способ извлечения галлия из поташного маточного раствора

Формула изобретения

1. Способ извлечения галлия из поташного маточного раствора, получаемого при производстве глинозема из нефелина, включающий разбавление и карбонизацию раствора с получением пульпы, состоящей из галлийсодержащего осадка и бикарбонатного раствора, нейтрализацию пульпы маточным раствором, ее фильтрование, промывку отфильтрованного осадка, растворение промытого осадка каустическим раствором, отличающийся тем, что промывку отфильтрованного осадка проводят методом вытеснения до содержания бикарбоната натрия в конечной промводе 0,1 - 3,0 г/л с использованием в качестве промывной жидкости щелочного раствора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве промывной жидкости используют каустический раствор с концентрацией Na₂O_ку 150 - 200 г/л.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве промывной жидкости используют щелочно-алюминатный раствор глиноземного производства с концентрацией Na₂O_ку 1 - 15 г/л, при этом промывку ведут в течение 1 - 40 мин с последующей продувкой осадка сжатым газом до влажности 40 - 65% и возвратом промводы на разбавление поташного маточника либо на приготовление спекательной шихты в глиноземном.

4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что промводу используют многократно до максимального ее насыщения по Na₂CO₃.

5. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что фильтрование и промывку осадка ведут под давлением выше атмосферного, исключая его растрескивание.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу извлечения галлия из алюмокарбонатного осадка, получаемого при карбонизации маточных поташных растворов, получаемых при комплексной переработке нефелинового сырья.

Известен способ получения чернового галлия [1], включающий разбавление и карбонизацию поташного маточника содового производства с получением галлийсодержащего осадка и бикарбонатного раствора, нейтрализацию пульпы маточным раствором и ее фильтрование, растворение отфильтрованного осадка каустическим раствором, контрольное осветление раствора и электрохимическое восстановление из него галлия. В данном способе отсутствует промывка осадка и это является основным его недостатком, из-за чего неизбежен повышенный расход каустического раствора при растворении осадка и алюминия при цементации. Достоинством способа является простота технологической схемы с использованием минимального количества аппаратуры.

Известен способ переработки алюминатно-щелочных растворов [2], включающий двухстадийную карбонизацию растворов с получением на второй стадии преимущественно галлийсодержащего осадка и бикарбонатного раствора. Осадок фильтруется и промывается водой, а затем после смешения с раствором, содержащим каустическую щелочь, растворяется при температуре 60 - 200^oC. Обогащенный галлийсодержащий раствор перед упариванием фильтруется, чтобы отделить нерастворившийся осадок гидроокиси Al, и затем смешивается с бикарбонатным раствором второй стадии карбонизации. После упаривания, выделения соды и поташа маточный раствор вновь подвергается карбонизации с получением осадка - концентрата галлия и бикарбонатного раствора. Отфильтрованный и промытый водой концентрат является обогащенным электролитом для получения чернового галлия цементацией.

Основными недостатками способа является сложность схемы получения концентрата, включающая две стадии выделения галлийсодержащего осадка, три фильтрации и столько же промывок. Поэтому можно ожидать увеличение расхода воды на промывку осадка и, как следствие, больше потребуется тепла на ее упаривание. Однако ведение промывки является одновременно и достоинством способа, так как позволяет получать галлийсодержащий осадок с минимальным количеством бикарбоната и, следовательно, меньше будет расходоваться каустика на его нейтрализацию и растворение осадка.

Данный способ по основному признаку, связанному с промывкой галлийсодержащего алюмокарбонатного осадка, принят за прототип.

Технической задачей изобретения является снижение расхода каустического раствора при растворении осадка - концентрата галлия за счет организации его промывки методом вытеснения и получения более концентрированного по галлию электролита.

В предлагаемом способе извлечения галлия из поташного маточного раствора, получаемого при производстве глинозема из нефелина, включающем разбавление и карбонизацию раствора с получением пульпы, состоящей из галлийсодержащего осадка и бикарбонатного раствора, нейтрализацию пульпы маточным раствором и ее фильтрование, промывку отфильтрованного осадка, растворение промытого осадка каустическим раствором, промывку отфильтрованного осадка проводят методом вытеснения до содержания бикарбоната натрия в конечной промводе 0,1 - 3 г/л с использованием в качестве промывной жидкости щелочного раствора.

