1. «НьюКем – технологии» как перспективное направление развития
индустриальных процессов с использованием кислотно-солевых растворов
С. Хамизов,
генеральный директор ООО «НьюКем Текнолоджи»
г. Москва, ул. Часовая д. 28.
e-mail: newchem@mail.ru тел. (499) 151 29 32
Об актуальности проблемы
Общим недостатком большинства современных химических и гидрометаллургических
технологий является их высокая материало- и энергоемкость. Во-многом, это - следствие
несовершенства тех массообменных процессов, которые лежат в их основе. Поясним, о чем
идет речь.
Для того чтобы осуществить цепочку переделов и получить из исходного сырья
химическую продукцию, необходимо, как известно, сначала осуществить выщелачивание, т.е.
перевод в раствор минеральных компонентов этого сырья.
используемых
в
гидрометаллургии
методов
переработки
Большинство широко
основаны
на
разложении
минерального сырья концентрированными кислотами с последующим выделением из
полученного раствора целевых компонентов. При этом с неизбежностью возникает
необходимость удаления из реакционной системы избыточной кислотности для создания
условий осадкообразования и фильтруемости рабочих сред.
Процесс нейтрализации
образующегося сильнокислого продуктивного раствора традиционными методами означает
безвозвратные потери как значительной части кислоты, так и дорогостоящего щелочного
агента. Кроме того, происходит дополнительное вторичное загрязнение раствора продуктами
их взаимодействия. В итоге страдает качество получаемой продукции, а весь процесс
становится энергозатратным, многостадийным и трудоемким.
Специалисты знают, что более 30% всех энергозатрат в химической промышленности –
это как раз та «лишняя» энергия, которая тратится вынужденно из-за несоответствия
реального промышленного процесса теоретически возможному (идеальному). Такая ситуация
характерна для целого ряда отраслей, где широко применяется «мокрая» химия, в-частности, для цветной металлургии.
Типичный пример - кислотные технологии комплексной переработки нефелина и другого
алюмосодержащего низкокачественного сырья с получением
глинозема и минеральных
удобрений. Из-за существующего масштабного дефицита качественных бокситов, пригодных
для переработки классическим «байеровским» способом такие технологии являются сейчас
крайне актуальными как для России, так и для многих других стран. Несмотря на целый ряд

2. привлекательных качеств, кислотные методы до сих пор не находят промышленного
применения именно из-за повышенного потребления реагентов, что также автоматически
означает и их повышенную энергоемкость.
Похожие проблемы наблюдаются и в технологиях производства некоторых других
цветных металлов, а также стратегически важных редких и редкоземельных элементов. При
получении металлов электрохимическим методом трудно, как известно, получить за один
передел чистые элементы, соответствующие международным требованиям. Например, почти
все предприятия по производству рафинированной меди бывшего Советского Союза не могут
сейчас зарегистрироваться на LME как официальные "хорошие" поставщики («Good
Delivery») из-за недостаточно высокого качества своей продукции. Причина же проблем с
качеством – главным образом, в обычном технологическом загрязнении их рабочих
электролитов на стадии рафинирования. В то же время из-за наличия в этих электролитах
свободной серной кислоты их очистка представляет из себя весьма непростую задачу. Как
правило, производители меди решают её довольно простым, но затратным способом –
периодической заменой загрязненного электролита на новый.
Еще пример. В производстве минеральных удобрений, как и в целом в химической
промышленности, традиционно слабым звеном является образование смешанных кислых
растворов, требующих дальнейшей переработки и утилизации. В ряде случаев большие
объемы жидких стоков и шламов приходится хранить в отстойниках, выделяя для них
специальные территории с угрозой их разрушения и негативного воздействия на экосистему
либо затрачивать немалые дополнительные средства на их нейтрализацию.
Таким образом, совершенствование и оптимизация массообменных процессов в кислых
средах является сегодня одной из наиболее актуальных химико-технологических проблем,
решение которой имеет общепромышленное значение.
Краткий обзор существующих подходов решения проблемы кислых растворов
Если говорить об эффективности указанных выше массообменных процессов, то она
определяется следующими взаимосвязанными факторами:
1) насколько расход реагентов, в частности – кислот, близок к стехиометрическому;
2) как организованы регенерация использованных кислот и вывод из системы
присутствующей свободной кислоты.
На протяжении
десятилетий усилия нескольких поколений ученых и специалистов,
инженеров-химиков, технологов были направлены на поиск решения этих задач в разных
направлениях.

