1 2 Лекция 5 Описание творческих проектов Цели вовлечения студентов в проектную деятельность: Область профессиональной деятельности выпускников по специальности. - презентация

1 1

2 2 Лекция 5 Описание творческих проектов Цели вовлечения студентов в проектную деятельность: Область профессиональной деятельности выпускников по специальности «Химическая технология материалов современной энергетики» включает в себя: разработку, проектирование и эксплуатацию технологических процессов и оборудования для извлечения материалов ядерно-топливного цикла (ЯТЦ) атомной энергетики из природного и техногенного сырья, переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и радиоактивных отходов (РАО); разработку и эксплуатацию методов аналитического контроля и радиационной безопасности на объектах, связанных с использованием атомной энергии. Область профессиональной деятельности

3 Лаборатория по спецтехнологии Лаборатория по спецтехнологии является уникальным образовательным приёмом учебно-исследовательской работы студента (УИРС) реализованной только на кафедре ХТРЭ ТПУ. Вы впервые сможете применить полученные знания на практике, самостоятельно освоить ряд химико-технологических процессов. В научных лабораториях кафедры Вам представится возможность принять участие в реальной научной работе проводимой преподавателями.

4 Выбор темы УИРСа и преподавателя – ответственное решение в Вашей образовательной деятельности. Часто первая научная тема определяет весь профессиональный путь специалиста: от студента, до профессора, директора завода и даже министра. Каждый десятый выпускник нашей кафедры стал крупным научно- производственным руководителем. Сегодня на кафедре работают 20 кандидатов и докторов наук, которые активно участвуют в научно исследовательской работе и готовы передать Вам свой опыт и накопленные знания.

5 Структура работ Виды работНедели 1Лекционная часть. Теоретические основы работы.1 2Самостоятельная работа студента в библиотеке и INTERNRNET2-3 3Реферат по теоретической части работы.4 4 Знакомство с лабораторией. Подготовка рабочего места. Первичное знакомство с приборами и методами. 5 5Экспериментальная часть Подготовка отчёта по работе. Отчёт включает теоретическую часть. Экспериментальный журнал. Результаты и обработку экспериментальных данных. Выводы Защита работы на кафедральной конференции с презентацией.16 Лаборатория кафедрыПроизводство

6 Научные направления кафедры РуководительТема исследований 1Андреев А.А.Фтороаммонийная переработка руд редких металлов 2Борисов В.А.Взаимодействие хлорида аммония с соединениями металлов 3Брус И.Д.Конверсия отвального гексафторида урана в металлический уран 4Водянкин А.Ю.Электролитическое получение сплавов 5Карелин В.А.Фторидная технология получения кремния для солнечной энергетики 6Дмитриенко В.П.Электрохимические процессы в технологии редких элементов 7Дьяченко А.Н.Технологии производства фтораля 8Егоров Н.Б.Исследование свойств изотопно-чистых материалов 9Жерин И.И.Гидрометаллургия бериллия 10Кантаев А.С. Технология полимерных композиционных материалов на основе тефлона 11Крайденко Р.И.Хлороаммонийная переработка руд цветных металлов 12Леонова Л.А.Исследование синтеза кальций-фосфатов и их сорбционных свойств 13Оствальд Р.В.Технология фторидов галогенов и комплексных соединений на их основе 14Страшко А.Н.Переработка шлифотходов производства высокоэнергетических магнитов 15Шагалов В.В.Технология золота, серебра и платиновых металлов

7 «Конверсия отвального гексафторида урана в металлический уран» руководитель - к.т.н., доцент Брус Иван Дмитриевич Изучаются: Реакции твердое – газ; Физические и химические свойства исходных и конечных продуктов; Методы разделения конечных продуктов; Подготовка специалистов предполагает два направления: химическое – физико-химические свойства, термодинамика; техническое – разработка технологических процессов и проектирование оборудования. В 2010 году на кафедре ХТРЭ ФТИ предложен новый способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический уран, оформлена заявка на патент. Разрабатываются: Технологические схемы процесса; Аппаратурное оформление. Лабораторная установка

