МЕТОДЫ ОЧИСТКИ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ СЕЛЕНА

АННОТАЦИЯ

В этой статье обсуждаются различные области применения селена в промышленности, медицине и окружающей среде, а также проблемы получения высокочистого селена из шлама медеплавильного производства из-за наличия примесей. В статье также подчеркивается важность полупроводниковой технологии, требующей селена высокой чистоты, и технические требования к селену высокой чистоты. Далее в статье описывается селенидная технология обжига, внедренная в различных странах для увеличения извлечения золота, серебра и редких халькогенов из шлама медного электролита. Наконец, в статье упоминаются факторы, влияющие на цену селена, включая спрос и предложение, производственные затраты и глобальные экономические условия.

ABSTRACT

This article discusses the various uses of selenium in industries, medicine, and the environment, and the challenges in obtaining high-purity selenium from copper smelting sludge due to the presence of impurities. The article also highlights the importance of semiconductor technology requiring high-purity selenium, and the technical requirements for high-purity selenium. The article further describes the roasting-selenide technology that has been implemented in various countries to increase the recovery of gold, silver, and rare chalcogens from copper electrolyte sludge. Finally, the article mentions the factors that affect the price of selenium, including supply and demand, production costs, and global economic conditions.

Ключевые слова: Медный шлам, теллур, медеэлектролитные шламы, шлак, экстракции, гидрофосфат, биореакторы.

Keywords: Copper sludge, tellurium, copper electrolyte sludge, slag, extractions, hydrophosphate, bioreactors.

Селен, химический элемент с широким спектром применения в таких отраслях, как фотогальваника, производство стекла, электроника и медицина, является ценным, но относительно редким металлом. Основным промышленным источником селена являются медные шламы, образующиеся при электролитической очистке медных анодов. Медные шламы содержат значительное количество селена, наряду с другими металлами и соединениями, такими как свинец, цинк и железо, которые могут мешать извлечению и очистке селена. Получение селена высокой чистоты из шлама медеплавильного производства является сложной задачей из-за наличия примесей, и этот процесс требует передовых технологий для отделения селена от других металлов и соединений. В этой статье мы сосредоточимся на выделении кобальта из сплава твердых отходов и обсудим различные методы, используемые для достижения этого отделения [1, 2].

Селен — это химический элемент, который имеет различные промышленные, медицинские и экологические применения. Его уникальные свойства делают его полезным во многих областях, включая фотогальванические элементы, производство стекла, электронную промышленность, питание животных и человека, а также применение в медицине.

Основными промышленными источниками селена служат шламы, образующиеся при электролитической очистке анодов меди. Медные шламы содержат 5-25 % Se в виде соединений с благородными металлами. Общее производство селена оценивается в ~2500 т/год (по некоторым оценкам - до 3500 т/год) — это маленький по мировым меркам рынок. Цифры не могут претендовать на высокую точность - из~80 медерафинировочных предприятий в мире только ~ 20 информируют о том, что получают Se либо собирают шламы для его извлечения [3, 4].

Для полупроводниковой техники требуется селен особой степени чистоты. Согласно техническим требованиям на селен высокой чистоты, содержание алюминия, галлия, железа, индия, кобальта, мышьяка, натрия, серы и теллура должно быть не более % каждого; содержание суммы всех других примесей — не более % [5].

Особенно нежелательны в селене примеси мышьяка, ртути, висмута, меди, никеля, теллура и серы [6].

Примеси многих металлов в виде селенидов даже в малых концентрациях (0,01% ат.) вызывают ослабление выпрямляющего действия селеновых выпрямителей. Например, медь и никель резко понижают коэффициент выпрямления. Наоборот, при добавлении к селену галогенов (до 15%) и галлия улучшаются характеристики выпрямителей. Чистый селен получают очисткой технического селена. Технический селен содержит 99-97,5% Se; 0,02% Fe; 0,008% Cu; 0,005% Pb; 0,01% Hg; 0,1% Te; 0,01% As; 0,05% S [7].

Согласно отчету Геологической службы США за 2021 год, средняя цена металлического селена с уровнем чистоты 99,5% составляла около 22,40 долларов за килограмм, а средняя цена на селен высокой чистоты (99,99% и выше) составляла примерно 77,70 долларов за килограмм. Это указывает на то, что сверхчистый селен примерно в 3,5 раза дороже, чем селен с чистотой 99,5% [8].

Цена на селен может колебаться в зависимости от различных факторов, таких как спрос и предложение, себестоимость производства и глобальные экономические условия. В последние годы цена на селен была относительно стабильной, с небольшими колебаниями. Однако в 2018 году цены на селен резко выросли из-за нехватки предложения, вызванной закрытием одного из крупнейших в мире производителей селена, Nantong Huayuan Selenium Chemical Co., в Китае [9, 10].

