АОО«Назарбаев Интеллектуальные Школы», г.Усть

АОО«Назарбаев Интеллектуальные Школы», г.Усть-Каменогорск
Учитель химий Р.К.Капасова
Ученик 11D класса
Б.Калиуллаев
УДК 669.725.3
О РАЗВИТИИ ХИМИИ
ФТОРА В РЕСПУБЛИКЕ
КАЗАХСТАН
Казахстан имеет все предпосылки для создания вертикально интегрированной схемы производства различных фторсодержащих
материалов, конечным продуктом которой является безводный
фтористый водород. Кроме того, безводный фтористый водород
является сырьем для получения элементного фтора, организация
производства которого позволила бы существенно расширить
ассортимент фтористой продукции на рынке фторидов металлов.
ҚАЗАҚСТАН
ХИМИЯСЫНЫҢ ДАМУЫ
РЕСПУБЛИКАСЫНДА
ФТОР
Р.Қ.Қапасова Б.Қалиуллаев
Өскемен қаласының «Назарбаев Зияткерлік мектебі»
Қазақстан соңғы өнімі сусыз фторлы сутек болып табылытын
әртүрлі фторлы материалдар өндірісінің интеграциялық тізбегін
жасауға барлық мүмкіндігі бар республика болып табылады. Сонымен
қатар, сусыз фторлы сутек металл фторидтері нарығындағы
фторлы өнімдердің
ассортиментін
айтарлықтай кеңейтуге
мүмкіндік беретін бос фтор алуда аса қажет шикізат көзі болып
саналады.
DEVELOPMENT OF CHEMISTRY OF FLUORINE IN
KAZAKHSTAN
R.K.Kapasova, B.Kaliullaev
Nazarbayev Intellectual School, Ust-Kamenogorsk
Kazakhstan has all conditions for creating a vertically-integrated scheme in
manufacturing of various fluorinated materials; the final product of it is anhydrous
hydrogen fluoride. In addition,
anhydrous hydrogen fluoride is a row material for production of elemental
fluorine. Its production would significantly expand the range of fluoride products
in the market of fluorides of metals.
«Образование в жизнь, а жизнь в образование»
Фтор как наиболее мощный окислитель встречается в природе лишь в
виде соединений и главными фторсодержащими минералами являются
флюорит CaF2 , криолит Na3AlF6 и фторапатит CaF2 · 3Ca3(PO4)2 . Общее
содержание фтора в 16-километровой зоне земной коры составляет 0,07 мас.
% и значительно выше, чем хлора, брома и йода, вместе взятых.
Общеизвестно, что главный источник фтора - плавиковый шпат,
представляет собой природный минерал флюорит состава CaF2,
добываемый для нужд промышленности. В Восточном Казахстане
имеется
флюоритовое месторождение «Караджал»,
которое
расположено
на
территории,
закрепленной
за
городом
Семипалатинском, в 110 км. к юго-западу от города Курчатова, на
территории бывшего испытательного ядерного полигона.
По содержанию полезного компонента руда месторождения
Караджал относится к «богатой», а по разведанным запасам
флюоритовой руды месторождение относится к «среднему» типу.
Наличие залежей богатых флюоритовых руд, выходящих на
поверхность, делают возможной отработку их открытым способом с
относительно небольшими капитальными вложениями и сравнительно
низкой себестоимостью добычи. Другие казахстанские запасы флюорита
промышленных категорий заключены в рудах двух месторождений –
собственно флюоритового Таскайнар Южный (3,35 млн. т) и редкометальнофлюоритового месторождения Солнечное (2,65 млн. т).
Общие
подтвержденные запасы указанных месторождений составляют 6,1 млн.тонн
(среднее содержание флюорита 35%), а прогнозные – 16 млн.тонн /1/
Выполненные в 2000-2004 гг. геологоразведочные работы дали
основания оценить прогнозные ресурсы флюоритовых руд на
Караджальском рудном поле в общем объеме 3,5 млн. тонн.
Согласно утвержденному подсчету запасов разведанная
центральная часть месторождения обеспечит рудой на 15 лет
эксплуатацию обогатительной фабрики.
В 2007-2009 гг. проведены геологоразведочные работы на
восточном фланге месторождения, запасы которого продлевают срок
службы горно-обогатительного флюоритового производства до 25 лет.
Годовая производительность рудника равна 100 тыс. тонн, что полностью
удовлетворяет
потребность обогатительной фабрики в
г.Курчатове.
