Способ переработки галлийсодержащих щелочных растворов

НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО ПРИ КАБИНЕТЕ МИНИСТРОВ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится К области цветной металлургии и может быть использовано при переработке щелочнь 1 х галлийсодержащих растворов глиноземного производства для очистки и концентрирования галлия в продукт.Целью изобретения является экономия реагентов,упрощение процесса, возможность концентрирования галлия в чистый по примесям щелочной галлатнь 1 й раствор.Способ переработки галлийсодержащих щелочных растворов включает нейтрализацию с получением концентрированного по галлию продукта. Процесс ведут в трехкамерном электролизере при плотности тока 100- 700 А/М 2 с непрерывной подачей в катодную камеру щелочного галлийсодержащего раствора при расходе тока 1 -10 А. часов на 1 л. галлийсодержащего раствора,в анодную камеру - раствора соли щелочного металла,в среднюю - слабого раствора гидроксида щелочного металла. Среднюю камеру отделяют от катодной анионообменной мембраной, а от анодной катионообменной.Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при переработке щелочных галлийсодержащих растворов глиноземного производства для очистки и концентрирования галлия в продукт.Известно, что в основе существующих способов получения галлия из алюминатнь 1 х растворов и содопродуктов глиноземного производства лежит либо процесс двухстадийной карбонизации с выделением на второй стадии алюмокарбонатного галлийсодержащего осадка с последующим его растворением в щелочи и электрическим восстановлением галлия , либо непосредственное -восстановление галлия электрохимическими методами из промышленных алюмогаллатнь 1 х растворов, подвергнутых специальной подготовке с Целью очистки от примесей.Так, в способе /1/ переработку галлийсодержащих щелочных растворов осуществляют путем введения в раствор СО, с осаждением части галлия с гидроксидомалюминия, а затем при добавлении а раствор бикарбоната натрия для осаждения галлия и получения галлиевого концентрата.К недостаткам указанного способа следует отнести потери галлия с содо-бикарбонатным раствором (1520) и высокую материалоемкость процесса карбонизации алюмощелочного раствора, обусловленную значительным расходом углекислого газа и дополнительным вводом в перерабатываемый раствор бикарбоната натрия.По способам (2,3) растворы перерабатывают путем введения углекислого газа до образования в растворе бикарбоната и дополнительного ввода в полученный раствор алюмината натрия с последующим извлечением из него галлия в виде галлиевого концентрата.Однако, несмотря на некоторое повышение в степени извлечения галлия в раствор (87-90), содержание последнего в алюмокарбонатном осадке не увеличивается из-за соосаждения с ним алюминия Кроме того, как ив предыдущем способе, имеет место повышенный расход реагентов (СО 2, алюминат натрия), при осуществлении Двухстадийной карбонизации.Известен также способ переработки галлийсодержащих щелочных растворов (4), включающий нейтрализацию растворов - двустадийную карбонизацию с получением концентрированного по галлию продукта и последующую его многократную обработку раствором каустической щелочи и электрохимическое восстановление галлия.Недостатком данного способа являются следующие- потребление в значительном количестве углекислого газа, пара и каустической щелочи при многократной обработке алюмокарбанатного осадка - концентрата га 1 шия.При получении 1 кг. технического галлия необходимо затратить- 2,5 - 3 тыс.м 3 12 - 14 СО 2 или-1 т углекислоты для одной стадии карбонизации, при двустадийном процессе- каустической щелочи около 0,25 т в перерасчете на 100 ЫаОН для вскрытия концентрата известим 0,2 т СаОш и пара-1 Гкал.Экономия реагентов упрощение процесса и возможность концентрирования галлия в чистый по примесям щелочной галлатный раствор.Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки галлийсодержащих щелочных растворов,включающем нейтрализацию с получением концентрированного по галлию продукта процесс ведут в трехкамерном электролизере, при плотности тока 100-700 А/м 2 с непрерывной подачей в катодную камеру щелочного галлийсодержащего раствора при расходе тока 1 - 10 А.часов на 1 л галлийсодержащего раствора,в анодную камеру - раствора соли щелочного металла,в среднюю слабого раствора гидроксида щелочного металла, при этом среднюю камеру отделяют от катодной анионообменной мембраной, а от анодной катионообменной.При прохождении через данную электродно-мембранную систему постоянного электрического тока плотностью в пределах 100 - 700 А/м 2 а через катодную камеру непрерывного потока щелочного галийсодержащего раствора при расходе тока, 1 - 10 А/часов на 1 литр перерабатываемого раствора, ани Са(ОН)4 , А 1 (ОН) 4 из катодной камеры поступают в среднюю, В катодной камере идет восстановление катионов (Ре, Си и др.), т.