В качестве щелочного раствора используют каустический раствор с концентрацией Na₂O_ку = 150 - 200 г/л. В варианте осуществления способа в качестве щелочного раствора используют щелочно-алюминатный раствор глиноземного производства с концентрацией Na₂O_ку = 1 - 15 г/л, при этом промывку ведут в течение 1 - 40 мин с последующей продувкой осадка сжатым газом до влажности 40 - 65% и возвратом промводы либо на разбавление поташного маточника, либо на приготовление спекательной шихты в глиноземном производстве. Промывку используют многократно для максимального ее насыщения Na₂CO₃. Фильтрование и промывку осадка ведут под давлением выше атмосферного, не допуская его растрескивания.

Благодаря промывке осадка методом вытеснения, т.е. в сформированном на фильтре слое, не потребуется установка дополнительного оборудования - мешалок для репульпации осадка с промводой и фильтров для фильтрования репульпированной пульпы.

Необходимое количество отмывки осадка, прежде всего, от бикарбоната натрия - NaHCO₃ в пределах 3 - 0,1 г/л в конечной промводе достигается за счет изменения продолжительности промывки соответственно 1 - 40 мин, а также наличия каустической щелочи в промводе. Благодаря последней происходит взаимодействие по реакции:

NaHCO₃ + NaOH = Na₂CO₃ + H₂O

В случае использования промводы, например, от промывки гидроксида алюминия, в которой концентрация каустической щелочи обычно не превышает 15 г/л, не будет происходить растворение галлийсодержащего осадка - Ga(OH)₃, а лишь регенерироваться NaHCO₃. В случае использования крепкого каустического раствора продолжительность промывки должна быть минимальной, достаточной лишь для вытеснения маточного раствора из пор слоя. Затем осадок без отделения замещенного в порах слоя раствора направляют на растворение каустическим раствором той же концентрации.

При проведении промывки осадка на фильтре важно, чтобы осадок не растрескивался. Последнее достигается на фильтрах, работающих под давлением, превышающем атмосферное, при последовательном и без интервалов переходе от операции фильтрования к промывке методом вытеснения.

Сущность способа и выбор оптимального режима показаны на примере фильтрования алюмокарбонатного осадка и его промывки в слое, либо нагретыми каустическим раствором, либо промводой от промывки гидрата при различной продолжительности промывки.

Пример. Испытания проводились на пульпе после разбавления и карбонизации поташного маточника содового производства, последующей нейтрализации маточным раствором с получением галлийсодержащего осадка состава, %: Ga 0,13; Al₂O₃ 21,93; Na₂O 2,05; K₂O 37,2; MgO 0,2; CaO 0,14; SiO₂ 0,06; ППП 24,8; влага 42; и бикарбонатного раствора, г/л: Na₂O_о 209,25; NaHCO₃ 17,18; Ga 0,01. Затем пульпу фильтровали на камерном фильтр-прессе (P_ф = 5 бар, t₀ = 80^oC), а нафильтрованный осадок толщиной 43 мм промывали на фильтре. В отдельных опытах промывку вели либо каустическим раствором (Na₂O_о 189,9 г/л, Na₂O_ку 147,3 г/л) при t_пр = 70^oC; P_пр = 3 бар, меняя продолжительность _пр. от 0,5 до 5 мин, либо промводой от промывки гидрата (Na₂O_об 15 г/л, Na₂O_ку 10 г/л при _пр. в пределах 0,5 - 50 мин. После промывки в случае применения слабой промводы осадок продувался сжатым воздухом в течение 1 мин. В процессе промывки и после продувки производится отбор проб фильтрата на определение концентрации Na₂O_о, Na₂O_бкб, Na₂O_ку, Al₂O₃ осадка на влажность. Полученный осадок растворялся каустическим раствором (Na₂O_о 189,9 г/л, Na₂O_ку 147,3 г/л, Al₂O₃ 0,38 г/л, Ga 0,021 г/л) и затем раствор после контрольного осветления подвергался электрохимическому восстановлению галлия.

Результаты испытаний приведены ниже в таблице.

Как видно из таблицы, оптимальная продолжительность промывки в случае применения каустического раствора составляет примерно 2 - 3 мин; до 2 минут не успевает достаточно отмыться бикарбонат натрия, а более 34 минут начинает растворяться осадок (в фильтрате появляется Al₂O₃).

В случае применения слабой промводы продолжительность промывки должна быть не менее 3 минут.

При длительной промывке целесообразно использовать конечный фильтрат многократно, чтобы не увеличивать расход промводы. Так в оп.3.1 после 3 мин прямоточной промывки конечный фильтрат многократно пропускался через осадок в течение 18 мин ( 21 мин ). В результате концентрация NaHCO₃ = 3 г/л была достигнута при расходе промводы 3,2 л/кг.