Различают
три основных коммерческих сорта плавикового шпата:
кислотный, металлургический (наиболее широко распространенный) и
керамический. Кислотный сорт, как правило, содержит не менее 92% СаF2.
Металлургический сорт содержит не менее 60% СаF2 .
Курчатовская
обогатительная
фабрика
(КОФ)
годовой
производительностью 38 тыс. тонн концентрата
ФФ-95А
(кислотный сорт) была введена в эксплуатацию в декабре 2006 года.
Имеет следующую технологическую схему обогащения плавикового
шпата.
Поступающая в технологический процесс руда проходит через
узел дробления, узел измельчения и узел флотации. Перед первой
основной флотацией пульпа подаётся в контактный чан, где она
нагревается до 30о С и смешивается с реагентами. Для получения
флюоритового концентрата
в качестве реагентов используют
олеиновую кислоту (собиратель флюорита), жидкое стекло (депрессор
минералов пустой породы). Концентрат VI перечистки является
готовым концентратом и направляется на сгущение.
Процесс сгущения предназначен для удаления воды перед
последующей фильтрацией и сушкой. Влажность готового концентрата
не должна превышать 2%.
В результате обогащения готовый продукт – концентрат плавикового шпата
ФФ-95А – содержит не менее 95% CaF2 и направляется на дальнейшую
переработку до плавиковой кислоты./2/ На рынке различают плавиковую
кислоту с содержанием HF 40%, 70% и 100% (безводный фтористый
водород).
Все технические методы получения фтористоводородной (плавиковой)
кислоты основаны на реакции тонкоизмельченного плавикового шпата
(флюорита) с концентрированной 90-92% серной кислотой по реакции:
CaF2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HF,
с последующей абсорбцией фторсодержащих газов водой/3/. Также ее
получают на Ульбинском металлургическом заводе (г.Усть-Каменогорск)
методом смешивания флюоритового флотационного концентрата ФФ-95А с
концентрированной серной кислотой и разложения в барабанной
вращающейся печи с подовым электрообогревом. В результате разложения
CaF2 образуется фтористоводородный газ и гипс.
Из фтористоводородного газа методом водной абсорбции
получают техническую
40%-ную плавиковую кислоту. Из-за
содержания в плавиковошпатовом концентрате некоторого количества
кремнезема (до 3%) происходит загрязнение плавиковой кислоты
кремнефтористоводородной кислотой. Авторами изучено влияние
содержания оксида кремния на процесс получения плавиковой кислоты,
результаты опубликованы в 2010г. в материалах Республиканской
научно-практической конференции «Увалиевские чтения», сб. ВКГУ
им. С. Аманжолова. Техническая плавиковая кислота пользуется
низким спросом на рынке.
Для очистки от кремнефтористоводородной кислоты в раствор
плавиковой кислоты вводят определенное расчетом количество карбоната
бария. При этом образуется кремнефтористый барий, выпадающий в осадок.
Образующаяся после обескремнивания 40%-ная плавиковая кислота
называется очищенной и пользуется повышенным спросом.
Производительность участка очистки составляет 400-450 т. в месяц, что
является сдерживающим фактором для увеличения сбыта очищенной
плавиковой кислоты. В то же время анализ текущего состояния рынка
показывает как увеличение спроса на продукт со стороны предприятийпотребителей, так и растущую внутреннюю потребность в кислоте особой
чистоты (ОСЧ) для получения высокоемких конденсаторных порошков,
высокочистого кремния и, наконец, гексафторида урана.
Итак, в Республике Казахстан имеются большие запасы флюорита
CaF2. На базе этого сырья на Ульбинском металлургическом заводе в г.УстьКаменогорске (Восточный Казахстан) налажен промышленный выпуск
фтористоводородной кислоты HF, в перспективе планируется начать выпуск
газообразного фтора. Это позволит развивать химию фтора в Казахстане.
Рассмотрим два примера. Пример первый, наличие фтористоводородной
кислоты или газообразного фтора позволяет синтезировать практически в
неограниченном количестве гексафторид серы (Sulfur Hexafluoride) - SF6 .
Технология производства SF6 достаточно проста и не требует сложного
оборудования. Продукт получается в результате прямой реакции между
расплавленной серой и газообразным фтором, который образуется при
электролизе раствора фтористого калия во фтористоводородной кислоте.
Электролиз идет при температуре 1000 С и напряжении 8-12 в, причем в
качестве анода применяются угольные электроды.
