Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва, Россия:

Е. А. Елисеева, доцент кафедры химии, канд. хим. наук
С. Л. Березина, доцент кафедры химии, канд. техн. наук
В. С. Болдырев, доцент кафедры химии, канд. техн. наук, эл. почта: boldyrev.v.s@bmstu.ru

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
Ю. М. Аверина, доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии, канд. техн. наук

Установление критериев оптимизации технологических процессов растворения оксидов переходных металлов, выделения соединений металлов из обедненных руд, удаления оксидных отложений с теплотехнического оборудования, способов очистки соединений является практически значимым. Кобальт и его соединения важны в производстве твердых и жаропрочных сплавов в качестве катализаторов в органическом синтезе, составной части микроэлементов удобрений и лекарств. Изотопы кобальта используют как радиоактивные метки в медицине, как топливо в батареях космических аппаратов. Для решения технологических вопросов восполнения дефицита кобальта путем переработки кобальтового сырья и его регенерации из промышленных отходов необходимо проведение целенаправленных исследований, изучение закономерностей его поведения при химических процессах (выщелачивание руд и концентратов) и при электрохимическом растворении (получение кобальтсодержащих промежуточных продуктов для дальнейшей выплавки сплавов). Одним из важных факторов, влияющих на кинетические параметры растворения оксидов кобальта, является характеристика поверхностных свойств твердой фазы. Изучена поверхностная структура порошкообразного оксида Cо₂O₃ методами рентгенофазового анализа и электронной микроскопии. Исследовано химическое растворение оксида в водных растворах HCl. Определены размеры и форма частиц оксида кобальта, характер их поверхностного распределения, построены кинетические кривые химического растворения Cо₂O₃. Установлена независимость механизма растворения оксида от концентрации кислоты. Рассчитаны кинетические параметры процесса (удельная скорость растворения, порядок реакции по иону водорода). Проведен сравнительный анализ соответствия полученных экспериментальных и имеющихся литературных данных. Полученные опытные и расчетные результаты представляют интерес при исследовании закономерностей растворения твердых оксидных фаз кобальта в электролитах различных составов.

Работа выполнена при финансировании РХТУ им. Д. И. Менделеева, ВИГ № Х-2020-011.

1. Якушева (Елисеева) Е. А., Горичев И. Г., Атанасян Т. К., Лайнер Ю. А. Кинетика растворения оксидов кобальта в кислых средах // Металлы. 2010. № 2. С. 21–27.
2. Черноусенко Е. В., Митрофанова Г. В., Вишнякова И. Н., Каменева Ю. С. Флотационный и магнитные методы для выде ления цветных металлов из бедного техногенного сырья // Цветные металлы. 2019. № 2. С. 11–16. DOI: 10.17580/tsm.2019.02.02.
3. Liu Y., Zhou Y., Zhang J. et al. Monoclinic phase Na₃Fe₂(PO₄)₃: synthesis, structure, and electrochemical performance as cathode material in sodium-ion batteries // ACS Sustainable Chemistry and Engineering. 2017. Vol. 5, No. 2. P. 1306–1314.
4. Аверина Ю. М., Калякина Г. Е., Меньшиков В. В. и др. Проектирование процессов нейтрализации хромо- и циансодержащих сточных вод на примере гальванического производства // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2019. № 3. С. 70–80.
5. Povarova E. I., Pylinina A. I., Mikhalenko I. I. Desorption and reactions between alcohols adsorbed on Na–Zr–M phosphates and a compensator ion M = Cu²⁺, Ni²⁺, Co²⁺ // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surface. 2014. Vol. 50, No. 3. P. 331–335.
6. Касиков А. Г., Дьякова Л. В., Хомченко О. А. Освоение экстракционной технологии нового кобальтового производства в АО «Кольская ГМК» // Цветные металлы. 2018. № 1. С. 14–19. DOI: 10.17580/tsm.2018.01.01.
7. Shang Gao, Yue Lin, Xingchen Jiao. Partially oxidized atomic cobalt layers for carbon dioxide electroreduction to liquid fuel // Nature. 2016. Vol. 529. P. 68–71.
8. Новакова А. А., Должикова А. В., Шатрова Н. В., Левина В. В. Структура частиц металлического кобальта, формирующихся при восстановлении микросфер Сo₃O₄, полученных методом пиролиза ультразвуковых аэрозолей // Вестник Московского университета. Серия 3: Физика. Астрономия. 2017. № 4. С. 22–26.
9. Черепанова С. В., Булавченко О. А., Цыбуля С. В. Структура нанокристаллических частиц металлического кобальта, формирующихся при восстановлении из оксидов Сo₃O₄ // Журнал структурной химии. 2008. Т. 49, № 3. С. 530–534.
10. Basudev Swain, Sung-Soo Cho, Gat Ho Lee, Sunghyun Uhm. Extraction/Separation of cobalt by solvent extraction: A Review // Applied Chemistry for Engineering. 2015. Vol. 26, No. 6. P. 631–639.
11. Чернавский П. А., Панкина Г. В., Зайковский В. И. и др. Образование сферических полостей при окислении наночастиц Со // Журнал физической химии. 2008. Т. 82, № 4. С. 796–800.
12. Муггасимов А. В., Песков Н. В., Панкина Г. В. и др. Кинетика низкотемпературного окисления наночастиц кобальта в пористых средах // Журнал физической химии. 2011. Т. 85, № 2. С. 266–274.
13. Jin-Peng Yu., Zeng-Hui Han, Xiao-Hong Hu et al. The investiga tion of LiCo_{1 – x}SB_xO₂ as a promising cathode material for lithiumion batteries // Electrochimica Acta. 2014. Vol. 121. P. 301–306.
14. Senthil Kumar K., Ruben M. Emerging trends in spin crossover (SCO) based functional materials and devices // Coordination Chemistry Reviews. 2017. Vol. 346. P. 176–205.
15. Drath O., Boscovic C. Switchable cobalt coordination polymers: spin crossover and valence tautomerism // Coordination Chemistry Reviews. 2018. Vol. 375. P. 256–266.