3. Одно
из
таких
потенциально
привлекательных
направлений
–
термогидролиз
образующихся при кислотном разложении минерального сырья солей металлов. В разработках
ИХТРЭМС РАН им. И.В. Тананаева, посвященных развитию азотно-кислотного метода
переработки нефелина (В.И. Захаров, В.А. Матвеев и др.), предлагается, например,
осуществлять гидролиз нитратов натрия и калия и последующий синтез азотной кислоты в
специальном высокотехнологичном устройстве – плазмотроне при температуре свыше 1000
о
С. Существенный недостаток такого подхода заключается в очевидной сложности и
дороговизне применяемого для его осуществления специального оборудования, а также
необходимых для его работы высоких энергозатратах.
Несколько лет назад канадская компания «Orbite Aluminae Inc» заявила о разработке ею
кислотного процесса переработки алюмосодержащего сырья на основе термогидролиза
хлоридных солей с рециклом соляной кислоты. Существующих в свободном доступе данных и
публикаций по данному вопросу пока недостаточно, чтобы делать выводы об эффективности
канадского процесса, однако, учитывая высокую агрессивность паров хлористоводородной
кислоты,
образующихся в ходе термогидролиза хлоридных солей, понятно, что для его
осуществления потребуется весьма дорогостоящее коррозионостойкое оборудование. Кроме
того, метод применим только в отношении соляно- кислотного процесса.
В 60-х годах прошлого века в попытках решить характерные проблемы традиционных
кислотных методов переработки минерального сырья в США (Hatch M.J, Dillon J.A.) был
открыт новый интересный подход, который называется «ионитно-экстракционным методом»
или «методом удерживания кислоты» (“Acid retardation”). Метод заключается в том, что при
пропускании через анионит смеси кислоты и её соли последние разделяются за счет эффекта
более сильного удерживания кислоты в ионите. Разделение раствора производится на
поверхности гранул сорбционного материала. При этом, однако, существенная часть полезного
продукта все же остается в растворе.
Метод “Acid retardation” долгое время не находил промышленного применения из-за
проблем с продольной дисперсией внутри сорбционной колонны. Как было в дальнейшем
показано К. Брауном, метод удерживания кислоты становится эффективным для практического
применения
только
при
обеспечении
специальных
условий
проведения
процесса,
позволяющих исключить в слое ионита свободный объем, доступный для перерабатываемых
электролитов.
Дальнейшее развитие ионитно-экстракционного метода происходило, таким образом, по
пути уменьшения свободного объема перерабатываемого раствора в пространстве между
гранулами сорбента. С этой целью в канадской компании Eco-Tec Inc. (К. Браун и др.) была
осуществлена модернизация метода и созданы специальные аппараты, в которых применяется

4. сорбент особого качества с одинаковыми зернами малого размера. Повышение эффективности
разделения раствора и извлечения полезного продукта достигается при этом значительным (до
30 атм.) увеличением давления внутри колонны с сорбентом. В результате гранулы сорбента
сплющиваются из сферообразного состояния почти в кубы, чем достигается увеличение
сорбционной
поверхности,
пространство
между
а
свободное
гранулами
сорбента
значительно сокращается.
Недостатками
метода
данной
“Acid
громоздкость,
retardation”
сложность
энергоемкость
осуществления,
модернизации
и
установки
а
также
являются
высокая
для
его
большой
расход
дорогостоящего сорбционного материала.
Вклад ООО «НьюКем Текнолоджи»
Качественный скачок в развитии кислотных методов переработки минерального сырья
стал возможен после того, как несколько лет назад в России специалистами компании
«НьюКем Текнолоджи» (г. Москва) был изобретен новый уникальный способ проведения
массообменных сорбционных процессов разделения электролитов и других водных растворов
неорганических веществ (метод «NewСhem»), который лишен указанных выше недостатков
AR-метода. Отличительная особенность метода «NewСhem» по сравнению с методом “Acid
retardation” состоит в использовании сорбционной системы с двумя жидкими фазами: водной и
органической, что позволяет гораздо более простым способом исключить наличие свободного
пространства в разделительной сорбционной колонне, избежав, тем самым, размывающих
эффектов за счет продольной дисперсии.
В отличие от метода Eco-Tec задача увеличения
площади соприкосновения раствора с сорбентом и
сокращения межгранульного свободного пространства в
методе «Newchem» решается при обычном атмосферном
давлении
путем
гранулами
заполнения
специальным
пространства
жидким
между
органическим
веществом, отталкивающим проходящий раствор. При
пропускании
организованную
кислотно-солевого
подобным
раствора
образом
через
сорбционную
систему, электролит внедряется на границе между

