Кафедра технологии редких и рассеянных элементов (первоначальное название
– кафедра технологии урана, радия и тория) основана в феврале 1949 г.
одновременно с созданием в Технологическом институте инженерного
физико-химич еского факультета. Кафедру возглавляли: с 1949 г. – доцент
А.Б. Драновский; с 1950 г. – профессор Я.И Зильберман, лауреат
Государственной премии СССР; с 1953 г.– профессор И.А.Кузин; с 1975 г. –
доцент Е.А. Андронов; с 1981 г. – профессор Е.А. Белоусов; с 1987 г. и до
настоящего времени – Заслуженный деятель науки РФ, профессор А.А. Копырин.
Крупный
вклад в становление кафедры как широко известного учебного и науч ного
центра внес выпускник института 1940 г., профессор, д.т.н. Иван Андреевич
Кузин, возглавлявший кафедру с 1953 по 1975 гг.
Он
является основателем научно-педагогической сорбционной школы по следующим
направлениям:
комплексная переработка уранового, ториевого и редкоземельного сырья;
разработка избирательных и радиационно устойчивых сорбентов на основе
углеродных и неорганических композиционных материалов.
В течение
долгих лет на кафедре плодотворно трудились ученики профессора И.А. Кузина
преподаватели В.П. Таушканов, И.А. Галицкая, А.М. Семушин, Г.А. Симонов,
С.Д. Палий, Д.С. Лихачев и др.
Основное
направление педагогической деятельности кафедры связано с многоуровневой
подготовкой специалистов (бакалавр, магистр, инженер, кандидат и доктор
наук) в области химической технологии редких, рассеянных и радиоактивных
элементов.
За более
чем пятидесятилетний период, кафедрой подготовлено свыше 1000 инженеров,
более 60 кандидатов и три доктора наук. Выпускники кафедры успешно
трудятся в НИИ, на предприятиях и в организациях редкометальной
промышленности, на предприятиях, специализирующихся по всем этапам
ядерного топливного цикла, а также в др. отраслях.
В учебные
программы подготовки выпускников кафедры по специальности 25.17.00
“Химическая технология редких элементов и материалов на их основе” входят
вопросы, связанные с химической технологией редких, рассеянных и
радиоактивных элементов, изучением теоретических основ гидрометаллургии,
экстракционных и ионообменных процессов; химии и технологии актинидов,
радиохимич еской технологии, физико-химических методов анализа веществ,
технологии высокочистых материалов; химии и технологии отдельных элементов
(состояния в растворах, химия координационных соединений и фазовые
равновесия), математическим моделированием сложных процессов с
использованием быстродействующей вычислительной техники, проектированием
предприятий отрасли и организацией технологических процессов.
Кафедра
технологии редких и рассеянных элементов оснащена современными
персональными ЭВМ. Все ЭВМ объединены в 2 сети и имеют выход в сеть
Internet и доступ к электронной почте. В учебном процессе используются
стандартное математическое обеспечение и операционные системы для ЭВМ, а
также оригинальные программы для расчета фазовых экстракционных равновесий
и равновесий в водных растворах, составленные на языке Borland Pascal 7.0
(расчет и описание изотерм экстракции, экстракционных каскадов при сложной
структуре потоков, расчет констант диссоциации слабых кислот по данным
потенциометрич еского титрования, определение кислотности по методу Грана
и др.).
В
настоящее время на кафедре работают пять преподавателей, пять научных
сотрудников и лаборантов, три аспиранта и один докторант. На кафедре
обучаются около 50 студентов старших курсов. Работает квалифицированный
профессорско- преподавательский состав: три доктора и три кандидата наук
(два профессора и три доцента).
Кафедра
выполняет научные исследования по приоритетным направлениям развития науки
и техники в рамках госбюджетного финансирования по Координационным планам
Минобразования РФ, Межведомственного Научного Совета по радиохимии при
Президиуме РАН и Минатоме РФ, по конкурсам грантов Минобразования РФ (в
области фундаментального естествознания и химической технологии), гранту
«Американского фонда гражданских исследований и развития» CRDF-2000, а
также по хозяйственным договорам с Российскими научными центрами и
научно-производственными объединениями.
