ЛИТИЙ ДЛЯ ТЕХНИКИ XXI ВЕКА

Машиныи и моторы. Технологии и инновации. Оборудование.

NEW ТЕХНОЛОГИИ


ТЕХНОЛОГИИ: новые материалы (2022)

Меню для авторов

ТЕХНОЛОГИИ: экспорт материалов
Скачать бесплатно! Научная работа на тему ЛИТИЙ ДЛЯ ТЕХНИКИ XXI ВЕКА. Аудитория: ученые, педагоги, деятели науки, работники образования, студенты (18-50). Minsk, Belarus. Research paper. Agreement.

Полезные ссылки

BIBLIOTEKA.BY Беларусь глазами птиц HIT.BY! Звёздная жизнь KAHANNE.COM Беларусь в Инстаграме


Автор(ы):
Публикатор:

Опубликовано в библиотеке: 2014-08-12
Источник: Наука в России, № 5, 2011, C. 28-31

Литий (Li) - самый легкий из металлов. Стратегически важными областями его применения были и остаются ядерная энергетика и военная техника. Изотоп Li - единственный промышленный источник для производства трития, входящего в состав термоядерного заряда. Востребован литий и в авиационной промышленности. По данным металловеда академика Иосифа Фридляндера, создателя литий-магниевых сплавов, которые вдвое легче алюминия при тех же механических свойствах, их внедрение существенно изменило бы соотношение между собственным весом летательного аппарата и полезной нагрузкой. В последнее время завоевали признание литиевые аккумуляторы различного назначения (бытовые батареи, устройства в космической технике, оборудование подводных лодок и электромобилей). Крупным потребителем этого металла является и промышленность, производящая специальные сорта стекла (например, для телевизионных кинескопов и рентгеновских трубок), спецкерамику, световоды. Соединения на его основе позволяют получить консистентные смазки многоцелевого назначения, сохраняющие свои свойства в широком интервале температур (от 0 до 1200°С). Он используется также для очистки воздуха на ряде объектов, в том числе подводных лодках и космических станциях.

За последние 10 лет потребление лития и его соединений возросло в мире в четыре раза, что заставляет производителей искать новые сырьевые источники и совершенствовать технологии получения этого металла из различных видов сырья. Однако Россия в настоящее время не выпускает соответствующие первичные продукты, а импортирует их. Но ситуацию можно изменить, утверждают ученые из Новосибирска доктор технических наук Наталья Коцупало, кандидат технических наук Александр Рябцев (закрытое акционерное общество "Экостар-Наутех") и академик Владимир Болдырев (Институт твердого тела и механохимии СО РАН) - их статья опубликована в газете "Наука в Сибири".

История отечественного литиевого производства началась в годы Великой Отечественной войны. Многие ученые академических институтов и высших учебных заведений из европейской части страны были эвакуированы в Новосибирск. Среди них был доктор технических наук Иван Лилеев - один из основоположников алюминиевого производства в СССР. Тогда он возглавил лабораторию легких металлов в Химико-металлургическом институте Западно-Сибирского филиала АН СССР (с 1964 г. Институт физико-химических основ переработки минерального сырья СО АН СССР, с 1980 г. Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья СО АН СССР, с 1997 г. Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН). Здесь под его руководством были разработаны физико-химические основы технологии высокотемпературной переработки сподуменового* концентрата для получения литиевых соединений путем спекания с известняком. А первичным продуктом при реализованном подходе стал моногидрат гидроксида лития. Для повышения экономичности из отходов этого производства под руководством Александра Логвиненко (впоследствии доктор технических наук) создали технологию получения цемента, за что коллектив авторов во главе с Лилеевым был удостоен Сталинской премии, а научные основы и технология вскрытия сподуменового концентрата положены в основу проекта строительства первого в СССР предприятия по переработке литиевого горно-рудного сырья - Красноярского химико-металлургического завода. В середине 1950-х годов он вышел на проектную мощность.

* Сподумен - минерал подкласса цепочечных силикатов; сподуменовый концентрат - основное сырье для получения лития до 1990-х годов (прим. ред.).
стр. 28

В 1959 - 1962 гг. под руководством Лилеева коллективы упомянутого института и ленинградского Института химии силикатов АН СССР (ныне Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН) разработали и опробовали в промышленном масштабе более простой способ переработки необогащенной сподуменовой руды - конечным продуктом при этом оказывался двойной гидроксид алюминия и лития. Были предложены пути его использования для получения традиционных моногидрата гидроксида лития, алюминатов и металлического лития. К сожалению, до внедрения этой технологии в практику дело не дошло.