5. органической жидкостью и поверхностью гранул, образуя наноразмерную динамическую
пленку, обволакивающую каждую гранулу сорбента и стекающую по точкам контакта между
гранулами. Фактически это приводит к увеличению площади соприкосновения раствора с
сорбентом в сотни и тысячи раз и сокращению сорбционного цикла. При этом отсутствуют
размывающие эффекты, связанные с влиянием продольной дисперсии, а сорбционный слой
стабилизирован в достаточно узком интервале линейных значений.
Использование данного механизма позволяет добиться возможности безреагентного
отделения на ранней стадии кислоты от солей (с возвратом её в цикл) в образующихся после
выщелачивания
концентрированных растворах смесей электролитов, что радикальным
образом меняет картину происходящего химического процесса. Тем самым, создаются
недостижимые ранее возможности для последующего избирательного малореагентного
воздействия на рабочий раствор с целью поэтапного выделения содержащихся химических
компонентов (для технологии переработки нефелинов, к примеру, - отделения железа как
наиболее близкого по свойствам и загрязняющего алюминий компонента).
В практическом плане применение метода NewChem дает ключ к упрощению многих
технологических схем химической переработки минерального сырья и существенно повышает
экономическую привлекательность таких процессов.
Другой важнейший результат, достигнутый в компании «НьюКем Текнолоджи» и
дополняющий метод NewChem – разработка оригинального «солевого» способа вскрытия
минерального сырья с последующим регенерацией выщелачивающего реагента. Особенность
способа состоит в том, что процесс разложения осуществляется не с помощью кислоты, а с
помощью определенного композитного состава, основанного на соли этой кислоты. В
сочетании с NewChem – методом такой подход дает возможность практического создания
безреагентных замкнутых циклов переработки во многих важнейших гидрометаллургических
и химических процессах, включая и те, о которых шла речь выше. В настоящее время
многообещающий солевой метод переработки минерального сырья находится в стадии
патентования.
Текущая ситуация
В течение последних двух лет в компании «НьюКем Текнолоджи» проведена значительная
работа как по отработке теоретических аспектов новых предложенных массообменных
процессов, так и инженерному воплощению основных разработанных технологических
решений применительно к разным индустриальным технологиям.

6. Получение глинозема из низкокачественного алюмосодержащего сырья.
В лабораторных условиях проведен полный комплекс технологических исследований по
переработке нефелинового концентрата и высококремнистого боксита с получением глинозема
металлургического
качества.
Разработаны
физико-химические
основы,
установлены
закономерности и оптимальные режимы переделов, определены основные параметры
процесса. При этом достигнута степень извлечения алюминия в раствор: из кольского
нефелина – 98 %, из тиманского боксита – 65 %. Степень регенерации выщелачивающего
реагента составила свыше 90 %. Такие показатели говорят о реальной возможности создания в
недалеком будущем эффективной кислотной технологии, способной стать полноценной
альтернативой щелочному «байеровскому» процессу, считающемуся на сегодня классическим.
Следующим этапом компания
предполагает
создать
демонстрационную
получению
различного
опытную
линию
глинозема
по
из
алюмосодержащего
сырья (нефелин, боксит, глины)
производительностью до 1 м3/ч по
перерабатываемому раствору. Для
этого уже полностью разработана
проектная
документация,
определены
потенциальные
поставщики
необходимого
технологического
оборудования,
подготовлена площадка для монтажа линии.
Извлечение РЗЭ из ЭФК.
Объектом исследования по данной теме является экстракционная фосфорная кислота
(ЭФК), из которой надо удалять примесные металлы - в первую очередь, магний, а также
извлечь содержащиеся редкоземельные элементы (РЗЭ). Такая необходимость вызвана тем,
что при производстве водорастворимых фосфорных удобрений очень важно обеспечить их
100 % растворимость в воде. От этого зависят бесперебойность и долговечность работы
поливного оборудования, да и сама возможность объединения стадий полива и удобрения
почвы. Соединения же магния мешают выпуску качественных продуктов, следовательно,
перед их производством необходимо убрать мешающее влияние, а именно, подготовить
соответствующим образом ЭФК. Извлечение РЗЭ – важная попутная задача, связанная со все

