрытию шлака. После проведения опыта в фильтратах германий практически отсутствовает. С целью повышения извлечения полезного компонента были проведены опыты с введением разнообразных окислителей в процессе выщелачивания, таких как пиролюзит, пероксид водорода, пзпохлорит натрия. Цель опытов заключалась в окислении германия, если он находился в металлической форме в шлаке, и в интенсификации процесса выщелачивания, так как по данным литературы пероксид водорода и гипохлорит натрия ускоряют извлечение целевого компонента [9,10]. А также известен способ извлечения германия из сплава на основе железа хлорированием в растворе хлорида железа. [11]
Распределение германия в различных продуктах сжигания угля в топках зависит от разных причин: качества исходного топлива, метода сжигания, конструкции топок и т.д. При пылевидном сжигании в летучую золу переходит до (70 95) % германия, содержащегося в угле. Извлечение германия в летучую золу слоевого сжигания доходит до (85 — 90) % [12,13]. При сжигании угля в условиях недостаточного доступа кислорода (например, в газогенераторных установках) распределение германия иное: примерно 75% в пыли и 25% в золе. Это объясняется образованием в восстановительной среде
International scientific journal "Interpretation and researches"
_Volume 2 issue 14 (36) | ISSN: 218Ы163 | Impact Factor: 8.2_
летучей окиси германия GeO. Выход германия в обогащенную им пыль зависит не только от условий сжигания, но и от состава золы. Если зола плавится при низкой температуре, то образуется много жидкого шлака, препятствующего сублимации германия [14,15].
В гидрометаллургическом производстве цинка обжиг концентратов производится при сравнительно низкой температуре 800~900°С. При этом большая часть германия остается в огарке в виде двуокиси германия. Однако при недостатке воздуха часть германия сублимирует в виде сульфида GeS. При выщелачивании цинковых огарков германий остается в отвальных кеках. Это объясняется тем, что при тех значениях рН раствора, которые устанавливаются в нейтральной ветви выщелачивания, сульфат германия гидролизуется и осаждается гидроокись германия. Очистка растворов сульфата цинка от германия должна производиться достаточно полно, так как уже малая концентрация германия оказывает вредное влияние на электролиз цинка [16-
Получение германия из моногерманов проводили путем пиролиза. Необходимо было подобрать оптимальные условия процесса с целью минимизировать образование мелкодисперсного порошка и исключить проскок моногермана через реактор, снижающие выход дорогостоящего продукта. Для выбора оптимальных условий проводили анализ реакции пиролиза моногермана в проточном реакторе, используя известные из литературы данные о кинетике процесса. Проведенные оценки показали, что оптимальная температура проведения разложения моногермана 420-450°С при скорости подачи моногермана в реактор 30 мл/мин. Такие значения параметров процесса обеспечивают требуемую производительность процесса, высокий выход продукта (более 95%) и позволяет получать большую часть германия в виде поликристалла. В результате пиролиза получено поликристаллические слитки изотопно обогащенного германия массами от 50 до 60 грамм [17]. Один из наиболее древних методов восстановительной плавки с углеродистым восстановителем на сплавы германия. Этот метод был использован еще в 1939
International scientific journal "Interpretation and researches"
_Volume 2 issue 14 (36) | ISSN: 218Ы163 | Impact Factor: 8.2_
г. на опытной установке (Великобритания) для извлечения германия из летучих пылей газогенераторных станций. Извлечение германия в сплав составляло 94— 95 %. Недостатком способа является избыток восстановителя для подавления образования и выделения в газовую фазу моноокиси германия. А также при переработке шлака можно извлечь металл германий.
Вывод. Из вышесказанного можно сделать вывод что пирометаллургические технологии имеет низкую селективность извлечения полезных компонентов, большие объемы инвестиций и энергозатрат при переработке сырья с низким содержанием германия. К тому же, полученные промпродукты далее все равно перерабатываются гидрометаллургическими способами.
Использованная литература:
1. М.А. Коленкова. Металлургия рассеянных и лёгких металлов [Текст] / O.E. Крейн. —М. издательство «Металлургия», 1977 г. — 360с
2. Study of the complex processing of ash and slag at Angren Thermal Power Plant. Makhamatokhir Ernazarov, Nilufar Askarova, Sevara Kenjayeva, Rano Toshkodirova, Akmal Toshpulatov, Nigora Akhmedova and Asadjon Kambarov. E3S Web Conf., 498 (2024) 01010 DOI: https://doi.org/10.105 l/e3sconf/202449801010
3. Наумов A.B. Мировой рынок германия и его перспективы // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия, 2007. - № 4. — С. 32-40.