8 «Электролитическое получение сплавов» руководитель к.х.н., доцент Водянкин Алексей Юрьевич Изучаются: Электрохимические процессы протекающие в бинарных растворах; Влияние условий электрохимического восстановления на состав и свойства образующихся сплавов ; Новые методы получения редких элементов; В настоящее время, основными промышленными методами получения редких элементов является электролиз расплавов солей и металлотермия. Процессы проводятся при высокой температуре (700 о С и больше) Редкие элементы используются, преимущественно, в виде сплавов Методы исследования: Атомно-эмиссионный анализ с индуктивно- связанной плазмой Рентгено-флуоресцентный анализ Гравиметрический анализ Калориметрический анализ Масс-спектрометрический анализ Оптический анализ в видимой, ИК и УФ областях

9 «Технологии производства фтораля» руководитель д.т.н., проф. Дьяченко Александр Николаевич Изучаются: - Методы оптимизации технологических последовательностей производства фторида алюминия. - Безводный фтороаммонийный способ получения фторида алюминия. - Способ получения фторида алюминия с помощью гексафторкремниевой кислоты. - Экономические аспекты фторидных технологий и оптимизация сырьевых ресурсов в производстве фторидов. Фтораль – фторид алюминия AlF 3 – один из компонентов в производстве алюминия. Россия занимает первое место в мире по выпуску металлического алюминия (4 млн. тонн в год), при этом технология его производства не модернизируются более 50 лет и российский алюминий самый дорогой в мире. Промышленности необходим принципиально новый экономически рентабельный способ производства фторида алюминия. Разрабатывается: Современная технология производства фторида алюминия с использованием различных фторирующих агентов: фторидов аммония, гексафторкремниевой кислоты, фтороводорода.

10 «Гидрометаллургия бериллия» руководитель д.х.н., проф. Жерин Иван Игнатьевич Изучаются: термодинамика химических реакций в многокомпонентных системах в гидрометаллургической технологии бериллия; физико-химические основы процессов разделения бериллия и фтора. Подготовка специалистов предполагает два направления : химическое – химическое равновесие (термодинамика), физико-химические и термодинамические свойства веществ; техническое – разработка технологических процессов. На каф. ХТРЭ ФТИ совместно с ОАО «Ульбинский металлургический завод» (г.Усть-Каменгорск, Казахстан) ведутся исследования по совершенствованию гидрометаллургической технологии бериллия в связи с переходом на новые виды минерального сырья. Разрабатывается: Технология переработки комплексного бериллиевого сырья (берилл-бертрандит-фенакит-флюоритовых концентратов) с целью извлечения бериллия и фтора. Минерал фенакит с кристаллами изумруда (берилла) Минерал флюорит

11 «Получение металлического титана электролизом» руководитель ассистент Ворошилов Федор Анатольевич Изучаются: процесс восстановления Ti4+ до Ti3+ в водных растворах; электролиз фторида титана в расплаве FLINAK; процессы выделения порошка металла из катодного осадка ; влияние температуры и удельного тока на размер частиц образующегося металлического титана. Подготовка специалистов предполагает два направления: химическое – аналитическая химия, неорганическая химия, физико-химические свойства; техническое – разработка и проектирование технологических процессов. Новая тематика каф. ХТРЭ ФТИ. Ведется исследование альтернативного метода получения металлического титана из гексафторотитаната аммония. Данная технология позволяет значительно снизить себестоимость получаемого продукта за счет отказа от использования дорогого металла –восстановителя. Разрабатываются: Фторидная технология получения титана Технико-экономическое обоснование предлагаемой технологии.

12 Исследовательская группа «Химии и технологии фтора» Элементный фтор являясь самым сильным окислителем из простых соединений нашел свое применение во многих промышленных отраслях и научных направлениях Основные исследования: Разработка технологий синтеза перспективных фторирующих агентов. Исследование применения фтора и фторирующих агентов в технологии редких элементов. Осуществление процессов фторирования соединений редких элементов, получение комплексных фторидов. Темы для учебно-исследовательской работы студентов: Тетрафтороброматы щелочных металлов, их применение в технологии редких металлов. Руководитель: Шагалов В.В. Студенты: Лизунов А.И., Волошин И.В. Тетрафтороброматы щелочноземельных металлов, их применение в органическом синтезе. Руководитель: Оствальд Р.В. Студенты: Курский И.А., требуется один студент Применение методов физико-химического анализа для исследования продуктов реакций фторирования. Руководитель: Ивлев С.И. Студенты: требуется два студента Более подробная информация о научно- исследовательской группе

