| Авторы |
Медяник Н.Л. д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой химии, medyanikmagnitka@mail.ruСмирнова А.В. старший преподаватель кафедры химии, a-kremneva@mail.ruКарелина Ю.А. канд. экон. наук, доцент, доцент кафедры химии, 96bessonova74@mail.ruБасков В.А. старший лаборант кафедры химии, baskov-vvvl@mail.ru |
| Аннотация |
Актуальность заключается в необходимости переработки кислых продуктивных растворов, содержащих ценный компонент ванадий в виде ванадил-катионов. Объект исследования – фульвовая кислота (FulvAc). Предмет исследования – возможность её применения в качестве флотационного реагента-собирателя ванадил-катионов. Цель исследования – изучение возможности флотационного извлечения ванадия из кислых продуктивных растворов. Задачи исследования: подбор селективно действующего реагента-собирателя по отношению к ценному компоненту на основе принципа «структура-свойство / активность-свойство»; проведение молекулярных расчётов, включающих структурные, физико-химические и квантово-химические параметры нового реагента природного происхождения – фульвовых кислот; применение программного комплекса для моделирования и визуализации систем «субстрат-реагент»; изучение механизма взаимодействия молекул FulvAc и субстрата [VO(H2O)4]2+; реализация лабораторного флотационного тестирования реагента-собирателя. В статье использованы специальные методы исследования – химического моделирования и анализа с применением систем программного обеспечения The Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC) и Avogadro. Приведены расчёты молекулярных дескрипторов флотационной активности нового органического реагента FulvAc по отношению к извлекаемому ценному компоненту ванадию (субстрат металла), которые количественно позволяют оценить возможность применения реагентов на основе принципа «структура-свойство / активность-свойство». Проведённый расчёт молекулярных дескрипторов показал, что FulvAc за счёт фенольных, гидроксильных, карбонильных и карбоксильных групп способны образовывать хелатные комплексы с катионами ванадия, гетероатомы которых обусловливают центры хемосорбции. Ванадий в кислых продуктивных растворах находится в форме ванадил-катионов (VO)2+ и акваванадилкатионов [VO(H2O)4]2+, которые проявляют свойства комплексообразователей. Проведено моделирование образования флотосистем «субстрат-реагент» с использованием CCDC. Доказана возможность образования устойчивой флотосистемы «субстрат-реагент» «(VO)2+/[VO(H2O)4]2+-FulvAc» по зарядо-контролируемому механизму. Лабораторное тестирование реагента-собирателя FulvAc показало селективность и избирательность его действия по отношению к субстрату ванадия с εV=92,05 %.
|
| Ключевые слова |
ванадий, ванадил-катион, фульвовая кислота, кислые продуктивные растворы, реагент-собиратель, принцип «структура-свойство / активность-свойство», молекулярные дескрипторы, зарядо-контролируемый механизм, химическое моделирование, флотация |
| Список литературы |
1. Аввакумова Н. П., Кривопалова М. А., Глубокова М. Н., Фомин И. В. Физико-химические свойства фульватов бария и цинкапелоидов // Известия Самарского научного центра РАН. 2014. Т. 16, № 5. С. 1039–1041.
2. Атмаджиди А. С., Гончаров К. В. О возможности получения TiO2 и V2O5 из титаномагнетитового концентрата с высоким содержанием диоксида титана // Научный потенциал молодёжи и технический прогресс: материалы IV Всерос. науч.-практ. конф. СПб.: Индивидуальный предприниматель Жукова Елена Валерьевна, 2021. С. 43–44.
3. Бендерский Н. С., Куделина О. М., Ганцгорн Е. В., Сафроненко А. В. Фульвовая кислота – биологически активная добавка или лекарство? // Кубанский научный медицинский вестник. 2020. Т. 27, № 3. С. 78–91.
4. Броварова О. В. Трансформация гумусовых веществ дерново-подзолистой почвы при агрогенных воздействиях // Плодородие. 2021. № 6. С. 17–22.
5. Заварзина А. Г., Кравченко Е. Г., Константинов А. И., Перминова И. В., Чуков С. Н., Демин В. В. Сравнение свойств препаратов гуминовых кислот, выделенных из почв щелочной экстракцией в присутствии и отсутствии кислорода // Почвоведение. 2019. № 8. C. 910–922.