В 1994 г.
подписано Генеральное соглашение о сотрудничестве СПбГТИ(ТУ) с Минатомом
РФ в области учебной, научной и организационно-методической работы.
В
соответствии с этим соглашением кафедра получила статус базовой кафедры
Минатома РФ в системе Минобразования России. По этому соглашению
осуществляется финансирование научных исследований и выплачиваются 10
именных стипендий Минатома РФ для студентов института.
Основные
направления научной работы преподавателей и сотрудников кафедры:
. д.х.н.,
профессор А.К. Пяртман – фазовые равновесия в многокомпонентных
экстракционных и ионообменных системах, содержащих редкие элементы;
химия
координационных соединений платиновых и редких металлов;
. д.т.н.,
доцент А.А. Блохин – ионообменная технология высокочистых соединений
молибдена, вольфрама и рения и редких платиновых металлов;
. к.х.н.,
доцент Ю.В. Мурашкин – физико-химические методы анализа редких и
сопутствующих элементов и объектов окружающей среды;
. к.х.н.,
доцент В.А. Кескинов – теоретические и экспериментальные исследования в
области экстракции редкоземельных металлов;
. к.х.н.,
ст.н.с. А.И. Лоскутов – технология углеродных адсорбентов высокой чистоты,
химия и технология элементов I–III групп.
С 1987 г.
кафедру возглавляет выпускник института 1964 г., Заслуженный деятель науки
РФ, д.х.н., профессор А.А. Копырин, вице-президент, академик МАНЭБ и
академик МАИ, известный в стране и за рубежом ученый в области
экстракционной технологии получения высокочистых редкоземельных элементов
(РЗЭ) и радиохимической технологии. Он ученик и последователь основателя
(1962 г.) научно-педагогической школы профессора В.П. Шведова. А.А.
Копырин разработал новые молекулярно-статистические методы описания
распределения близких по свойствам элементов, позволяющие прогнозировать
эффективность разделения и тонкой очистки элементов при переменном составе
компонентов системы. Он предложил физико-химические и математические
модели описания квазиравновесных многокомпонентных экстракционных
процессов разделения смесей РЗЭ экстрагентами различных классов с учетом
полного базиса протекающих гетерогенных реакций. Алгоритмы расчетов
экстракцион ных фазовых равновесий использованы для оптимизации
технологических режимов получения особо чистых РЗЭ.
C этого
времени под руководством профессора А.А. Копырина и с.н.с. А.К. Пяртмана
(Ю.Г. Сегеда, В.А. Кескинов, Е.А. Пузиков, А.Е. Беринский, С.В. Ковалев,
Д.А. Жихарев) проводятся интенсивные работы по изучению закономерностей
распределения и разделения лантанидов (III) и иттрия (III) в
многокомпонентных экстракционных системах при использовании экстрагентов
различных классов (нейтральные фосфорорганические соединения – фосфаты,
фосфонаты, фосфиноксиды, ди-2-этилгексилфосфорная кислота, высшие изомеры
карбоновых и нафтеновых кислот, нитраты четвертичных аммониевых оснований,
бинарные экстрагенты - карбоксилаты четвертичных аммониевых оснований) и
их смесей, а также изучению закономерностей совместной экстракции
лантанидов(III), щелочноземельных, цветных металлов, нитратов уранила и
тория при использовании нейтральных фосфорорганических соединения для
многокомпонентных концентрированных водно-солевых растворов.
В
результате проведенных исследований получены систематические данные по
изотермам экстракции, коэффициентам распределения и факторам разделения
соседних групп элементов для бинарных и многокомпонентных растворов. С
применением различных методов и подходов определен состав экстрагируемых
соединений, вычислены значения концентрационных и термодинамических
констант экстракции. Для ряда систем с применением термохимического метода
определены энтальпии реакций экстракции, а также энтальпии смешения для
систем типа экстрагент-разбавитель и экстрагент-сольват нитрата
лантанида(III).
