Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва.

А. Д. Зайцева, аспирант 4-го года обучения кафедры «Промышленной экологии», эл. почта: zaicevaaleksandra95@gmail.com
Е. Н. Кузин, заведующий кафедрой «Промышленной экологии», докт. техн. наук, доцент, эл. почта: Kuzin.e.n@muctr.ru

С учетом сложной геополитической обстановки и становления технологического суверенитета Российской Федерации разработка и внедрение новых способов и технологий добычи редкоземельных металлов становится стратегически важной задачей. Процессы извлечения и переработки требуют постоянного контроля состава технологических растворов. Ввиду этого встает вопрос необходимости внедрения соответствующего импортозамещающего оборудования. Исследована возможность контроля химического состава технологических растворов процесса сернокислотной переработки диопсида с получением скандиевого концентрата. Разработан комплект аналитических методик для импортозамещенного атомно-эмиссионного спектрометра с СВЧ-связанной плазмой (Спектроскай, ГК «Скайград», Россия) в целях определения содержания соединений скандия и примесей алюминия, титана, железа, кальция и магния в технологических высокоминерализованных растворах. Приведены диапазоны содержания Sc и примесных элементов в составе калибровочных и технологических растворов переработки диопсида, а также предел обнаружения целевого компонента – скандия. Подобраны и апробированы аналитические линии для определения каждого элемента. Совместное применение атомных и ионных линий позволяет избежать погрешности измерения, связанной с перекрытиями спектров разных металлов. Построены градуировочные графики с высокой степенью аппроксимации, подтверждающие линейную зависимость интенсивности излучения от концентрации металлов вне зависимости от содержания примесных элементов. Доказано, что применение прибора «Спектроскай» в сравнении с зарубежным аналогом позволяет значительно снизить погрешность измерений за счет минимизации разбавлений, а также сократить затраты на расходные материалы за счет использования газов технической и химической чистоты, что доказывает перспективность метода атомно-эмиссионного анализа с СВЧ-связанной плазмой в процессах контроля технологических растворов переработки диопсида.

Авторы выражают благодарность канд. хим. наук, старш. науч. сотр. В. А. Кучумову за переданный бесценный опыт и помощь в разработке методик, а также научным консультантам АО «Леоли Кэпитал Групп» А. Л. Македонскому, С. С. Галактионову, А. Н. Краснощекову.

1. Зайцева А. Д., Мискичекова З. К., Кузин Е. Н. и др. Оценка возможности применения твердых экстрагентов на основе Д2ЭГФК/ТБФ в процессах извлечения скандия из сернокислотных растворов вскрытия диопсида // Успехи в химии и химической технологии. 2020. Т. 34, № 11. С. 46–48.

2. Julapong P., Numprasanthai A., Tangwattananukul L., Juntarasakul O. et al. Rare earth elements recovery from primary and secondary resources using flotation: A systematic review // Appl. Sci. 2023. Vol. 13. 8364.
3. Sager M., Wiche O. Rare earth elements (REE): origins, dispersion, and environmental implications – A comprehensive review // Environments. 2024. Vol. 11, Iss. 2. 24.
4. Balaram V. Potential future alternative resources for rare earth elements: opportunities and challenges // Minerals. 2023. Vol. 13, Iss. 3, 425.
5. Wang L. Hydrometallurgy of scandium: A review // Minerals Engineering. 2021. Vol. 170. P. 107–115.
6. Кузнецов А. В. Химия редких элементов. – М. : Изд-во МГУ, 2022. – 450 с.
7. Малютина Т. М., Конькова О. В. Аналитический контроль в металлургии цветных и редких металлов. – M. : Металлургия, 1988. C. 359–362.
8. Денисова С. А., Головкина А. В., Леснов А. Е. Извлечение скандия диантипирилалканами из нафталин-2-сульфонатных растворов // Журнал аналитической химии. 2015. Т. 70, № 2. С. 115–120.
9. Bazi B., Tack P. Trace-element analysis of mineral grains in Ryugu rock fragment sections by synchrotron-based confocal X-ray fluorescence // Earth, Planets and Space. 2022. Vol. 74. P. 1–18.
10. Smith R., Tanaka H. XRF in mineral processing: case study of scandium detection // Journal of Analytical Spectroscopy. 2023. Vol. 78, Iss. 4. P. 112–125.
11. Жерноклеева К. В. Анализ редкоземельных металлов и их оксидов атомно-эмиссионным и масс-спектральным методами с индуктивно связанной плазмой : дис. … канд. техн. наук. – М., 2011. С. 18–40.
12. Jankowski K. J., Reszke E. Microwave induced plasma analytical spectrometry / The Royal Society of Chemistry. 2011. – 248 р.
13. Schwarz J., Müller K. Advanced plasma generation techniques in microwave systems // Journal of Analytical Spectroscopy. 2023. Vol. 78, Iss. 4. P. 112–125.
14. Smith R., Tanaka H. High-energy density plasma systems for viscous samples analysis // Analytical Chemistry Reviews. 2022. Vol. 94, Iss. 12. P. 45–67.
15. Kim S., Lee H. Electrode erosion mitigation in capacitive plasma systems // IEEE Transactions on Plasma Science. 2021. Vol. 49, Iss. 8. P. 2345–2352.
16. Зайдель А. Н. Основы спектрального анализа. – М. : Наука, 1965. – 322 с.
17. Кучумов В. А., Шумкин С. С. Анализ химического состава исходного сплава при производстве постоянных магнитов из сплавов системы Sm-Co // Науч.-техн. Вед. СПбГПУ. 2017. Т. 23, № 1. С. 219–225
18. Кузин Е. Н. Применение метода атомно-эмиссионной спектроскопии с СВЧ (магнитной) плазмой в процессах идентификации химического состава отходов стале плавильного производства // Черные металлы. 2022 № 10. С. 79–82.
19. Kuzin E. N., Kruchinina N. E., Chernyshev P. I., Vizen N. S. Synthesis of titanium trichloride // Inorganic Materials. 2020. Vol. 56, Iss. 5. P. 507–511.
20. Пелипасов О. В., Лабусов В. А., Путьмаков А. Н. Атомно-эмиссионные спектрометры с азотной микроволновой плазмой : монография. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2021. – 211 с.