Стоит отметить, что цены на селен могут существенно различаться в зависимости от поставщика и заказываемого количества. Например, большее количество заказанного селена может привести к более низкой цене за единицу из-за эффекта масштаба.

Одной из основных проблем получения высокочистого селена из шлама медеплавильного производства является наличие примесей.

Медеэлектролитные шламы, получаемые в результате сложной пиро-и гидрометаллургической переработки медного сульфидного сырья, являются концентраторами редких и благородных металлов. Содержание в них основных компонентов: серебро – 15-20 %, золото – 1-1,5, селен – 3-5, теллур – 1-2, свинец – 20, сурьма – 10. Технологические схемы переработки медеэлектролитных шламов, применяемые на различных заводах, весьма разнообразны, но непременно завершаются плавкой на золотосеребряный сплав, поэтому задача предшествующих операций – удаление тех компонентов, которые препятствуют проведению плавки: меди, никеля, селена и теллура. Прогрессивным шагом явилась обжигово-селенидная технология, разработанная в Горном институте на кафедре металлургии цветных металлов (Россия). В настоящее время эта технология внедрена в химико-металлургическом цехе АО «Уралэлектромедь» (УЭМ), на операциях производства селена в шламовом цехе Норильского горно-металлургического комбината, а также на медных предприятиях Узбекистана и Болгарии (рис.1). Технология обеспечила замкнутый цикл растворов и повышение извлечения золота, серебра и редких халькогенов. Заключительная операция – плавка на золотосеребряный сплав – сохранилась. Получение технических сортов селена и теллура осуществляется по однотипным селенидным и теллуридным технологиям, существенно упростившим ранее применяемое выделение этих халькогенов сернистым газом из кислых растворов [11].

Рисунок 1. Принципиальная схема обжигово-селенидной технологии

Шлам содержит множество других металлов и соединений, таких как медь, свинец, цинк и железо, которые могут мешать извлечению и очистке селена. Например, медь может образовывать нерастворимые соединения с селеном, что затрудняет разделение двух металлов. Точно так же свинец может образовывать летучие соединения с селеном, которые могут выделяться в процессе экстракции, снижая чистоту конечного продукта. Химический состав порошкового селена показан в таблице 1. Кроме того, химические свойства селена затрудняют его отделение от других металлов в шлаке. Селен имеет сходное химическое поведение с серой и кислородом, что может усложнить его отделение от других элементов, которые также образуют подобные соединения. Это требует дополнительных стадий очистки, которые могут увеличить стоимость и время, необходимое для процесса экстракции. Помимо этих химических проблем, существуют практические трудности с получением селена высокой чистоты из шламов медеплавильного производства. Например, в процессе экстракции образуется большое количество отходов, которые могут содержать опасные или токсичные соединения. Утилизация этих отходов может быть сложной задачей и может потребовать дополнительной обработки и разрешения регулирующих органов.

Таблица 1.

Химический состав порошкового селена

Низкая концентрация селена в шламе является еще одной серьезной проблемой. Количество селена в шлаке производства меди обычно очень низкое, часто менее 0,1%, что затрудняет и удорожает извлечение значительного количества селена. Это особенно верно для высокочистого селена, который требует более строгих и сложных методов экстракции и очистки.

Несмотря на эти проблемы, потенциальные экономические и экологические преимущества извлечения селена из этого побочного продукта делают его привлекательной целью для исследований и разработок. Селен является важным элементом для различных отраслей промышленности, включая электронную и фармацевтическую промышленность. Кроме того, селен является важным компонентом в производстве фотоэлектрических элементов для производства солнечной энергии, которая становится все более популярным возобновляемым источником энергии.

В последние годы было проведено несколько исследований по совершенствованию методов извлечения и очистки селена из шлаков производства меди. Одно из таких исследований включает использование расплавленной соли в качестве растворителя для извлечения селена из шлака. Метод экстракции расплавленной соли показал многообещающие результаты в получении высокочистого селена из шлама производства меди. В другом исследовании изучалось использование бактерий для извлечения селена из шлака, что показало потенциал для крупномасштабного коммерческого применения.

Таким образом, получение селена высокой чистоты из шлаков производства меди является сложным процессом, требующим применения сложных методов для преодоления различных химических и практических трудностей. Потенциальные экономические и экологические преимущества извлечения селена из этого побочного продукта делают его привлекательной целью для исследований и разработок. Дальнейшие усилия по совершенствованию процессов экстракции и очистки будут иметь решающее значение для реализации всего потенциала этого ценного ресурса.

