Применение кавитационной технологии для извлечения германия из природного сырья Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли

Библиографические ссылки

1. Пятаков А. П., Звездин А. К. Магнитоэлектрические материалы и мультиферроики // УФН. 2012. Т. 182, № 6. С. 593-620.

2. Магнитные и электрические свойства твердых растворов YbxMn1-xS / С. С. Аплеснин, А. М. Харьков, О. Б. Романова, К. И. Янушкевич, А. И. Галяс, В. В. Соколов // Известия РАН. Серия физическая. 2013. Т. 77, № 10. С. 1472-1474.

3. Аплеснин С. С., Харьков А. М. Диэлектрическая проницаемость твердых растворов YbxMnbxS (x = 0.1, 0.2) // Решетневские чтения : материалы XVI конф. Красноярск, 2012. С. 419-420.

4. Gigantic magnetocapacitive effect into YbxMnbxS / S. S. Aplesnin, A. M. Kharkov, V. V. Sokolov // Trends in magnetism : Abstract for Euro-Asian Symposium. EASTMAG. Vladivostok, 2013. P. 33-34.

5. Magretic propеrtiеs of semiconductors YbxMnbxS / S. S. Aplesnin, A. M. Kharkov, O. B. Romanova, V. V. Sokolov, K. Yanushkevich // Book of Abstracts JEMS, 2012. P. 271-272.

References

1. Pyatakov A. P., Zvezdin A. K. [Magnetoelectric materials and multiferroics]. UFN, 2012, vol. 182, no. 6, p. 593-620 (In Russ).

2. Aplesnin S. S., Kharkov A. M., Romanova, O. B., Yanushkevich K. I., Galyas A. I., Sokolov V. V. [Magnetic and electrical properties of solid solutions YbxMn1-xS]. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya, 2013, vol. 77, no. 10, p. 1472-1474 (In Russ).

3. Aplesnin S. S., Kharkov A. M. [The dielectric permeability of solid solutions YbxMni_xS (x = 0.1, 0.2)]. Materialy XVI konferentsii «Reshetnevskie chteniya» Krasnoyarsk, 2012, p. 419-420 (In Russ).

4. Aplesnin S. S., Kharkov A. M., Sokolov V. V. Gigantic magnetocapacitive effect into YbxMn1-xS. Abstract for Euro-Asian Symposium «Trends in magnetism», EASTMAG, Vladivostok, 2013, p. 33-34.

5. Aplesnin S. S., Kharkov A. M., Romanova O. B., Sokolov V. V., Yanushkevich K. Magretic propеrtiеs of semiconductors YbxMni_xS. Book of Abstracts JEMS, 2012, p. 271-272.

© Харьков А. М., 2015

УДК 621.315.592

ПРИМЕНЕНИЕ КАВИТАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГЕРМАНИЯ ИЗ ПРИРОДНОГО СЫРЬЯ

А. Ф. Шиманский1 , В. А. Кулагин2, Я. В. Казанцев2, Н. С. Симонова2, М. А. Грачева1

1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

2Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79. Е-mail: shimanaf@mail.ru

Монокристаллы германия используются для изготовления фотоэлектрических преобразователей космического базирования. Изложены результаты исследования извлечения германия из природного сырья гидрометаллургическим методом с применением кавитационного воздействия.

Ключевые слова: германий, сырье, лигнит, кавитационная технология, степень извлечения.

THE USE OF CAVITATION TECHNOLOGY FOR EXTRACTING GERMANIUM FROM NATURAL RAW MATERIALS

A. F. Shimanskiy1*, V. A. Kulagin2, Ya. V. Kazantsev2, N. S. Simonova2, M. A. Gracheva1

:Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2Siberian Federal University

79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation. *Е-mail: shimanaf@mail.ru

Germanium single crystals are used to manufacture photovoltaic cells for space-based assets. The paper presents the results of an investigation of germanium extraction from natural raw materials by hydrometallurgical method with use of cavitation attack.

Keywords: germanium, raw materials, lignite, cavitation technology, extraction ratio.

Монокристаллы германия применяются в полупроводниковых нанотехнологиях в качестве подложек для эпитаксиальных структур, необходимых для изго-

товления солнечных элементов, являющихся эффективными фотопреобразователями (ФЭП) космического базирования [1]. Широкое внедрение ФЭП на ос-

Решетнеескцие чтения. 2015

нове германия сдерживается его высокой стоимостью, которая в значительной мере определяется стоимостью и дефицитностью сырья.