Позднее литиевую промышленность в нашей стране в связи с истощением собственной рудной базы пытались перевести на сырье, привозимое из Австралии. Но выяснилось, что этот вариант нерентабелен. Тогда технологические решения Лилеева попытались адаптировать к рудам горного Алтая. Однако разработка здешних месторождений также не позволяла получать конкурентоспособный Li.

В то же время за рубежом (США, Чили) для получения лития широким фронтом развернули освоение гидроминеральных источников. И гидрохимическая технология оказалась более экономически выгодной, экологически чистой по сравнению с термической. К тому же, как известно, в мировых запасах лития большая часть его содержится именно в гидроминеральном сырье (80%) и только 20% - в рудах.

Что касается СССР, литиевые рассолы были известны в основном на территории Дагестана. Но технологию их переработки путем испарения в бассейне после отделения попутных элементов (магния и кальция) эксперты признали нерентабельной.

В дальнейшем инициатором продолжения исследований по совершенствованию данного подхода выступило Министерство среднего машиностроения в лице куратора литиевой проблемы в СССР Юрия Остроушко. Он привлек к работам ведущие организации, занимающиеся этой тематикой, в том числе Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья СО АН СССР. Осаждение лития из природных рассолов Дагестана осуществляли по аналогии с технологическим процессом, предложенным в свое время Лилеевым для извлечения Li из растворов, образующихся при термической переработке горно-рудного сырья на конечной стадии. Сибирские специалисты нашли способы осаждения двойных соединений алюминия-лития на твердом одноразовом сорбенте. Первичный продукт испытали в заводских условиях при электролизе алюминия на предприятиях Министерства цветной металлургии СССР и получили положительный результат. За счет экономии электроэнергии стоимость 1 т алюминия была существенно снижена.

С участием отраслевых институтов была предложена комплексная технология получения литиевых и магниевых продуктов, а также солей натрия, кальция, стронция, проверенная затем в том же Дагестане на опытных установках Южно-Сухокумского нефтяного месторождения. Ее положили в основу проектирования Дагестанского опытно-промышленного предприятия. Однако проект не реализовали из-за межведомственных разногласий его участников - трех союзных министерств: цветной металлургии, среднего машиностроения и химической промышленности; каждому из них требовался только один из продуктов, получаемых при реализации комплекса, нужды других их не интересовали.

Новым этапом в развитии технологии переработки гидроминерального сырья России стали работы по освоению рассолов хлоридного типа, обогащенных кальцием и магнием, которые сопутствуют, как правило, нефтяным и газовым месторождениям Восточной Сибири. Концентрация хлорида лития здесь выше, чем в Дагестане. Однако из-за очень высоких концентраций магния и кальция производство кар-
стр. 29

боната лития оказывается сложным и дорогим. Получение конкурентоспособных товарных продуктов из этого вида сырья многие годы считалось невозможным. Требовалось создать новый вариант технологического процесса.

Для селективной сорбции ионов лития из рассола Владимир Болдырев, тогда директор института, предложил использовать метод интеркалирования. Суть его в том, что в некоторые соединения, имеющие слоистую кристаллическую решетку, способны внедряться молекулы воды, катионы и анионы, присутствующие в растворе. Можно попытаться подобрать такое соединение, чтобы ширина щели между слоями была достаточна для вхождения в нее ионов с малыми размерами, не позволяя в то же время проникать туда более крупным катионам. Для этой цели было решено использовать слоистые алюмосодержащие соединения. В институте создали специальную лабораторию гидрохимических процессов под руководством Натальи Коцупало, большую помощь в ее организации оказал геолог-нефтяник академик Андрей Трофимук. К работе привлекли молодых ученых Виталия Исупова и Александра Немудрого (в настоящее время оба доктора химических наук). Их эксперименты подтвердили правильность предположения Болдырева.

Для развития технологий освоения нетрадиционных гидроминеральных сырьевых источников лития - рассолов хлоридного кальциевого и магниевого типов - в 1993 г. сформировали специализированную научно-производственную фирму ЗАО "Экостар-Наутех". Ее основу составили сотрудники Института химии твердого тела и переработки минерального сырья СО РАН и инженерно-технические работники организаций Минатома РФ в Новосибирске. Им удалось создать гранулированный сорбент многоразового использования на основе хлорсодержащей разновидности двойного гидроксида алюминия, лития (ДГАЛ-Cl) и приступить к разработке промышленной технологии обогащения рассолов Сибирской платформы с целью получения литиевого концентрата. Оборудование для реализации этого подхода опробовали на пилотных установках. Одновременно отрабатывали технологию получения карбоната лития для химических источников тока, высокочистого безводного хлорида лития для производства металла и сплавов с его использованием.