е. происходит очистка щелочного галатного раствора в средней камере от примесей. В то же самое время катионы На , К из анодной камеры поступают в среднюю, идет процесс регенерации щелочи в средней камере.Таким образом, а средней камере получаем очищенный от примесей щелочной алюмогаллатный раствор, пригодный для электрохимического восстановления гадшия. Частично перешедший вместе с4 галлием алюминий не влияет на процесс электрохимического восстановления галлия.Если расход тока меньше 1 А, часа на 1 л перерабатываемого галлийсодержащего раствора, то ввиду меньшего радиуса А 1 (ОН) 4 в сравнении с ионами 6 а(ОН) 4 и более высокой концентрации алюминат-ионов в щелочном галлатном растворе,преимущественно они будут мигрировать в среднюю камеру. Галлат-ион в этом случае при более медленной скорости диффузии малоподвижен. Концентрация галлия в средней камере незначительна, процесс в целом нерентабелен.При расходе тока более 10 А.час на 1 л перерабать 1 ваемого щелочного галлийсодержащего раствора,возникает градиент концентрации по обе стороны аниобменной мембраны (между катодной И средней камерами). В результате увеличивается доля обратном диффузии галлатионов. Концентрация галлия в средней камере мала. Процесс не эффективен.Если плотность тока более 700 А/м 2 , увеличивается скорость диффузии алюминат-ионов из глубины раствора в околомембранный слой, что ведет к увеличению в этом слое концентрации алюминат-ионов,которые экранируют поверхность мембраны,увеличивают ее удельное сопротивние. Это приводит к нарушению селективности мембраны, снижается перенос галлат-ионов из катодной камеры в среднюю. Кроме того, возрастает удельный расход электроэнергии,снижается концентрация галлия в средней камере, что снижает возможность концентрирования галлия в продукт.При плотности тока не менее 100 А/м 2 , подвижность галлат- и алюминат-ионов снижена, вследствие чего миграция в среднюю камеру затруднена и концентрация галлия в этом случае ничтожна, что препятствует концентрированию галлия в продукт,возрастает удельный расход электроэнергии.Примеры осуществления способа. Пример 1 Электролиз вели в трехкамерном электролизере с разделяющей катионообменной мембраной анодную и среднюю камеры и анионообменной -среднюю и катодную. Катод выполнен из нержавеющей стали, анод из свинца. В качестве католита использовали промь 1 шленный раствор следующего состава, г/л 11 а 2 Оку-17011 а 2 Ообщ- 220 А 1 -25,8 Оа- 0,3 Ре - 0,017 С от - 3 , 13.Анолитом служил насыщенный раствор сульфата натрия. В среднюю камеру помещали слабощелочной раствор (ЫаОН- 10 г/л.). Величина тока составляла 3 ,5 А,напряжения - 4,9 В , скорость протока раствора 1,4 л/час Расход тока составил 2,5 А.часа на 1 л раствора при 30 извлечения галлия его концентрации в средней камере за 3 паса работы электролизера составит 0,378 г/л.Вместе с галлием в среднюю камеру перешел алюминий его концентрация составила 23,2 г/л.Полученный в средней камере щелочной галлатноалюминатный раствор направляли на процесс электрохимического восстановления галлия. При этом5 степень восстановления составила 99,5 - 99,7. В таблице приведены примеры осуществления данного способа при различных условиях. Во всех случаях опыт вели 3 часа. Таким образом,в сравнении с прототипом использование предлагаемого способа позволяет- полностью исключить расход углекислоты и извести- сократить расход каустической щелочи в 50 - 100 раз- упростить процесс извлечения галлия за счетСкорость протока раствора л/ЧИСКЛЮЧСНИЯ ОПСрЭЦИЙ карбонизации И рЗСТВОрСНИЯ ГЭЛЛИСВОГО КОНЦСНТрЭТЗ- ПОЛУЧИТЬ ЧИСТЫЙ ПО ПрИМССЯМ галлатный ЩСЛОЧНОЙ раствор, ПрИГОДНЫЙ ДЛЯ НСПОСрСДСТВСННОГО восстановления галлия ЭЛСКТрОХИМИЧбСКИМИ МСТОДЗМИ.Концентра ция Са в растворе,г/лСпособ переработки галлийсодержащих щелочных растворов, включающий нейтрализацию с получением концентрированного по галлию продукта,отличающийся тем, что с целью экономии реагентов,упрощения процесса, возможности концентрирования галлия в ЧИСТЫЙ по примесям щелочной галлатный раствор, процесс ведут в трехкамерном электролизерепри плотности тока 100-700 А/м 2 с непрерывной подачей в катодную камеру щелочного галлийсодержащего раствора при расходе тока 1-10 А. часов на 1 л галлийсодержащего раствора, в анодную камеру раствора соли щелочного металла, в среднюю - слабого раствора гидроксида щелочного металла, при этомсреднюю камеру отделяют от катодной анионообменной мембраной,а от анодной катионообменной.Составитель Г Мельникова Верстка МП КРИЦ, исполнитель Т.В.Медведева Ответственный за выпуск Э.3. Фаизова