В настоящее время как перспективный источник германиевого сырья рассматриваются лигниты Красноярского края, залегающие в бассейне среднего течения р. Енисей. Среднее содержание германия в них составляет 200,0 г/т [2; 3]. Промышленные скопления лигнита представлены окаменевшими углефициро-ванными фрагментами древесины. Для извлечения германия из угольных материалов преимущественно используются пирометаллургические способы, основанные на протекании окислительно-восстановительных процессов [4].

Настоящая работа направлена на исследование процесса извлечения германия из лигнита гидрометаллургическим методом и повышение его эффективности с использованием кавитационной технологии [5]. Кавитационное гидротермодинамическое воздействие может быть представлено двумя основными механизмами: распространением ударных волн вблизи схло-пывающихся кавитационных микропузырьков и ударным действием кумулятивных микроструек при их несимметричном коллапсе. При этом реализуются поля высоких температур (до 15 000 °С) и давлений (до 10 000 атм).

В работе использовали лигнит с содержанием ве 130 г/т. Его предварительно измельчали в кольцевой мельнице КосЫаЬБ до среднего размера частиц 30 мкм, установленного с помощью лазерного анализатора Аиа^еИе 22. Обработку водноугольной суспензии производили в суперкавитационном реакторе роторного типа под воздействием эффектов гидродинамической кавитации.

После кавитационной обработки дисперсную фазу фильтрованием отделяли от дисперсионной среды и сушили до влажности 3^5 %. Остаточное содержание германия в лигните определяли методом рентгеновского спектрального флуоресцентного анализа с помощью спектрометра ХКР-1800 Shimadzu.

Эксперименты по извлечению германия проводили при комнатной температуре, содержание лигнита в водной среде изменяли от 10 до 50 %, рН среды -от 1 до 9. Максимальная степень извлечения германия из лигнита, составляющая 45 %, достигнута при рН = 3 и концентрации твердой фазы 40 %.

Таким образом, для лигнита с низкой теплотой сгорания и невысокой концентрацией германия альтернативу пирометаллургическому способу переработки может составить гидрометаллургический метод.

Библиографические ссылки

1. Claeys C. Simoen E. Germanium-based technologies: from materials to devices. Berlin [etc.]: Elsevier. 2007. 449 p.

2. Лигниты среднего течения р. Енисей и перспективы их использования для производства германия / В. А. Макаров, О. И. Подкопаев, Д. Г. Козьмин,

B. И. Наидко, А. Ф. Шиманский, С. А. Копыткова // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2014. № 7 (7). С. 862-871.

3. Озерский А. Ю. Германий Нижнего Приангарья // Природные ресурсы Красноярского края. 2010. № 8.

C. 12-15.

4. Тананаев И. В., Шпирт М. Я. Химия германия. М. : Химия, 1967. 452 с.

5. Ивченко В. М., Кулагин В. А., Немчин А. Ф. Ка-витационная технология : монография. Красноярск : Изд-во КГУ, 1990. 200 с.

References

1. Claeys C. Simoen E. Germanium-based technologies: from materials to devices. Berlin [etc.] : Elsevier. 2007. 449 p.

2. Makarov V. A., Podkopaev O. I., Koz'min D. G., Naidko V. I., Shimanskiy A. F., Kopytkov S. A. [Lignite from Central Watershed of the Yenisei River and Prospects for their use for Manufacture of Germanium]. Zhurnal Sibirskogo federalnogo universiteta. Tehnika i tehnologii. 2014, vol. 7, no 7, p. 862-871. (In Russ.)

3. Ozerskiy A. Yu. [Germanium of the Lower Angara region]. Prirodnyie resursyi Krasnoyarskogo kraya. 2010, no 8, p. 12-15. (In Russ.)

4. Tananaev I. V., Shpirt M. Ya. Himiya germaniya. [Germany chemistry]. Moscow, Himiya Publ., 1967. 452 p.

5. Ivchenko V. M., Kulagin V. A., Nemchin A. F. [Cavitation technology]. Krasnoyarsk, KGU Publ., 1990. 200 p.

© Шиманский А. Ф., Кулагин В. А., Казанцев Я. В., Симонова Н. С, Грачева М. А., 2015