13 Исследования, проводимые в лаборатории, основаны на использовании фтора в качестве окислительного реагента для проведения фторирования твердых, жидких и газообразных веществ. Получение соединений фтора и других галогенидов, в том числе и фторидов галогенов. Изучения термодинамики и кинетики процессов фторирования. Изучение физико- химических свойств систем на основе фторидов. Исследовательская группа «Химии и технологии фтора» Конкурентные преимущества в лаборатории имеется электролизер для получения фтора электролитическим разложением фтороводорода. Рабочая токовая нагрузка до 100 А лаборатория на сегодняшний день объединяет знания и опыт, накопленный на кафедре в области проектирования и конструирования экспериментальных установок, осуществления процессов фторирования и изучения свойств систем, образующихся при фторировании

14 использование современного оборудования для диагностики параметров технологических процессов и экспериментальных данных. Для получения экспериментальных данных все установки оснащены датчиками, данные направляются в систему автоматического контроля и регулирования Compact FieldPoint производитель National Instruments с обработкой и визуализацией экспериментальных данных с применением программного средства LabView. В качестве примера представлены зависимости изменения массы и температуры навески бромида калия при его фторировании на термогравиметрической установке Исследовательская группа «Химии и технологии фтора»

15 широкий спектр проведения аналитических исследований продуктов реакций. В томском политехнической университете за последние два года приобретено новейшее аналитическое оборудование, использование которого существенно расширяет возможности исследователей лаборатории и повышает качество выполняемых работ Исследовательская группа «Химии и технологии фтора»

16 Возможности лаборатории: Исследовательская группа «Химии и технологии фтора» 1 термогравиметрическая установка для проведения процессов фторирования твердых и жидких образцов с непрерывным измерением массы навески, контролем температуры в зоне реакции, автоматическим регулированием температуры нагрева реактора, измерением давления газообразных продуктов реакции. Установка имеет систему улавливания газообразных продуктов реакции, систему вакуумирования. Возможно использование других газообразных реагентов вместо фтора.

17 Возможности лаборатории Исследовательская группа «Химии и технологии фтора» 2. Установка для изучения процессов синтеза соединений благородных металлов в окисленной форме с применением фторгалогенных окислителей. Изучаются процессы получения комплексных соединений золота, иридия, платины, палладия. В качестве прикладной области можно выделить предложенную технологию переработки «электронного мусора», разделения сплавов на основе тугоплавких и благородных металлов.

18 Исследовательская группа «Химии и технологии фтора» 3. Установка для изучения процессов разделения фторидных систем на основе процессов сорбции, вакуумной дистилляции и ректификации. Исследование сорбентов для селективного улавливания газообразных соединений.

19 4. Установка прототип промышленного аппарата – реактор шнекового типа. На данной установке возможно изучение процессов фторирования любых сыпучих или предварительно измельченных веществ, изучение технологических режимов работы аппарата с целью проектирования промышленного устройства. Исследовательская группа «Химии и технологии фтора» 5. Установка для изучения фазовых равновесий между жидкостью и паром статическим методом в изотермических условиях.

20 «Исследование свойств изотопночистых материалов» руководитель к.х.н., доцент Егоров Николай Борисович руководитель ассистент Акимов Дмитрий Васильевич Изучаются: Физико-химические свойства фторидов и органических соединений перерабатываемых изотопов; Физико-химические свойства химически чистых изотопных материалов; Процессы кристаллизации солей и металлов; Фотохимические реакции неорганических комплексных соединений. Более 10 лет на каф. ХТРЭ проводятся работы по изучению процессов получения, дообогащения стабильных изотопов и исследованию их свойств. В результате проведенных научно-исследовательских работ разработаны способы повышения изотопной чистоты Sn, Pb и Cr, что позволило получать моноизотопы этих соединений со степенью изотопного обогащения выше 99 %. Предложены технологии получения в товарной форме стабильных изотопов Pb, Sn, Cr, Ge, S, Se и Te с химической чистотой выше 99,9 %. Заказчиком продукции является ОАО «Сибирский химический комбинат». Разрабатываются: Способы получения товарных форм стабильных изотопов из рабочих веществ разделительных производств; Низкозатратные технологии дообогащения стабильных моноизотопов с изотопной чистотой выше 99 %; Способы химической очистки стабильных изотопов выше 99,9 %; Способы утилизации отвалов разделительных производств; Способы синтеза наноразмерных изотопночистых соединений.