4. Nilufar Musurmonovna Askarova, & Nigora Erkin qizi Ahmedova. (2022). BOYITILGAN ANGREN КО'MIR KONI KAOLINIDAN ALYUMENIY VA KREMNIY OKSIDLARINI OLISH IMKONIYATLARI. RESEARCH AND EDUCATION, 1(2), 269-272.
5. Sunnatov, J. В., Axmedova, N. E. qizi, & Masidikov, E. M. (2022). PO'LAT ISHLAB CHIQARISHDA INNOVATSION TEXNOLOGIYALAR. RESEARCH AND EDUCATION, 1(2), 213-222.
International scientific journal "Interpretation and researches"
_Volume 2 issue 14 (36) | ISSN: 218Ы163 | Impact Factor: 8.2_
6. Samadov A. U., Akhmedova N. E., & Jalolov B. A. (2024). STUDYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF SLAG FORMED WHEN SMELTING COPPER CHARGE. Galaxy International Interdisciplinary Research Journal, 12(2), 397-401.
7. Processing of waste (tails) after flotation of copper production slag to obtain iron oxide pigment Alisher Samadov, Nilufar Askarova, Rano Toshkodirova, Nigora Akhmedova, Olmos Boltayev, Komiljon Mirzayev and Asadjon Kambarov E3S Web of Conf., 524 (2024) 02014
В. Хасанов A.C., Шодиев A.H., Туробов Ш.Н., Каршибоев Ш.Б., Рахимов К.Х., Ахматов А.А. Способы извлечения редких металлов из техногенных отходов металлургического производства. XIII International correspondence scientific specialized conference «International scientific review of the technical sciences, mathematics and computer science» BOSTON. (USA). December 29-30,2019 г. стр. 17-23.
9. В.А. Назаренко Аналитическая химия германия / M.: Наука, 1973. -264 с.
10. Тошкодирова Р.Э., & Кенжаева С.А. (2023). ИЗУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ КЛИНКЕРА ЦИНКОВОГО ПРОИЗВОДСТВА. Journal of Advances in Engineering Technology, (2), 87-91.
11. (A.R.Powell, F.V.Lever, R.E.Walpole. The Extraction and Refining of Germanium and Gallium. Journal of Applied Chemistry, V.I, No. 12, 1951, pp.541-555).
12. А.А. Хренников. Об извлечении германия и цинка из пылей медеплавильного производства. [Текст] / Хренников А.А., Мальцев Г.И., Лебедь А.Б., Набойченко С.С.
13. Кенжаева, С.А., & Тошкодирова, Р.Э. (2022). ИССЛЕДОВАНИЕ ПО ИЗВЛЕЧЕНИЮ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ КЛИНКЕРА ЦИНКОВОГО ПРОИЗВОДСТВА. Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences, 2 (5), 616-622.
International scientific journal "Interpretation and researches"
_Volume 2 issue 14 (36) | ISSN: 218Ы163 | Impact Factor: 8.2_
14. Мирзанова 3.A., Муносибов Ш.М., Рахимжонов З.Б., Каримова Ш.К., Ташалиев Ф.У., Каршибоев Ш.Б., Технология переработки техногенных отходов содержащие цветные металлы. «Universum: технические науки» № 6-1 (87), 2021 год, стр. 59-65.
15. Эрназаров Мухаммад-Тохир, & Кенжаева Севара Абсаматовна (2024). ИССЛЕДОВАНИЕ ПО ПЕРЕРАБОТКИ ЗОЛОШЛАКОВ АНГРЕНСКОЙ ТЭС. Sanoatda raqamli texnologiyalar / Цифровые технологии в промышленности, 2 (2), 25-30. doi: 10.528 l/zenodo.l0972106
16. Masidiqov Е.М., & Karshiboev S. (2021). Possibilities of increasing the efficiency of the technology of hydrometallurgical processing of lead concentrates. Academic research in educational sciences, 2(3).
17. Липский, В. А. Получение изотопно обогащенного поликристаллического германия пиролизом моногермана / В.А. Липский, В.А. Гавва, А.Д. Буланов. // Неорганические материалы. - 2020. - Т. 56. - № 3. - С. 235-240