Благодаря разработкам "Экостар-Наутех" уже в 1998 г. на базе рассолов Иркутской области удалось запланировать строительство опытно-промышленного предприятия с годовой производительностью 800 т моногидрата гидроксида лития. Причем предлагалось использовать его как испытательный полигон для отработки технологий и последующего создания соответствующего комплекса на близлежащем Ковыктинском газоконденсатном месторождении. Однако решение о переводе литиевой отрасли на импортный карбонат лития, принятое в начале 2000-х годов Министерством атомной промышленности РФ, помешало реализовать этот проект и по существу остановило освоение отечественного литиеносного гидроминерального сырья.

Предложенная же "Экостар-Наутех"" технология оказалась востребованной для переработки рассолов, распространенных в других странах Азиатского континента. Так, ныне ее реализовали в провинции Цинхай (КНР) с использованием литиеносных озерных рассолов хлоридного магниевого типа, распространенных в Китае. Проведена наработка крупной партии сорбента и демонстрация технологии сорб-
стр. 30

ционного обогащения по литию в промышленном масштабе. Для этих целей по проекту "Экостар-Наутех" изготовлен и смонтирован сорбционно-десорбционный модуль. Для получения литиевого концентрата по результатам испытаний инвесторами проекта принято решение о строительстве предприятия по выпуску карбоната лития производительностью до 12 тыс. т в год.

Таким образом, полагают авторы статьи, открылась реальная возможность организации рентабельных промышленных производств литиевых продуктов как из рассолов хлоридного кальциевого (Россия), так и хлоридного магниевого (Китай) типа и расширения мировой сырьевой базы за счет вовлечения в оборот новых нетрадиционных источников гидроминерального сырья.

В интеграционном проекте СО РАН "Литий России" отмечено: кроме глубинных рассолов месторождений Иркутской области существуют и другие источники гидроминерального сырья. К ним относятся алмазные месторождения Республики Саха. По данным Института земной коры СО РАН (Иркутск) с дренажными рассолами кимберлитовой трубки "Удачная" ежедневно выносится на поверхность до 900 кг Li. Используя их сорбционное обогащение можно иметь до 1500 т карбоната лития в год, причем исключается необходимость бурения скважин при добыче рассола. В проекте убедительно показано: получение указанного продукта из рассолов Сибирской платформы может конкурировать с мировыми производителями на Американском континенте. Экономическая оценка, выполненная ЗАО "Экостар-Наутех" и Институтом экономики и организации промышленного производства СО РАН*, свидетельствует: капитальные вложения на освоение рассолов значительно ниже, чем при переработке горно-рудного сырья, а прибыль от реализации выпускаемой продукции в 1,5 - 2 раза выше, т.к. кроме карбоната лития, можно производить бром, соли магния и кальция, магнезиальные вяжущие материалы.

Под руководством члена-корреспондента РАН Николая Ляхова, руководителя проекта "Литий России", выполнен большой объем исследований по синтезу новых материалов с использованием карбоната лития, а также двойных соединений лития и алюминия, полученных из нетрадиционных источников сырья. В их числе синтез высокодисперсных алюминатов лития с помощью механической активации, создание твердотельных электрохимических ячеек с оксидными электродами, синтез катодных материалов, используемых в производстве аккумуляторных батарей. Особую актуальность этой проблеме придает подписанный в Пекине представителями корпорации "Роснанотех" и китайской компании Thunder Sky в 2010 г. пакет документов по созданию в Новосибирске первого в России производства литий-ионных аккумуляторов.

Результаты исследований, проводимых сибирскими учеными, показали широкие возможности использования нетрадиционных видов сырья для получения из них первичных литиевых продуктов. Это позволит разрабатывать инновационные технологии для создания литиевых материалов, широко применяемых в современной технике.

Коцупало Н., Рябцев А., Болдырев В. Роль сибирских ученых в создании литиевого производства. - "Наука в Сибири", 2011, N 14

Материал подготовил Сергей МАКАРОВ

* См.: В. Кулешов и др. Сибирский форпост экономической науки. - Наука в России, 2007, N 4 (прим. ред.).

Новые статьи на library.by:
ТЕХНОЛОГИИ:
Комментируем публикацию: ЛИТИЙ ДЛЯ ТЕХНИКИ XXI ВЕКА

© Сергей МАКАРОВ () Источник: Наука в России, № 5, 2011, C. 28-31

Искать похожие?

LIBRARY.BY+ЛибмонстрЯндексGoogle

Скачать мультимедию?

подняться наверх ↑

ДАЛЕЕ выбор читателей

Загрузка...
подняться наверх ↑

ОБРАТНО В РУБРИКУ

ТЕХНОЛОГИИ НА LIBRARY.BY


Уважаемый читатель! Подписывайтесь на LIBRARY.BY на Ютубе, в VK, в FB, Одноклассниках и Инстаграме чтобы быстро узнавать о лучших публикациях и важнейших событиях дня.