способ извлечения галлия из растворов при переработке алюминиевого сырья методом спекания

Формула изобретения

Способ извлечения галлия из растворов при переработке алюминийсодержащего сырья методом спекания, включающий получение галлиевого концентрата, его растворение в щелочном растворе и цементацию галлия, отличающийся тем, что галлий извлекается из растворов и пульп непосредственно или после дополнительного выделения из них алюминия карбонизацией сорбцией на компрексообразующем ионите с последующей десорбцией.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидрометаллургии редких элементов и может быть использовано для извлечения галлия из содощелочных и содопоташных растворов, образующихся при переработке бокситов и нефелинов на глинозем методом спекания.

Для промышленного производства галлия используется метод цементации на галламе алюминия. К Недостаткам способа относятся: низкое извлечение галлия (10 - 30%), высокий расход алюминия на цементацию (13 - 40 г/г получаемого галлия), высокая чувствительность к примесному составу исходного раствора.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ извлечения галлия из растворов переработки нефелинового сырья и способ извлечения галлия из растворов переработки бокситов по методу спекания. Оба эти способа отличаются сырьем, основные же технологические приемы практически идентичны. Эта технология заключается в том, что исходные галлийсодержащие растворы подвергаются одно- или двустадийной карбонизации с получением алюмокарбонатного осадка, обогащенного галлием (концентрата). Этот концентрат отфильтровывается, растворяется в щелочи и полученный электролит направляется на извлечение галлия методом цементации. Недостатками способа являются многостадийность процесса; наличие малопроизводительных и трудоемких операций фильтрации больших потоков пульпы; значительные потери галлия в ходе осуществления процесса (сквозное извлечение галлия из растворов в металл 50 - 70%); высокий расход цементирующего металла (алюминия) на извлечении галлия (9 - 13 г на 1 г галлия).

Предлагаемое изобретение направлено на решение следующих задач:

повышение эффективности извлечения галлия из растворов, образующихся при переработке алюминиевого сырья методом спекания;

повышение извлечения галлия из растворов в металл;

снижение расхода алюминия в ходе цементации галлия.

Поставленные задачи достигаются тем, что галлий извлекают из указанных выше технологических растворов или пульп путем сорбции на комплексообразующем ионите, последующей десорбцией галлия кислыми растворами и переработке галлийсодержащих элюатов. Из этих элюатов галлий выделяется в осадок, осадок отфильтровывается и растворяется в щелочи с получением галлиевого электролита, из которого методом цементации или электролиза выделяют металлический галлий.

Сущность способа состоит в том, что извлечение, отделение от примесей и концентрирование галлия из спекательных растворов осуществляется в ходе сорбционного процесса. Из полученных после десорбции обогащенных по галлию и обедненных по примесям элюатов галлий выделяется в осадок известными методами (нейтрализацией щелочными реагентами, электродиализом и т.п.). В отличие от прототипа достигается большее извлечение галлия в концентрат и значительно более высокое его содержание в концентрате.

Экспериментальные данные по реализации предлагаемого способа приводятся в примерах.

Пример 1. Раствор после выделения продукционного гидрата, образующийся при переработке бокситов методом спекания, поташный маточный раствор, образующийся при переработке нефелинов и разбавленный поташный маточник, после дополнительной карбонизации и отделения осадка пропускали через сорбционные колонки, заполненные комплексообразующим ионитом. Объем ионита в каждой колонке - 50 мл, скорость пропускания растворов - 100 мл/ч (2 уд. объема в час). Раствор, вытекающий из колонок (сорбат), собирали и анализировали на содержание галлия, при повышении концентрации галлия в сорбате выше 20 мг/л сорбцию прекращали. Емкость ионита определяли по его извлечению из растворов. Полученные данные приведены в табл. 1.

Как видно из приведенных результатов, во всех случаях извлечение галлия из растворов очень высокое, содержание галлия в сорбатах не превышает 0,015 г/л.

Пример 2. Ионит, насыщенный в условиях примера 1 п. 2 промыли водой и десорбировали в противотоке раствором серной кислоты (концентрацией 100 г/л). После пропускания 1,5 уд. объемов (75 мл) раствора серной кислоты со скоростью 1 уд. объем в час полученный кислый десорбат и ионит анализировали. Результаты опыта приведены в табл. 2.

Из данных табл. 2 следует, что в приведенных условиях достигается высокая степень извлечения галлия в десорбат, значительное отделение галлия от алюминия (соотношение Al₂O₃/Ga в исходном поташном маточнике более 100, а в десорбате - около 4). Отметим также, что сокращение объема галлийсодержащего раствора в результате цикла сорбция-десорбция в 6,7 раза, извлечение Ga в десорбат - 94,7% (из исходного поташного маточника).

Пример 3. Полученный в примере 2 кислый десорбат нейтрализовали раствором щелочи (22 г/л) до pH 6,6. Температура осаждения 60^oC, время 1 ч. Полученный осадок отфильтровывали под вакуумом, промыли водой и растворили (во влажном состоянии) в растворе NaOH концентрацией 300 г/л. Из полученного электролита извлекли галлий цементацией на галламе алюминия (содержание алюминия в галламе 0,4%) в течение 12 ч. Составы образующихся промпродуктов приведены в табл. 3.

Извлечение галлия из десорбата в электролит превысило 99%, а в металл - 98,3%. Содержание галлия в концентрате и соответственно в электролите значительно больше, чем по способу-прототипу, (максимальное содержание Ga в концентрате - 0,23%, а в электролите 0,7 - 1,5 г/л). Расход цементирующего металла (гранулированного алюминия) по предлагаемому способу составил 2,4 г на 1 г получаемого галлия, по прототипу 9 - 13 г/г. Кроме этого, в результате использования более концентрированных по галлию электролитов повышается производительность цементации. Так, по способу-прототипу производительность составляет 1 - 1,5 кг/м²сут, тогда как по предложенному способу - 7-8 кг/м²сут. Сквозное извлечение галлия из исходных растворов в металл, рассчитанное по данным приведенных примеров, превышает 93%, по прототипу - 50 - 70%.

Пример 4. Ионит, насыщенный в условиях примера 1 п. 1, десорбировали серной кислотой, как указано в примере 2, затем осаждали концентрат, растворяли его и цементировали галлий в соответствии с параметрами, приведенными в примере 3. Полученные результаты приведены в табл. 4.

Видно, что и в случае использования маточных растворов от переработки бокситов методом спекания достигаются более высокие показатели процесса извлечения галлия по всем операциям по сравнению с прототипом.

Таким образом, предлагаемый способ извлечения галлия позволяет повысить степень извлечения галлия из технологических растворов; получить более богатые по Ga концентраты; значительно повысить показатели при получении металлического галлия на цементации.