Основная реакция образования целевого продукта SF6:
S + 3 F2  SF6 + 1207 кДж/моль
идет с большим тепловыделением, ввиду этого реактор охлаждается водой.
Наряду с SF6 образуются значительные количества низших фторидов S2F2,
SF2, SF4, S2F10. Первые три соединения легко удаляются щелочным
промыванием, последнее же соединение не гидролизуется, поэтому после
очистки гексафторид серы нагревают до температуры свыше 300 0 С, при этом
происходит реакция:
S2F10  SF4 + SF6 .
После дополнительной системы очистки полученный продукт
собирается в баллоны. Товарный продукт в качестве элегаза (газообразного
диэлектрика) содержит не менее 99,8 % фазы SF6./5/
Гексафторид серы получил широкое применение в реакциях
промышленного органического синтеза и при крекинге нефти, в изделиях
высокотемпературной техники, в производстве полупроводников, получении
и нанесении высокочистых металлов, газовых диэлектриков, как
огнетушащее средство и др. Оценка объема рынка SF6 в Республике
Казахстан
1) Годовые потребности для дозаправки газом электрических
выключателей Национальной компании электрических сетей Республики
Казахстан «KEGOС» - 500 кг;
2) Годовые потребности для дозаправки баковых выключателей,
трансформаторов, конденсаторов гидро- и тепловых станций Республики
Казахстан - 4000 кг;
3) Годовые потребности для производства магния на УстьКаменогорском титано-магниевом комбинате – 20 000 кг;
4) Годовые потребности для нефтегазовой отрасли Республики
Казахстан – 30 000 кг (прогноз).
Таким образом, возможный годовой рынок SF6 в Республике
Казахстан
оценивается в 54500 кг. Прогноз в сторону увеличения
полученной цифры может быть за счет нарождающегося производства
металлического алюминия и изделий из него, увеличения объемов
нефтехимии, возможного производства стеклопакетов и т.д.
Пример второй, роль фтора и его соединений в производстве ядерного
горючего исключительна. Можно смело утверждать, что не будь фтора, в
мире до сих пор не было бы ни одной атомной электростанции, а общее
число исследовательских реакторов нетрудно было бы сосчитать на пальцах.
Общеизвестно, что ядерным горючим может служить не всякий уран, а лишь
некоторые его изотопы, в первую очередь 235U. Нелегко разделять изотопы,
отличающиеся один от другого только числом нейтронов в ядре, причем чем
тяжелее элемент, тем меньше ощущается разница в весе. Разделение
изотопов урана осложняется еще и тем, что почти все современные методы
разделения рассчитаны на газообразные вещества или летучие жидкости.
Уран кипит при температуре около 3500°C. Из каких материалов пришлось
бы изготовить колонны, центрифуги, диафрагмы для разделения изотопов,
если бы пришлось работать с парами урана?! Исключительно летучее
соединение урана – его гексафторид UF6. Он закипает при 56,2°C. Поэтому
разделяют не металлический уран, а гексафториды урана-235 и урана-238.
По химическим свойствам эти вещества, естественно, не отличаются друг от
друга. Процесс разделения их идет на стремительно вращающихся
центрифугах. Разогнанные центробежной силой молекулы гексафторида
урана проходят через мелкопористые перегородки: «легкие» молекулы,
содержащие 235U, проходят сквозь них чуть быстрее «тяжелых». После
разделения гексафторид урана превращают в тетрафторид UF4, а затем и в
металлический уран. Гексафторид урана получают в результате реакции
взаимодействия урана с элементарным фтором, но эта реакция трудно
управляема. Более удобно обрабатывать уран соединениями фтора с другими
галогенами, например СlF3, BrF и BrF6. Получение тетрафторида урана UF4
связано с использованием фтористого водорода. Известно, что в середине
60-х годов в США на производство урана затрачивалось почти 10% всего
фтористого водорода – порядка 20 тыс. т. Процессы производства таких
важных для ядерной техники материалов, как торий, бериллий и цирконий,
также включают в себя фазы получения фтористых соединений этих
элементов./5/ Сейчас фториды широко используются в медицине,
растениеводстве и животноводстве. С ними связывают перспективу лечения
рака и регулирование наследственности, создание мощных психотропных
средств, транквилизаторов и новых антибиотиков. /4/ .
И, наконец,
стекольная, пищевая, нефтяная, атомная, металлургическая, химическая,
авиационная, бумажная – вот далеко не полный перечень тех отраслей
промышленности, где фтористый водород находит самое широкое
применение.