Получена
база экспериментальных термодинамических данных для прогнозирования
поведения лантанидов(III) и других сопутствующих металлов в
многокомпонентных экстракционных системах при широкой вариации независимых
переменных состава.
С
применением полного спектрального анализа в индукционно-связанной плазме
определены коэффициенты распределения отдельных металлов(III) для
практически важных концентратов РЗМ(III). Сформулированы основные
положения и предложены модели, описывающие взаимное влияние РЗМ(III) при
их экстракции экстрагентами различных классов (или смесями) из
многокомпонентных растворов. По результатам систематических исследований
распределения РЗМ(III) в многокомпонентных системах проверена адекватность
предложенных моделей.
Разработаны физико-химическая и математическая модели квазиравновесных
противоточных процессов разделения РЗМ методом жидкостной экстракции при
использовании одного или нескольких экстрагентов, включающие элементы
описания фазовых экстракционных равновесий с учетом стехиометрии
образующихся координационных сольватов нитратов РЗМ в многокомпонентных
системах, зависимостей коэффициентов распределения и факторов разделения
от состава исходного концентрата и концентрационной обстановки на каждой
из ступеней контакта. Предложенные модели использованы для выбора
оптимальных условий проведения технологических процессов при учете
структуры и соотношения потоков.
Оптимальные режимы работы экстракционных процессов апробированы в ходе
опытно-промышленных испытаний и внедрены на различных предприятиях:
Московский завод полиметаллов, Иртышский химико-металлургический завод,
Киргизский горно-металлургический комбинат.
Наиболее
важными технологическими решениями являются:
- очистка
нитратов РЗМ(III) от урана, тория и продуктов радиоактивного распада, а
также нередкоземельных примесей при использовании схемы со сложной
структурой потоков;
-
разделение концентрата средних РЗМ на 3 группы элементов с использованием
фосфонатов в качестве экстрагентов;
-
разделение концентратов элементов цериевой группы с использованием сложной
структуры потоков с фракционированием органической фазы (получение трех
продуктов в одном экстракционном каскаде);
-
получение оксида самария с использованием смеси экстрагентов различных
классов;
- оптимальная технологическая схема разделение иттрия и тяжелых РЗМ с
использованием экстракционной системы на основе ЭДТА и ТБФ;
-
получение оксида эрбия экстракционным способом;
-
однокаскадные экстракционные схемы получения оксида иттрия.
Работы в
этом направлении были обобщены в докторской диссертации А.К. Пяртмана
(1995 г.), который избран профессором кафедры ТРРЭ.
С 2001 г.
на кафедре технологии редких и рассеянных элементов докторант М.А. Афонин
(научный консультант профессор А.А. Копырин) продолжил начатые им ранее
(1987 г.) работы по нестационарной колебательной экстракции лантанидов и
актинидов.
Следует
отметить, что до сих пор практически не решена фундаментальная проблема
использования нестационарных режимов для разделения близких по свойствам
элементов в гетерогенных системах (например, экстракционных).
Проведено
экспериментальное исследование распределения лантанидов (церий, празеодим,
неодим, европий) в колебательных экстракционных системах. Создана не
имеющая аналогов в России экспериментальная установка по исследованию
кинетики экстракции нескольких элементов при их совместном присутствии в
экстракционной системе. Определены основные критерии для выбора области
поиска оптимальных условий разделения, выделения и концентрирования
лантанидов методами колебательной неравновесной экстракции. Разработаны
теоретические основы неравновесной колебательной экстракции.
В рамках
научно-педагогической экстракционной школы (1962-2002 гг.) подготовлены: 2
доктора наук, 18 кандидатов наук.
По этому
научному направлению опубликованы в отечественных и зарубежных изданиях
более 500 научных трудов (монографии, учебные пособия, статьи, авторские
свидетельства и патенты), в том числе:
1.
Е.В.Комаров, А.А.Копырин, В.В.Прояев “Теоретические основы экстракции
ассоциированными реагентами”. (М., Атомиздат, 1984 г.);
2.
