В экспозиции Горного музея собраны минералы и химические соединения практически со всей территории планеты, в том числе из самых отдаленных мест. А некоторые были получены буквально в двух шагах от музейных залов – в лабораториях Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II. Речь идет, например, об оксиде иттрия, который передали музею сотрудники кафедры «Общей и физической химии».
Ученые разработали инновационный способ флотационного извлечения этого и других редкоземельных металлов (РЗМ) из отходов техногенного происхождения, в частности металлургических. Получено уже около 20 патентов по этому направлению исследований.
Доля России в мировой добыче РЗМ составляет всего 1%, хотя по данным Федерального агентства по недропользованию на нашей территории содержится 20% их совокупных запасов. Незначительный объем добычи связан с большой рассеянностью этих элементов в земной коре. Как правило, они добываются в качестве сопутствующих полезных ископаемых.
Однако спрос на РЗМ растет. Основной потребитель – электронная промышленность. Высока потребность и в нефтяной промышленности (катализаторы для переработки нефти) и в металлургии – в качестве легирующих добавок для улучшения качества стали и других металлов.
Именно металлургические предприятия и являются основными интересантами разработки ученых Санкт-Петербургского горного университета. Они могут эффективно использовать ионную флотацию для получения РЗМ из отходов собственного производства. Например, это могут быть хвосты после выщелачивания, которые содержат РЗМ в небольших концентрациях.
Помимо снижения зависимости от поставщиков сырья промышленникам важен и экологический эффект: с этой точки зрения редкоземельные элементы, содержащиеся в хвостах небезопасны, они мигрируют и поступают в почву, а оттуда – в растения и природные водоемы. Переработка путем ионной флотации позволяет извлекать РЗМ практически полностью, решая эту проблему. Национальный проект «Экологическое благополучие» предусматривает в числе прочего и работу по снижению объема отходов процессов обогащения полезных ископаемых.
Для внедрения разработки в промышленность необходимо проведение предварительных полупромышленных исследований на конкретных образцах производственных отходов.
«Мы проводили эксперименты на модельных растворах, используя лабораторную флотационную машину. Задача состояла в том, чтобы с помощью детергентов, то есть поверхностно-активных веществ, извлечь те или иные редкоземельные металлы из растворов бедного техногенного сырья. Это сложный физико-химический процесс. Необходимо подобрать наиболее подходящие для каждого редкоземельного элемента условия флотации: температурный режим, кислотно-щелочной баланс, соотношение ионов реагентов – хлоридов, нитратов, сульфатов. В качестве детергента использовали додецилсульфат натрия» – рассказала автор разработки, доцент кафедры «Общей и физической химии» Ольга Лобачева.
Разработка получила высокую оценку на различных научных конференциях и выставках. В частности, на XXVIII Международной выставке инноваций «HI‑TECH» в апреле 2022 года «Комплексная, безотходная технология переработки техногенных отходов при освоении месторождений редкоземельных элементов» она была удостоена золотой медали и диплома I степени в номинации «Лучший инновационный проект (разработка) в области: экология, рациональное природопользование, сортировка, переработка и высокотемпературное уничтожение отходов, водоочистка».
Исследования в области флотационных процессов занимают важное место в научной повестке Санкт-Петербургского горного университета. Среди недавних работ можно выделить исследование влияния ионов жёсткости воды на флотируемость медно-никелевых руд, разработку способа повышения извлечения платиноидов из нетрадиционного платиносодержащего сырья. По разработкам, связанным с извлечением РЗМ из отходов, отметим технологию утилизации отвалов фосфогипса.
Ученые вуза разрабатывают и оборудование для флотации. В 2024 году завершен процесс патентования флотационного комплекса «Смарт флот». Создана лабораторная модель, и она уже успела взять суперприз на Международной выставке инноваций «HI-TECH». А её инновационный электродный блок прошел апробацию на одной из российских горно-обогатительных компаний в процессе флотации медных руд.