6. Медяник Н. Л., Смирнова А. В., Бессонова Ю. А., Коляда Л. Г. Физико-химические аспекты кислотного выщелачивания железного концентрата титаномагнетитовой руды Волковского месторождения // Чёрные металлы. 2023. № 6. С. 76–81.
7. Медяник Н. Л., Смирнова А. В., Коляда Л. Г., Бессонова Ю. А. Возможность химического извлечения ванадия и титана из железного концентрата титаномагнетитовой руды // Вестник Забайкальского государственного университета. 2022. Т. 28, № 7. С. 44–51.
8. Патент № 2684462 C1 Российская Федерация, МПК C22B 34/12, C22B 34/22, C21B 11/00. Способ преобразования и выделения ванадия, титана и железа из концентрата на основе ванадия-титана-железа в одну стадию: № 2017103146: заявл. 31.01.2017: опубл. 09.04.2019 / Т. Ци, Д. Чэнь, Илинюнь [и др.]; заявитель ИНСТИТЬЮТ ОФ ПРОУСЕС ЭНЖИНИРИНГ, ЧАЙНИЗ ЭКЭДЕМИ ОФ САЙЕНСИЗ.
9. Попова Т. В., Щеглова Н. В., Смотрина Т. В. Особенности формирования малонатных комплексов оксованадия(IV) в водных растворах // Перспективы внедрения инновационных технологий в медицине и фармации: сб. ст. V Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием / под общ. ред. С. Г. Марданлы, В. В. Помазанова, В. А. Киселёвой. Орехово-Зуево: Государственный гуманитарно-технологический университет, 2018. С. 184–191.
10. Ремизова Л. И. Направления развития мировой сырьевой базы титана // Разведка и охрана недр. 2020. № 6. С. 64–74.
11. Тусупбаев С. Н., Кудайбергенова Г. М. Расчёт стандартных электродных потенциалов электрохимического восстановления ванадиевых соединений: подбор функционала плотности // Вестник КазНУ. Серия «Химическая». 2020. № 1. C. 14–21.
12. Clare F. Macrae, Ioana Sovago, Simon J. Cottrel etc. Mercury 4.0: from visualization to analysis, design and prediction // Journal of Applied Crysallography. 2020. No. 53. Pp. 226–235.
13. Costa Pessoa J. Thirty years through vanadium chemistry // Journal of Inorganic Biochemistry. 2015. Vol. 147. Pр. 4–24.
14. Guglielmo Albani, Luca Schio, Francesco Goto, Alberto Calloni, Alessio Orbelli Biroli, Alberto Bossi, Francesco Melone, Simona Achilli, Guido Fratesi, Carlo Zucchetti, Luca Floreano, Gianlorenzo Bussetti. Ordered assembly of non-planar vanadyltetraphenylporphyrins on ultra-thin iron oxide // Royal Society of Chemistry. 2022. Vol. 24. Pp. 17077–17087.
15. Karmakar M. An overview on the synthesis, structure, and application of vanadyl complexes with hydrazonic acid ligands based on salicylaldehyde or its derivatives // Inorganica Chimica Acta. 2024. Pр. 121969.
16. Mandeep Kaur, Raj Kaushal. Synthesis and in-Silico Molecular Modelling, DFT Studies, Antiradical and Antihyperglycemic Activity of Novel Vanadyl Complexes Based on Chalcone Derivatives // Journal of Molecular Structure. 2021. Pp. 132–176.
17. Nangamso Nathaniel Nyangiwe. Modelling the interactions of engineerednanoparticles with natural organic matterusing in silico techniques // Submitted in fulfilment of the requirements for the degree Doctor of Philosophy in the Faculty of Engineering, Built Environment and Information Technology. University of Pretoria. 2020. Pр. 120.
18. Sonika Sharma, Debasish Das, Biswajit Sadhy, Neeraj Sharma. Synthesis, characterization and biological activity of oxidovanadium (IV) hydroxamate complexes supported by density functional theory // Inorganic Chemistry. 2021.
19. Upward momentum build sin vanadium market. 2021. URL: http://www.argusmedia.com/en/news/2187258-upward-momentum-builds-in-vanadium-market (дата обращения: 12.01.2024). Текст: электронный.
|