А.А.Копырин, Е.В.Комаров, В.В.Прояев “Теоретические основы экстракционных
процессов”. (Л., ЛТИ им. Ленсовета, 1979 г.);
3.
А.А.Копырин, Э.В.Прудникова “Комплексообразованиее и экстракция
редкоземельных элементов”. (Л., ЛТИ им. Ленсовета, 1980 г.);
4.
А.А.Копырин, И.А.Бурцев “Термодинамика экстракционных равновесий”. (Л.,
ЛТИ им. Ленсовета, 1990 г.);
5.
А.Р.Колкер, А.А.Копырин, И.В.Рогов “Элементы математического моделирования
в технологии изотопов”. (Л., ЛТИ им. Ленсовета, 1991 г.);
6.
A.A.Kopyrin, V.V.Murashov, V.V.Demidov, V.V.Shvedov Use complexons for
extraction separation of rare earth and transplutonium elements with
amines. I. Radioanal. (Chem. № 2, 1979);
7.
А.А.Копырин, М.А.Афонин, В.Единакова, Б.Долежал “Комплексоны в
экстракционных процессах выделения и разделения лантанидов солями
алкиламмония”. (Sbornik VSCT, Praha, 1990 г.);
8.
A.A.Kopyrin, A.K.Pyartman, V.A.Keskinov Separation of rare earths by
extraction with neuthal organophosphorus compounds in presence of
complexones. Czecholovak, I. Physic, vol 49, 1999;
9.
A.A.Kopyrin, A.K.Pyartman, V.A.Keskinov Application of composite materials
based on various extractants for isolation of lanthanide(III) nitrates
from multicomponent aqueous solutions. I. Radioanal. And Nucl. Chem. Vol.
246, №3, 2000, p.601-606.
10.
А.К.Пяртман, А.А.Копырин, В.А.Кескинов. “Редкоземельные металлы.
Производство редкоземельных металлов и сплавов”. (СПб., СПГТИ(ТУ), 2001
г.);
Результаты работы доложены на более чем 100 международных (Чехия,
Словакия, Югославия, Германия, Венгрия, Япония, Франция и США),
всесоюзных, всероссийских съездах, конгрессах, симпозиумах, конференциях и
совещаниях.
Так, в
2002 г. в рамках недели химических технологий в Санкт-Петербурге кафедра
организовала проведение всероссийской конференции «50 лет Российской
экстракции».
Председатель Оргкомитета – Академик РАН Ю.А. Золотов, заместитель –
профессор А.А. Копырин. В этом же году профессор А.А. Копырин и докторант
М.А. Афонин на международной конференции «Rare Earth Research»
(Калифорнийский университет, Davis, USA) сделали два доклада:
A.A.Kopyrin, A.K.Pyartman, V.A.Keskinov. Chemistry and Thermodynamics of
Coordination Solvates of Lanthanide(III);
M.A.Afonin, A.A.Kopyrin, P.J.Plath, A.S.Petrov. Osсillatory Extraction of
Nd and Pr – New Separation Procedure Development.
Традиционным направлением кафедры еще с середины шестидесятых годов
является разработка научных основ ионообменных процессов извлечения,
разделения и очистки соединений редких и рассеянных элементов, цветных
металлов, получения высокочистых неорганических веществ, часть из которых
реализована в производственной практике. Исследования в этой области
начинались под руководством д.т.н, профессора И.А. Кузина и были
продолжены под руководством д.х.н., доцента В.П. Таушканова (А.И.
Лоскутов, А.А. Блохин, Д.С. Гасанов, В.И. Семенов, М.А. Кириллова, Д.Ю.
Майоров, В.А. Курчатов, В.И. Пак, Я.В. Пренас, С.А. Максимков, М.К.
Коломенская и др.)