7. возрастающим применением этих соединений во многих областях промышленности,
включая оборонные и космические.
Традиционные методы сорбции магния и РЗЭ из концентрированной кислоты с
последующей
химической
регенерацией
сорбентов
в
рабочих
циклах
являются
малоперспективными, так как на обычных неселективных ионообменных материалах нельзя
обеспечить необходимую длительность фильтроциклов, а на сверхселективных материалах эффективную десорбцию. Во всех случаях трудно ожидать значимого концентрирования
магния и РЗЭ в растворе после регенерации по сравнению с исходной фосфорной кислотой,
что было бы возможным лишь при малом значении соотношения объемов регенеранта и
ЭФК на стадиях десорбции и сорбции. Поэтому для данной работы было решено применить
метод
«удерживания
Силами
кислоты».
инженеров
и
компании
была
специалистов
спроектирована
пилотная
и
построена
демонстрационная
установка
на
перерабатываемой
30
л/ч
кислоте,
по
на
которой в заводских условиях на
базе
ООО
«Еврохим
–
Белореченские минудобрения» (г.
Белореченск,
Краснодарский
край) проведено более десятка циклов испытаний разработанной нами методики. Результаты
полностью
подтвердили
ожидания
и
расчеты
технологов:
получен
качественный
редкоземельный концентрат (степень извлечения РЗЭ составила около 80 %), содержание
примесей магния в очищенной кислоте снизилось до 10 раз. Такой очистки вполне
достаточно, чтобы из этой кислоты в дальнейшем получать высококачественные
водорастворимые фосфорные и сложные удобрения, пригодные для использования в
тепличных комплексах и системах капельного орошения.
Технология готова для коммерческого внедрения, предприняты необходимые меры для её
патентной защиты.
Очистка и регенерация рабочих электролитов цветной металлургии
Выше уже говорилось о важности проблемы очистки и регенерация рабочих
электролитов цветной металлургии. С учетом этого обстоятельства в компании активно
проводятся исследования по развитию технологии очистки рабочих электролитов медных и

8. цинковых
производств с применением новых подходов, основанных на использовании
НьюКем - процесса. В ряде случаев достигнуты обнадеживающие результаты.
Была получена и переработана в лабораторных условиях проба выводного электролита с
цеха электролиза меди (ЦЭМ) Балхашского медеплавильного завода (Казахстан) в объеме 5 л.
В приведенной ниже таблице показаны сравнительные данные по концентрации
отдельных примесных компонентов в исходном и переработанном растворах.
Cu2+
Концентрация
в исходном
электролите, г/л
40,30
Концентрация
в очищенном
электролите, г/л
41.2
Ni2+
2,25
0.75
204,40
209.50
As(III)+As(V)
4,41
0.86
Fe
2,50
0.83
Ca
CuSO4
0,54
0.36
104
104
H2SO4
122
122
Компонент
SO4
2-
2+
Как видно из этих данных, после переработки достигается:
 уменьшение содержание растворенных примесей 4-й
группы (Fe, Co, Ni, Zn) - не менее чем в 3 раза;
 уменьшение содержание примесей 2-й группы,
в частности, As + Sb - не менее чем в 5 раз.
По результатам проведенных исследований нашими инженерами
«НьюКем Текнолоджи» предложена концепция модернизации ЦЭМ,
позволяющей в случае её реализации решить проблему существенного
повышения
качества
катодной
меди
БМЗ
без
проведения
дорогостоящей реконструкции металлургической части завода. Речь идет о внедрении
небольших компактных установок производительностью 1 м3/час, которые позволят дважды
в месяц обновлять состав электролита в ваннах одной циркуляции, что в итоге приведет к
постепенному снижению его загрязненности и выходу на стационарный состав с низким
содержанием примесей.
В дальнейшем эту работу предполагается продолжить в
сотрудничестве и координации со специалистами БМЗ.
Заключение
Хорошо известно, что прорывные технические инновации возможны только на базе
качественно новых научных идей и подходов. В компании «НьюКем Текнолоджи» эту истину

9. полностью разделяют,
поэтому стараются развивать конкурентоспособные химические
технологии, опираясь на самые передовые научные достижения.
В этом смысле НьюКем–метод, как
эффективный технологический прием,
основанный на использовании нового
массообменного процесса, - удачный
пример
идея
того, как добротная научная
может
привести
к
весьма
полезным практическим результатам,
по сути – к улучшению целой группы
технологий, работающих с кислотносолевыми
растворами.
И
не
исключено, что благодаря в том числе и этим успехам сегодня в химическом сообществе
наблюдается всплеск интереса к новому развитию массообменных технологий. Об этом, в
частности, говорит хотя бы тот факт, что весь последний номер уважаемого химического
журнала «Сорбционные и хроматографические процессы» (том 13, вып. 5, 2013) посвящен
целиком теме метода “Acid retardation”, включая и те инновации, которые предложены в
компании «НьюКем Текнолоджи».
Тем не менее, надо четко понимать, что предстоит сделать еще многое, прежде чем
новые технологии войдут в широкую практику и начнут приносить производственникам
реальную пользу. Значит, будем и дальше двигаться в этом направлении.