Российские ученые из НИТУ МИСИС получили патенты на два новаторских метода производства соединений редкоземельных металлов.
В центре внимания находятся карбонат неодима и диоксид церия, используемые в высокотехнологичных отраслях. Новые методики открывают возможности для разработки современных материалов для электроники и фармацевтики, а также делают отечественные разработки более конкурентоспособными на глобальном рынке. Они позволят значительно увеличить производительность, снизить энергозатраты и уменьшить воздействие на окружающую среду.
Новые методы получения соединений редкоземельных металлов
Соединения редкоземельных металлов (РЗМ) находят применение в создании новых материалов и устройств с уникальными характеристиками, включая катализаторы, керамические материалы, пигменты, электронные устройства, фармацевтику и многое другое. При этом традиционные способы их производства, как правило, основываются на работе с разбавленными растворами, требуют высоких температур и длительных этапов обработки, что снижает эффективность и увеличивает объем солевых стоков.
Ученые из НИТУ МИСИС предложили получать карбонат неодима методом осаждения. Это процесс, в котором твердый осадок получается из концентрированных азотнокислых растворов неодима с использованием насыщенных растворов углеаммонийных солей. Новая технология позволяет формировать однородные по форме и размеру частицы со структурой, подобной тангериту, без длительной перекристаллизации и нагрева.
— Применение концентрированного раствора неодима позволило увеличить производительность в 10 раз и сократить объем отходов как минимум в пять раз по сравнению с известными аналогами. Открывается возможность управлять структурой частиц, что крайне важно для производства катализаторов, керамики, пигментов и электронных компонентов,— отметила автор патента, профессор кафедры цветных металлов и золота НИТУ МИСИС Елена Богатырева.
Второй патент описывает метод получения порошков диоксида церия, востребованного, в частности, в автомобильных катализаторах и полирующих составах. В отличие от традиционных методов, базирующихся на длительном прокаливании, разработка ученых НИТУ МИСИС использует СВЧ-нагрев суспензии карбоната церия.
— Данный метод позволяет сократить время термической обработки с нескольких часов до 1-2 минут, исключить стадии промывки и сушки осадка, а также снизить затраты на реагенты. В результате формируется порошок диоксида церия со сферической формой частиц и высокой долей мелкодисперсных фракций, что повышает его эффективность для дальнейшего использования,— добавила Елена Богатырева.
Применение соединений редкоземельных металлов
Соединения редкоземельных металлов, такие как неодим и церий, являются основой современной высокотехнологичной отрасли. Карбонат неодима, хотя сам по себе практически не используется, служит ключевым промежуточным продуктом, так как из него получают соединения и сплавы для сверхсильных магнитов, которые применяются в электродвигателях, ветрогенераторах, электронике и оптике.
— Диоксид церия, напротив, является готовым функциональным материалом: он широко используется в автомобильных катализаторах для снижения вредных выбросов, а также в химической промышленности и при высокоточной полировке стекла и оптики, что необходимо для производства современных дисплеев. Спрос на такие материалы стабильно растет на фоне развития электроники и зеленой энергетики,— пояснила специалист.
В этом контексте предложенные технологические решения выглядят конкурентоспособными: они ориентированы на упрощение производственных процессов, снижение энергозатрат и уменьшение объемов отходов. Подобные разработки особенно актуальны, так как могут сыграть значительную роль в развитии собственной промышленной базы и снижении зависимости от импорта редкоземельных материалов.
Несмотря на наличие в России значительных запасов редкоземельных элементов, технологии их извлечения и обогащения пока отстают от мировых лидеров. Особенно заметен разрыв в энергетических затратах и количестве используемых реагентов. Кроме того, производство редкоземельных элементов сопровождается серьезным ущербом для окружающей среды из-за большого количества токсичных отходов. Использование микроволнового синтеза представляется перспективным в плане ускорения процессов и снижения энергоемкости. Углеаммонийные соли можно относительно легко получать из аммиака и углекислого газа, производимых в больших объемах промышленностью.
Запатентованные методы нацелены на разработку технологических решений, пригодных для масштабирования и промышленного внедрения. Они расширяют возможности получения материалов на основе РЗМ и могут быть использованы при формировании современных ресурсосберегающих производственных процессов.
Фото: hi-tech.mail.ru