21 «Исследование синтеза кальцийфосфатов и их сорбционных свойств по отношению к уранил-ионам» руководитель к.т.н., ассистент Леонова Лилия Александровна Изучаются: реакции жидкофазного синтеза гидроксиапатита с использованием комплексообразователя физические и химические свойства кальцийфосфатов методы сорбционного извлечения урана из растворов влияние условий на получение конечного продукта С 2006 года на каф. ХТРЭ ФТИ ведутся исследования по получению в лабораторных условиях - гидроксиапатита, синтетического аналога минеральной составляющей костной ткани человека. Разработан способ его синтеза, исследованы свойства и способность сорбировать радионуклиды Разрабатываются: Технология получения чистого порошка гидроксиапатита для медицинского применения Методика сорбции урана на гидроксиапатите Предполагается участие в конференциях, конкурсах, грантах!

22 Темы исследований по спецтехнологии на 2012 год: Исследование процессов изменения изотопного состава свинца в процессе кристаллизации; Исследование физико-химических свойств стабильных свойств свинца; Исследование физико-химических свойств стабильных изотопов серы; Исследование физико-химических свойств стабильных изотопов селена. «Исследование свойств изотопночистых материалов» Лабораторная установка Заказчиком исследования является ОАО «Сибирский химический комбинат» договор от 21 ноября 2011 г. «Исследование процессов дообогащения изотопов свинца и изучение свойств их соединений с моноизотопными серой и селеном».

23 «Переработка отходов политетрафторэтилена и создание полимерных композиционных материалов» руководитель ассистент Кантаев Александр Сергеевич Изучаются: Процессы пиролиза, деструкции и полимеризации фтормолимеров; Процессы молекулярного смешения в газовой фазе. Процесс совместной сублимации и десублимации материала и наполнителя композитов; Определение физико-механических свойств композитов. Подготовка специалистов предполагает два направления: химическое – аналитическая химия, строение вещества, физико-химические свойства; техническое – разработка и проектирование технологических процессов. Новая тематика кафедры ХТРЭ ФТИ. С 2009 года ведутся активные исследования в области переработки отходов политетрафторэтилена. Разработан способ переработки отходов с использованием NH 4 HF 2 и способ создание композита на основе полимера и SiO 2 и TiO 2. Ведется разработка: Технологических операции переработки отходов ПТФЭ, с целью его регенерации Создание композиционных материалов на основе ПТФЭ Усовершенствование технологии переработки отходов и ее аппаратурного оформления Лабораторная установка

24 «Хлораммонийная переработка руд цветных металлов» руководитель к.х.н., доцент Крайденко Роман Иванович Изучаются: реакции твердофазного спекания хлорида аммония как с идивидуальными веществами (оксидами, сульфидами металлов), так и с минералами цветных металлов; физические и химические свойства хлорметаллатов аммония (NH 4 ) х МеСl y ; методы сублимационного отделения хлоридов металлов; методы выделения индивидуальных веществ из полиметаллических руд. Подготовка специалистов предполагает два направления: химическое – аналитическая химия, строение вещества, физико-химические свойства; техническое – разработка и проектирование технологических процессов. С 2005 года на каф. ХТРЭ ФТИ ведутся исследования по использованию хлорида аммония для извлечения ценных компонентов из руд и концентратов цветных металлов. Разработаны способы переработки никелевой, медной, свинцово- цинковой, марганцевой руд Разрабатываются: Технологические последовательности переработки руд цветных металлов до коммерческих продуктов Технико-экономические обоснования предлагаемых технологий Лабораторная установка

25 «Переработка шлифотходов производства высокоэнергетических постоянных магнитов» руководитель ассистент Страшко Александр Николаевич Изучаются: Физико - химические закономерности осаждения солей неодима из сернокислых растворов; Кинетические закономерности протекания отдельных стадий процесса; Механизмы термического разложения оксалатов неодима. С 2005 года на кафедре ХТРЭ ведутся работы по гидрометаллургической переработке отходов магнитного производства, в состав которых входят ценные редкоземельные элементы, имеющие широкое распространение в наукоемких отраслях промышленности, но не производящиеся в России в данный момент. Разрабатываются: Технологии переработки шлифотходов до оксида неодима Процессы безотходной переработки шлифотходов Методы исследования: Методики на основе термогравиметрического анализа Методики на основе рентгенофлуоресцентного анализа Методики на основе атомно- эмиссионного анализа Оптические методы анализа Поиск оптимальных условий при помощи многофакторного эксперимента Получаемый продукт – Nd 2 O 3 Шлифотходы Промежуточные продукты