Литература
1. Источник ГНПП «Аэрогеология», Справочник «Минеральные ресурсы
России и других стран СНГ», 1998 г.
2. 2. Справочник по обогащению руд. Обогатительные фабрики / Под ред.
О.С.Богданова. М.: Недра, 1984, 358с.
3. Позин М.Е.: Технология минеральных солей. Л.: Госхимиздат,
1961.1002с.
4. Исикава Н. Новое в технологии соединений фтора. М.: Мир, 1984. 591
с.
5. И.Г.Рысс. Химия фтора и его неорганических соединений, М.
«Госхимиздат», 1956г
АО «Назарбаев Интеллектуальные Школы», г.Усть-каменогорск
Капасова Р.К.,преподаватель химии , УДК 54(07)
Уахитова Салтанат, ученица 11 «J» класса
Методика составления кластеров по узловым
темам химии.
«Партитуру химии надо не просто исполнить, ее
надо сочинить»
Система образования во всем мире переживает
период переосмысления общих целевых установок и средств их достижения.
Очевиден факт, что на смену обществу индустриальному пришло общество
информационных технологий, следовательно, информация стала главным
продуктом цивилизованного общества. Естественно, смена парадигмы
оказывает глубокое влияние на развитие химии, на то, какими категориями
мы мыслим, на то, как мы проводим свои исследования. Поэтому умение
работать с информацией становится жизненно важным для любого человека.
Учебный материал по химии неоднороден по степени обобщенности,
объектам информации и их значимости. Содержание школьного курса можно
представить через систему блоковых понятий: химический элемент,
вещество, химическая реакция и т.д. Причем, каждое из указанных понятий
обогащается по мере изучения химии теоретическими представлениями,
фактами, методами и языком
химической
науки. Химия – наука,
располагающая огромным фактологическим
материалом, и поэтому
успешное усвоение учебного материала зависит от умения классифицировать
вещества и явления, делать обобщения, находить взаимосвязи, использовать
факты как аргумент в ходе доказательства.
Разбивка на кластеры - это педагогический метод, который развивает
вариативность мышления, способность устанавливать связи и отношения
изучаемого понятия (явления, события), помогает учащимся свободно и
открыто думать по поводу какой-либо темы.
Разбивка на кластеры требует выделения лишь тех структур, которые дают
возможность стимулировать размышления о связях между идеями. Это
нелинейная форма мышления.
Она тесно связана с тем, как работает наш мозг. Слово «кластер» означает
пучок, связку. Разбивка на кластеры вызывает свежие ассоциации, дает
доступ к имеющимся знаниям, вовлекает в мыслительный процесс новые
представления по определенной теме. Наиболее целесообразно использовать
разбивку на кластеры до того, как определенная тема будет изучена более
тщательно. Разбивка на кластеры используется как стимул к мышлению
Групповое составление кластера служит в
качестве стержня для идей группы. Разбивка
на кластеры очень проста и легко
запоминается. Последовательность следующая:
1. В центре большого листа бумаги напишите
ключевое слово или предложение;
2. Запишите слова или предложения, которые,
по вашему мнению, связаны с данной темой;
3. Установите подходящие связи между
понятиями и идеями.
Запишите столько вариантов идей, сколько
сумеете, пока не закончится время или пока не
будут исчерпаны все ваши.
4. идеи.
Когда вы в первый раз вводите разбивку на кластеры, выберите такую
схему, которая будет знакома всей группе. В целях демонстрации может
использоваться такая тема, как «Неметаллы VI группы». Например, для
таких понятий как вещество, атом, химическая формула, химическая
реакция, химический элемент, кластер представляет
собой каркас,
креплениями которого являются вопросы: что, где, как, какие, зачем? В
гносеологии принято, если ты хочешь в чем-либо разобраться, что-либо
понять, усвоить самое главное, существенное, то обратись к трем вопросам:
что, зачем и как? Ответы на вопросы будут пронизаны логическими связями,
т.е. переход от одного вопроса к другому выстраивает систему знаний. Кроме
того, кластер имеет внетекстовые компоненты, обобщающие таблицы,
иллюстрации, справочные данные, ориентировочный компонент дается в
виде основных понятий, теорий и законов. На первой створке кластера всегда
располагается ориентированный и пояснительный материал. На второй
створке «полезная информация» - место различного рода консультаций,
пояснений, памяток и т.д. При изучении химических элементов (S, P,
N, O, Ca, Mg, Al, Fe и др.) кластер имеет другую структуру, но понятийный
аппарат и «полезная информация» присутствуют.