Основными
результатами исследований, проведенных в этом направлении, явились
разработка физико-химических основ ионообменных процессов разделения и
очистки соединений молибдена и вольфрама, что позволило найти подход к
решению этой проблемы и создать технологии получения соединений молибдена
высокой чистоты по вольфраму и соединений вольфрама высокой чистоты по
молибдену, которые в настоящее время действуют на нескольких предприятиях
России и ближнего зарубежья (Узбекский комбинат тугоплавких и жаропрочных
металлов (УзКТЖМ), г. Чирчик, ОАО “Целинный Брадентон Кемиклз”, г.
Степногорск, ОАО “Унихим”, СПб), извлечения рения и молидена из
молибденитовых концентратов, внедренные на УзКТЖМ, создание методов
получения композиционных ионитов на основе ионообменных смол и
неорганичеких сорбентов. В настоящее время кафедра сотрудничает с ведущими
отечественными и мировыми производителями ионообменных материалов: ОАО
“Токем”, г. Кемерово, компания “Пьюролайт”, Великобритания, совместно с
которыми ведутся работы по созданию новых селективных ионитов, их
опробованию и применению на практике.
По заказу
ведущих российских предприятий проводятся исследования по разработке новых
процессов извлечения рения из природного и техногенного сырья (ОАО
“Победит”, г. Владикавказ), извлечения рения и платины из отработанных
катализаторов (Приокский завод цветных металлов, г. Кемерово, ОАО
“Институт Гипроникель”) и ряд других, часть из которых завершена и
готовится к внедрению.
В рамках
исследований, проведенных в этом направлении, защищены 2 докторские (В.П.
Таушканов, А.А. Блохин) и более 10 кандидатских диссертаций.
Кафедра
технологии редких и рассеянных элементов имеет тесные научные контакты с
рядом институтов в России (НПО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина», ЦНИИ
КМ«Прометей», ГИ «ВНИПИЭТ», НПО «Радон» (Москва), РХТУ им. Д.И.
Менделеева, МГУ им. М.В. Ломоносова, ГЕОХИ им. В.И. Вернадского, ИОНХ РАН
и др.) и за рубежом (Высшая химическая школа (Чехия, Прага), Университет в
Бордо (Франция), Калифорнийский Университет (США) и др.
Большая
часть выпускников кафедры ежегодно направляется на предприятия
Министерства Российской Федерации по атомной энергии (ЛАЭС, НПО Радиевый
институт им. В.Г. Хлопина, ГИ «ВНИПИЭТ», НИТИ г. Сосновый Бор, Мос. НПО
«Радон» и др.).
Среди
выпускников кафедры: заместитель Министра министерства Российской
Федерации по атомной энергии Н.Н. Егоров, Генеральный директор Научно-
исследовательского фототехнического института В.И. Паутов, заместитель
Генерального директора НПО«Радиевый институт им. В.Г. Хлопина» В.Н.
Романовский, а также профессора и доктора наук М.В. Владимирова, И.Н.
Максимова,Б.И. Пищевицкий, Л.И. Водолазов, Е.В. Сенин, В.И. Белеванцев,
В.И. Зарембо, Н.В. Воробьев-Десятовский и др.
Наши
студенты и аспиранты достигают высоких результатов как в науке (призеры
Всероссийских и институтских конкурсов научных работ, участники
международных олимпиад по химии, стипендиаты Президента РФ, мэрии
Санкт-Петербурга, фонда Сороса), так и в спорте (баскетбол, вольная
борьба, легкая атлетика).
Одна из
главных задач дальнейшей деятельности кафедры – сочетание фундаментальных
и прикладных исследований и внедрение новых технологических решений на
коммерческой основе с участием сотрудников, аспирантов и студентов.
Кого готовит
Основное
направление деятельности кафедры связано с многоуровневой подготовкой
специалистов (бакалавр, магистр, инженер, кандидат и доктор наук) в
области химической технологии редких, рассеянных, естественных
радиоактивных и сопутствующих элементов. За последние двадцать лет
кафедрой подготовлено свыше 350 инженеров, 30 кандидатов наук и два
доктора наук. Выпускники кафедры успешно трудятся в НИИ, на предприятиях,
организациях редкометалльной отрасли промышленности, на предприятиях,
специализирующихся по всем этапам ядернотопливного цикла.