Да, есть несколько вариантов решения проблем, связанных с получением селена высокой чистоты из шлаков медного производства.

Одним из решений проблемы примесей является оптимизация процессов экстракции и очистки. Были изучены различные методы, такие как экстракция растворителем, ионный обмен и электролиз, чтобы свести к минимуму влияние других металлов, присутствующих в шлаке. Было обнаружено, что экстракция растворителем органическим экстрагентом, таким как бис (2-этилгексил) гидрофосфат, эффективна для извлечения селена из шлака производства меди. Кроме того, было предложено использовать селективные адсорбенты, такие как активированный уголь или ионообменные смолы, для удаления примесей из экстракта.

Другим решением проблемы низкой концентрации селена в шлаке является повышение эффективности извлечения в процессе экстракции. Перспективным подходом к увеличению извлечения селена является оптимизация условий химической реакции, включая pH, температуру и время реакции, для достижения большей эффективности экстракции. Кроме того, использование специализированных экстрагентов и адсорбентов может помочь улучшить извлечение селена из шлака.

Что касается практических трудностей обращения с отходами, важно внедрить надлежащие процедуры удаления и мониторинга отходов, образующихся в процессе извлечения и очистки. Такие технологии, как отверждение и стабилизация, термическая обработка и захоронение отходов, могут использоваться для управления отходами, образующимися в процессе.

Кроме того, использование экологически чистых технологий, таких как биореакторы и биоремедиация, может помочь снизить воздействие процесса экстракции на окружающую среду. Биореакторы, содержащие микроорганизмы, такие как бактерии или грибы, могут использоваться для извлечения селена из шлака, тем самым уменьшая образование отходов и потребление опасных химических веществ [12].

Таким образом, существует несколько решений проблем, связанных с получением высокочистого селена из шлаков медеплавильного производства. Непрерывные исследования и разработки, направленные на улучшение процессов экстракции и очистки, оптимизацию условий химических реакций, использование специализированных экстрагентов и адсорбентов и внедрение надлежащих методов обращения с отходами, могут помочь повысить эффективность процесса экстракции и снизить его воздействие на окружающую среду. Кроме того, изучение экологически чистых технологий, таких как биореакторы и биоремедиация, также может способствовать устойчивому производству высокочистого селена из шлаков производства меди.

Список литературы:

1. Naumov A.V. A survey of the world market for selenium and tellurium (the economic of selenium and tellurium) // Russ.
2. J. Non-Ferr. Metals. 2006. Vol. 47, № 4. Р. 18—26. US Geological Survey Publications // http://minerals. usgs. gov.
3. Бодуэн А.Я. Комплексная технология получения благородных металлов из медеэлектролитных шламов: Автореф. дис. … к.т.н. / СПГГИ. СПб, 2002. 21 с.
4. Грейвер Т.Н. Селен и теллур / Т.Н.Грейвер, В.М.Косовер. М.: Металлургия, 1977. 296 с.
5. Сошникова А.А. Переработка медеэлектролитных шламов / А.А.Сошникова, М.М.Кунченко. М.: Металлургия, 1978, 197 с.
6. Каршибоев, Ш. Б. У., Хасанов, А. С., Мирзанова, З. А., Муносибов, Ш. М. У., & Мирзанарова, Л. Э. К. (2022). ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА ИНДИЯ ИЗ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ. Universum: технические науки, (3-1 (96)), 60-64.
7. Аликулов, Ш. Ш., Каршибоев, Ш. Б. У., & Жалилов, Г. Б. У. (2021). ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВЫ СОРБЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ УРАНОВЫХ РАСТВОРОВ. Universum: технические науки, (3-3 (84)), 15-18.
8. Жиянов, А. Б., Буриев, Ш. У., Ражаббоев, И. М., & Каршибоев, Ш. Б. У. (2020). Cпособы интенсификации подземного выщелачивания урана из трудноизвлекаемых руд месторождений Узбекистана. Вестник науки и образования, (15-1 (93)), 16-18.
9. Абдурахмонов, С., Темур, Ш., Мамарахимов, С., & Каршибоев, Ш. (2022). ЭКСПЕРЕМЕНТЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ КОНВЕРТЕРНОЙ ПЫЛИ. Involta Scientific Journal, 1(5), 226-232.
10. Мирзанова, З. А., Муносибов, Ш. М. У., Рахимжонов, З. Б. У., Каримова, Ш. К., Ташалиев, Ф. У., & Каршибоев, Ш. Б. У. (2021). Технология переработки техногенных отходов содержащие цветные металлы. Universum: технические науки, (6-1 (87)), 59-65.