Сера. Что это?
В центре листа: Тема одним словом (обычно существительное)
Справа и слева: Описание темы в двух понятиях (два основных понятия)
Верхний и нижний углы справа: Описание свойств и роли элемента в рамках
этой темы (биологическая роль, физические свойства), как простого
вещества.
В центре, выше и ниже темы: Отношение к теме (S-простое вещество),
получение, химические свойства (фрагменты из двух типов взаимодействия,
с простыми и сложными веществами).
Верхний угол слева: Повторение сути темы одним словом (применение).
Центр и нижний угол слева: Описание свойств и роли элемента в рамках этой
темы (положение в периодической системе, строение атома, нахождение в
природе), как химического элемента.
Кластер «Сера»– это графическая организация материала, показывающая
смысловые поля понятия данного элемента.
Некоторые слова кластера тоже можно соединять друг с другом
черточками, иллюстрируя наличие между ними логических связей.
Как работать с кластерами.
Мы предлагаем следующие способы работы учащихся с кластерами:
Составление нового кластера.
Составление краткого рассказа по готовому
использованием слов, входящих в состав кластера.
кластеру
АО «Назарбаев Интеллектуальные школы», г.Усть-Каменогорск
Преподаватель химии Капасова Р.К.,
Учащихся 11 D кл. Жумабаева А.А., Кайсабеков Аян
Термодинамика силикатов лития
УДК 669.884.(574)
На основе расчета и сравнения стандартной средней атомной энергии
Гиббса образования силикатов лития составлен термодинамически
обоснованный ряд
уменьшения их реакционной способности:
кукеит>бикитаит>полилитионит>эвкриптит>тайниолит=сподумен.
Ключевые слова: литий, реакционная способность и средняя атомная
энергии Гиббса образования минералов.
Многообразие процессов, используемых в гидрометаллургии, при
обогащении руд, в химической технологии, в аналитической химии и т.д.,
быстрый прогресс в различных областях науки и техники обусловили
необходимость усиления теоретической подготовки по термодинамике и
кинетике гетерогенных процессов учащихся филиала АО«Назарбаев
Интеллектуальные школы» г.Усть-Каменогорска химико-биологического
направления.
Поиск корреляции между энергией образования силикатов лития и их
химической стойкостью по отношению к кислотным реагентам является
с
актуальной задачей в гидрометаллургии лития, т.к. это позволяет
прогнозировать относительное поведение этих соединений в процессах их
переработки и удешевить процесс вскрытия сырья за счет использования
химически менее стойких силикатов.
В работах [1,2], пользуясь известными из литературы и рассчитанными
значениями энергии Гиббса образования силикатов fG0 , сравнивали
термодинамические характеристики силикатов бериллия (таблица 1) и
установили их связь с реакционной способностью данных силикатов. При
оценке реакционной способности минералов в ряду однотипных веществ
Оспанов Х.К. [1-3], исходил из положения, что минералы бериллия и лития
сильно отличаются по атомному составу. Поэтому он счел целесообразным
пользоваться величинами fG0, отнесенными к числу атомов, из которых
состоит простейшая формула минерала, чтобы говорить о некотором
«среднем» вкладе атомов, т.к. точный вклад каждого из них неизвестен.
Оказалось, что средние атомные энергии Гиббса образования минералов
fG0, выраженные в кДж/мольּатом, закономерно меняются при переходе
от даналита к бериллу.
Таблица 1.Сравнительные данные по извлечению бериллия из
минералов
бериллия
с
различными
термодинамическими
характеристиками
в
раствор
при
обработке
некоторыми
комплексообразующими реагентами [1]
Минера
Формула
л
Даналит
Fe8(BeSiO4)6S2
Гентгельв
ин
Zn8(BeSiO4)6S2
Гельвин
Mn8(BeSiO4)6S2
fG0,
кДж/мо
ль
-f G 0 ,
кДж/мол
ь. г- атом
10420,6
226,5
Степень
извлечения
(%)
НСl
(80900С
)
HF2(800С
)
100
10
0
11075,4
240,7
100
10
0
11322,3
246,1
96
10
0
Бертранди
т
Эвклаз
Фенаки
т
Берилл
4299,3
252,9
12
98
4710,0
261,1
-
-
2030,5
290,0
1-1,5
95-96
н/
1-2
Be4(Si2O7)(OH)2
Al2(Be2Si2O8)(O
H)8
Be2SiO4
Be3Al2 (Si6O18)
8513,0
294,0
р
Примечание. Размер частиц – 0,074 мм, навеска – 20 мг, объем
растворителя – 50 мл
Экспериментальная
проверка
ориентировочной
оценки
последовательности растворения минералов бериллия на основе величин
f G 0 показала, что при кипячении в течение 30 мин в 8%-ном растворе
соляной кислоты извлечение бериллия из минералов при переходе от
даналита к бериллу закономерно уменьшается (табл.1). Следовательно,
изменение степени извлечения бериллия из его силикатов соляной
кислотой при одинаковых условиях в ряду от даналита до берилла и ход
изменений их средней атомной энергии Гиббса совпадают.