Одна из
главных задач дальнейшей деятельности кафедры - сочетание фундаментальных
и прикладных исследований и внедрение новых технологических решений на
коммерческой основе с участием сотрудников, аспирантов и студентов.
В системе
Министерства общего и профессионального образования РФ кафедра является
базовым образовательным центром Министерства атомной энергии России и
работает в координации с Межведомственными научными советами при
Президиуме РАН.
Ежегодно
ряд студентов становятся именными стипендиатами Министерства атомной
энергии РФ.
Сотрудники и преподаватели
В
настоящее время на кафедре работают 23 сотрудника, в том числе шесть
преподавателей, семь научных сотрудников и лаборантов и восемь аспирантов.
На кафедре обучаются более 40 студентов старших курсов. Работает
квалифицированный профессорско-преподавательский состав: три доктора и три
кандидата наук (два профессора и четыре доцента).
С 1986
года до настоящего времени кафедру возглавляет выпускник Технологического
института, доктор химических наук, профессор А. А. Копырин, вицепрезидент,
академик МАНЭБ и академик Международной Академии информатизации,
специалист в области экстракции редкоземельных металлов и радиоэкологии.
Научно-исследовательские работы
Основные
направления научной работы преподавателей и сотрудников кафедры:
доктор
химических наук, доцент А. К. Пяртман - фазовые равновесия в
многокомпонентных экстракционных и ионообменных системах, содержащих
редкие элементы;
доктор
технических наук, профессор Б. Я. Зильберман - технология переработки
облученного ядерного горючего;
кандидат
химических наук, доцент А. И. Лоскутов - технология углеродных адсорбентов
высокой чистоты, химия и технология элементов I-III групп;
кандидат
химических наук, доцент Д. С. Лихачев - технология высокодисперсных
полировальных порошков на основе редких элементов, химия урана и тория;
кандидат
химических наук, доцент Ю. В. Мурашкин - физико-химические методы анализа
редких и сопутствующих элементов и объектов окружающей среды;
кандидат
химических наук, старший научный сотрудник, докторант А. А. Блохин -
ионообменная технология высокочистых соединений молибдена, вольфрама и
рения;
кандидат
химических наук, старший научный сотрудник В. А. Кескинов - экстракция
редко-земельных металлов.
Большая
часть выполняемых научно-исследовательских работ финансируется в рамках
госбюджетных программ, грантов Министерства общего и профессионального
образования РФ, хоздоговорных работ с различными предприятиями отрасли.
Ученые
кафедры принимали участие во Всероссийских и Международных конференциях в
ряде промышленно-развитых стран мира (США, Германия, Франция, Австрия и
другие).
Учебный процесс
В учебные
программы подготовки специалистов различного уровня входят вопросы,
непосредственно связанные с химической технологией редких, рассеянных и
радиоактивных элементов, предусматривается изучение теоретических основ
гидрометаллургии, экстракционных и ионообменных методов в технологии
редких и высокочистых веществ, химии и технологии актинидов и
радиохимической технологии, физикохимических методов анализа веществ,
технологии высокочистых материалов, химии и технологии отдельных элементов
(состояния в растворах, химия координационных соединений и фазовые
равновесия), с математическим моделированием сложных процессов с
использованием быстродействующей вычислительной техники и проектированием
предприятий отрасли и организацией технологических процессов.
В
последние годы, совершенствуются планы подготовки выпускников кафедры по
специальности 25.17.00 "Химическая технология редких элементов и
материалов на их основе", введены курсы лекций и лабораторные практикумы
по следующим дисциплинам: "Радиоэкология", "Теоретические основы
гидрометаллургии", "Экстракционные и ионообменные процессы в технологии
редких и высокочистых веществ" и другие в объеме более 300 часов в год.
Изменены и уточнены программы ранее действующих курсов в соответствии с
современными требованиями.
Материальная база
Учебная
база кафедры обеспечена персональными компьютерами V поколения,
оборудованием для физико-химических и химических исследований и различными
современными приборами.
КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ РЕДКИХ И РАССЕЯННЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