Другим
подтверждающим примером может служить проверка степени извлечения
бериллия из вышеуказанных минералов при одинаковых условиях в
растворе бифторида калия в кислой среде (таблица 1).
Таким
образом,
скорость
растворения
минералов
в
комплексообразующих растворах возрастает с увеличением их средней
атомной энергии Гиббса образования. Данный подход мы применили для
силикатов лития, определив величины fG0 с использованием справочных
данных по соответствующим реакциям. [4]
Минерал
Формула
-fG0,
кДж/мол
ь
-f G 0 ,
кДж/мо
ль.
гּ
атом
Содержа
ние Li2O
в
силикат
ах, %
кукеит
LiAl4(Si3O10)(OH)8
6622,7
189,2
0,84,3
бикитаит
LiAl(SiO3)2ּH2О
2656,9
204,4
полилити
о-нит
КLi2Al(Si4O10)F2
5700,6
285,0
эвкрипти
т
Li(AlSiO4)
1998,0
285.4
тайниоли
т
КLiMg2(Si4O10)F2
5738,4
286,9
2,43,8
2869,28
289,9
5,97,6
сподумен
LiAl(Si2O6)
6,5
3,77,7
6,1
Данная закономерность позволяет установить принципиально новый
научно – обоснованный подход к прогнозированию последовательности
перехода минералов из твердой фазы в раствор и подбора оптимальных
условий селективного извлечения различных форм соединений того или
иного элемента из руд. При этом прогнозы опираются на теоретические
оценки учета влияния основных факторов, определяющих направление и
скорость протекающих реакций. Без таких прогнозов невозможно
осуществить последовательное селективное растворение минералов из
многокомпонентных систем. Составленный нами, термодинамически
обоснованный
ряд
силикатов
лития:
кукеит>бикитаит>полилитионит>эвкриптит>тайниолит=сподумен
позволяет повысить экономическую эффективность гидрометаллургии
лития за счет вовлечения в переработку силикатов с промышленно
приемлемым содержанием Li2O, имеющих более высокую реакционную
способность по сравнению с реакционной способностью используемого
сегодня сподумена.
Предложенная Оспановым новая термодинамическая функция –
0
средняя атомная энергия Гиббса  f G демонстрирует не только полезность
использования
принципа
аддитивности
при
определении
термодинамических характеристик, но и позволяет оценить качественные
и количественные различия реакционной способности минералов в ряду
однотипных веществ.
Заключение.
Авторы
благодарны
Х.К.Оспанову
рекомендации, сделанные им при подготовке статьи.
за
ценные
Список литературы.
1. Оспанов Х.К Термодинамика и кинетика гетерогенных
(неравновесных) химических процессов (учебное пособие) Издание 2-е.
Алматы, «Комплекс», 2006г. 335с.
2. Оспанов Х.К. Теория управления физико-химических процессов на
границе раздела фаз и перспективы ее использования. Алматы, 2004 126с.
3. Оспанов Х.К. Физико-химические основы избирательного
растворения минералов. М.: «Недра», 1993 г. 175 с.
4. Карапетьянц М.Х. Введение в теорию химических процессов. М.:
Высшая школа. 1981.С.296-325.
АО «Назарбаев Интеллектуальные Шкоды», г.Усть-Каменогорск
Преподаватель химии КАПАСОВА Р.К.,
Учащихся 11D кл. КАЛИУЛЛАЕВ Б., ЖУМАБАЕВ А.И.
О СОЗДАНИИ ЗАМКНУТОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВНОГО
ЦИКЛА В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН
Восточный Казахстан обладает уникальным геополитическим
месторасположением. Он находится в центре Евразийского континента, на
пересечении четырех больших государств: Монголии, Казахстана, Китая и
России. Интересной особенностью Восточного Казахстана является
возможность наблюдать на этой небольшой территории все виды пейзажа
Центральной Азии. Перед глазами «пробегают» пустынные песчаники,
каньоны, классические степи, лиственные леса, альпийские луга, горы. С
одной стороны, нетронутая цивилизацией природа древнего Юго-Западного
Алтая – Катон-Карагай, и с другой, развитая химическая промышленность
Усть-Каменогорска и ВКО. И где как не у нас, на Востоке, должна была
открыться первая Интеллектуальная Школа для развития региональноориентированного химического образования. Только такая школа сможет
сыграть ключевую роль в дальнейшем развитии экономики региона и
страны, став кузницей кадров химического направления.
Необходимо
сформировать
у
учащихся
профессиональноориентированные знания, тесно связанные с жизнью и социальноэкономическим развитием области и страны. В этом отношении для нас
актуален лозунг Сингапурского политехнического колледжа «Темасек» «Образование в жизнь, а жизнь в образование». Казахстан обладает
богатейшими недрами - руды, содержащие благородные,
редкие и
редкоземельные металлы, полиметаллические руды, нефть, газ, уголь,
строительные материалы, природные сорбенты, имеет налаженное
производство топлива (оксид урана) для ядерных реакторов. Все эти факты
говорят только о том, что Казахстан не должен сидеть на обочине
прогресса, вполне очевидно, что высокотехнологичный сектор экономики
будет наращиваться – кто его будет создавать, обслуживать, выводить на
лидирующие мировые позиции? Казахстану уже недостаточно быть лидером
по запасам сырья, он должен стать поставщиком высокотехнологичной
продукции из собственного сырья. В качестве примера можно сослаться на
то, что Казахстану достался еще и урановый козырь – почти треть мировых
запасов урана. И было бы грешно им не воспользоваться. К тому же 10 тысяч
тонн урана энергетически эквивалентны 100 миллионам тонн нефти.
Впечатляет!? И что мешает нам иметь замкнутый ядерно-топливный цикл?
Нет специалистов, их нужно готовить со школьной скамьи. Создание
регионально-ориентированного
химического
образования
должно
способствовать более действенному изучению химии,
выполнению
совместных и практически значимых проектов с предприятиями отрасли,
научными лабораториями, вузами. Такой опыт будет незабываем для
учащихся, студентов, и послужит фундаментом при выборе профессии,
повысит желание работать на одном из предприятий отрасли.
Без высококвалифицированных кадров вхождение Казахстана в 50
наиболее экономически развитых, конкурентоспособных стран мира
невозможно. В соответствии с этой целью, экономика Казахстана должна
возрасти к 2015 году, как минимум, в два раза. К реализации уже приняты
около 30 прорывных проектов. В свою очередь, это потребует ввода новых
генерирующих мощностей по Республике суммарной мощностью около 2600
МВт (э) до 2015 года с дальнейшим увеличением мощностей на 6000 МВт
(э). А в перспективе планируется увеличить мощности и создать экспортные
запасы электрогенерирующих мощностей до 3500 МВт (э) [1].
Таким образом, открываются широкие возможности для строительства
АЭС в Казахстане, разумеется, в конкурентной борьбе с ТЭС.
Конечно, Казахстан богат и запасами углеводородного сырья, но в
условиях глобализации, когда имеет место международное совместное
использование всех мировых запасов этого сырья (путём купли и продажи),
Казахстан, возможно, придёт к
истощению богатых запасов
углеводородного сырья (нефть и газ) почти одновременно со многими
странами. К тому же запасы углеводородного сырья, включая уголь,
необходимы для быстро развивающейся химической промышленности, для
производства двигательного топлива.
Альтернативы атомной энергетике, не образующей «парниковых
газов», для замещения энергетики на углеводородном топливе нет.
Республика Казахстан располагает, по данным МАГАТЭ, около 19%
всех разведанных мировых запасов природного урана и имеет амбициозные
планы в ближайшие годы стать лидером по его добычи. Разведанные запасы
промышленных категорий (В + С1 + С2) составляют 942 тыс. тонн.
Исходя из графика умеренного роста энергопотребления в Казахстане,
к середине столетия планируется рост электрогенерирующих мощностей в
два раза - 37000 МВт (э), к концу первого столетия - в четыре раза – 74000
МВт (э). При этом мощности АЭС к концу столетия - 22200 МВт (э) составят
30% от всех мощностей станций. А к концу второго столетия происходит
постепенно полная замена всех работающих ТЭС на АЭС. Предполагается,
что мощности всех станций возрастут в два раза по отношению к мощности
станций в конце первого столетия и составят - 148000 МВт (э).
Применение реакторов на быстрых нейтронах позволит использовать
полностью весь природный уран для выработки энергии, включая сырьевой
изотоп 238U, которого содержится 99,3% в природном уране, путём
преобразования 238U в ядерное горючее 239Pu с коэффициентом
воспроизводства ядерного горючего (239Pu) больше единицы (КВ > 1).
Энергетический выход от сырьевых ресурсов урана при использовании
реакторов на быстрых нейтронах (БР) с преобразованием всего сырьевого
изотопа 238U в ядерное горючее 239Pu увеличится примерно в 150 раз
(учитывается также разница в кинетической энергии осколков деления
изотопов 239Pu и 235U). Это составит 1.605.000 ГВт. лет. Это означает, что при
суммарной мощности АЭС с быстрыми реакторами (БР) - 37 ГВт(э), что в два
раза больше существующей в данное время мощности ТЭС в Казахстане,
заложенной в разведанном запасе урана энергии хватит на ~ 43 тысяч лет.
При большей суммарной мощности АЭС с БР 70 ГВт(э) – хватит на 23 тыс.
лет.
Будут также привлекаться к производству энергии природные ресурсы тория.
Торий в ядерном реакторе при радиационном захвате нейтрона может
преобразовываться в отличное ядерное горючее - 233U с коэффициентом
воспроизводства ядерного горючего КВ ≥ 1, даже в легководных реакторах
на тепловых нейтронах.
Таким образом, Казахстан может развивать большую атомную
энергетику с реакторами на быстрых нейтронах на многие тысячелетия с
созданием любых экспортных запасов электрической энергии без
ограничений по ядерным топливным ресурсам.
Заключение:
1. Только реакторы на быстрых нейтронах в будущем позволят
Казахстану использовать эффективно и полностью весь природный уран,
включая основной изотоп 238U,
для производства энергии путём
238
преобразования
U в ядерное горючее 239Pu с коэффициентом
воспроизводства ядерного горючего (239Pu) больше единицы (КВ > 1).
2. Следовательно, Казахстан должен в перспективе ориентироваться
только на замкнутый ядерный топливный цикл.
3. Учитывая отсутствие в Казахстане специальных учебных заведений,
готовящих специалистов для атомной отрасли, необходимо, совместно с
Казахстанским ядерным университетом реализовать программу
специальной подготовки студентов старших курсов таких ВУЗов, как
КазНТУ
имени
К.И.Сатпаева,
ВКГТУ
им.Д.Серикбаева
для
удовлетворения потребности урановой промышленности в профильных
специалистах. Обучение студентов проводить по учебным планам,
включающим дисциплины,
необходимые для будущей успешной
адаптации молодых специалистов на предприятиях отрасли.
Список литературы.
1. АО Казахстанский холдинг по управлению государственными
активами SAMRUK, группа по АО «KEGOK. «Мастер – План развития
электроэнергетической отрасли Республики Казахстан».
2. О.Флинт «Ваши желания и наши условия». www.expert.ru 21.07.2007
3. Е.П. Велихов, В.П. Смирнов «Состояние исследований и
перспективы термоядерной энергетики». Научная сессия общего собрания
РАН. Вестник РАН, 2006, том 76, №5,
Методическое пособие «ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
ПО КРИСТАЛЛОХИМИИ»
ПРЕДИСЛОВИЕ
Данное учебное пособие содержит описание пяти практических работ по
структуре молекул и кристаллов.
Цель данного пособия – помочь школьникам интеллектуальной школы
химико-биологического направления в изучении основ кристаллохимии.
Подобно тому, как обычная химия опирается на строение молекул в газах
или растворах,
так в основе кристаллохимии лежат представления о
строении и специфических свойствах твердых кристаллических веществ.
Показать, как следует применять теоретические знания такого важнейшего
научного понятия, как симметрия при решении олимпиадных задач.
В предлагаемом пособии собрана основная информация, необходимая для
описания
с
позиции
геометрических тел.
симметрии
строения
кристаллов,
молекул,
В каждой из пяти практических работ приведены
необходимый теоретический материал и типовые задания, расположенные в
порядке возрастания трудности.