Способ извлечения галлия цементацией на галламе алюминия из щелочно-алюминатных растворов

 

Извлечение галлия цементацией на галламе алюминия из щелочно-алюминатных растворов с введением органических поверхностно-активных веществ за счет повышения извлечения галлия и уменьшения выхода шлама. Сущность: перед цементацией поверхностно-активное вещество обрабатывают в две стадии: на первой щелочным раствором 10-50 г/л Na₂О, на второй - раствором, содержащим 55-230 г/л Na₂О, и выдерживают его 0,5-12 сут при температуре 15-80^oС, цементацию проводят с введением обработанного поверхностно-активного вещества в количестве 10^-5-10^-2г/л.

Изобретение относится к технологии получения галлия и может быть использовано для электрохимического извлечения его из щелочно-алюминатных растворов глиноземных производств. Целью изобретения является повышение эффективности процесса при цементации галлия, что включает повышение степени извлечения галлия из раствора, снижение расхода алюминия на 1 г восстановленного галлия, снижение шламообразования. Поставленная цель достигается тем, что при электрохимическом выделении галлия вводят в количестве 10^-5-10^-2 г/л поверхностно-активное органическое вещество, предварительно обработанное в две стадии, на первой щелочным раствором 10-50 г/л Na₂О, затем раствором, содержащим 55-230 г/л Na₂O, выдерживают его 0,5-12 сут. при температуре 15-80 ^oC. При использовании поверхностно-активных органических веществ в процессе цементации галлия галламой алюминия, по предлагаемому способу, на первой стадии исходное поверхностно-активное органическое вещество растворяют в растворе слабой щелочи 10-50 г/л Na₂O, что способствует набуханию частиц, развертыванию скрученной полимерной молекулы в объеме раствора, что совершенно необходимо для дальнейшей активации с образованием ионогенных органических соединений. При использовании щелочного раствора с концентрацией больше 50 г/л Na₂0 полимерные молекулы не имеют возможности развернуться в объеме раствора, так как оказываются сшитыми ионами натрия и OH^-- группами, что делает невозможным дальнейшую их активацию. При растворении поверхностно-активных органических веществ в щелочном растворе меньше 10 г/л Na₂О функциональные группы полимерных молекул, взаимодействуя друг с другом, образуют еще более длинные цепи, что затрудняет дальнейшую активацию молекул поверхностно-активного органического вещества. При обработке на второй стадии раствором щелочи 55-230 г/л Na₂О, высокомолекулярные поверхностно-активные органические вещества с течением времени подвергаются значительным структурным изменениям, характеризующимся частичной деполимеризацией с образованием ионогенных органических соединений, имеющих несколько гидрофильных групп с высокой полярностью. Известно, что в процессе цементации галлия галламой алюминия быстро образующийся газообразный водород экранирует катодную поверхность, вследствие чего скорость восстановления ионов галлия оказывается чрезвычайно малой, а расход алюминия может в 100 и более раз превышать рассчитанный по стехиометрии реакции: Ga(OH)^-₄+Al°→ AlO^-₂+Ga°+2H₂O Ведение цементации в присутствии ионогенных органических веществ, полученных в результате активации поверхностно-активного органического вещества, приводит к адсорбции их на катодных участках галламы алюминия и образованию с галлием промежуточных комплексов типа Ga(OH)^-₄ (раствор) - активированное поверхностно-активное органическое вещество 3е(Ga°) (галлама), в которых ионогенные органические соединения активированного поверхностно-активного органического вещества играют роль электронного мостика и облегчают разряд галлия из раствора в галламу, следствием чего является повышение степени извлечения галлия из раствора, рациональное расходование цементирующего агента, т. е. снижение расхода алюминия на 1 г восстановленного галлия, уменьшение количества шлама. Это обуславливает повышение эффективности процесса цементации. Активация поверхностно-активного органического вещества зависит от времени выдержки раствора, температуры обработки, щелочности раствора-активатора, концентрации поверхностно-активного органического вещества. При проведении активации поверхностно-активного органического вещества меньше 0,5 сут процесс деполимеризации проходит в малой степени, концентрация полярных гидрофильных групп низка, и как следствие концентрация электронных мостиков, связывающих галлий в растворе и галламе ничтожно, что вызывает снижение степени извлечения галлия, увеличение расхода алюминия на 1 г восстановленного галлия. Увеличение времени выдержки больше 12 сут приводит к полной деполимеризации поверхностно-активных органических веществ, а образующиеся соединения теряют способность к адсорбции на катодных участках галламы алюминия, и не могут служить связующим мостиком между галлием в растворе и галламе, что вызывает снижение степени извлечения галлия из раствора и увеличение расхода алюминия на 1 г восстановленного галлия, что приводит к снижению эффективности процесса цементации. При активации поверхностно-активного органического вещества при температуре ниже 15^oС деполимеризация не проходит, возрастает вязкость раствора, что снижает степень извлечения галлия, увеличивает расход алюминия, т.е. ухудшает показатели эффективности процесса. Активация поверхностно-активного органического вещества при температуре выше 80^oС приводит к полному разложению полимеров с потерей способности к адсорбции на поверхности галламы, что вызывает снижение степени извлечения галлия и увеличения расхода алюминия. При активации поверхностно-активного органического вещества в растворе щелочи ниже 55 г/л Na₂О деполимеризация поверхностно-активного органического вещества не происходит, возрастает вязкость раствора, что увеличивает расход алюминия, снижает степень извлечения галлия из раствора, что ухудшает эффективность процесса цементации. При активации поверхностно-активного органического вещества в растворе щелочи выше 230 г/л Na₂О происходит блокировка полярных гидрофильных групп Na⁺ или ОН^- группами, что не позволяет активированной частице служить электронным мостиком в процессе цементации. Это вызывает снижение степени извлечения галлия из раствора, возрастание расхода алюминия, что снижает эффективность процесса цементации. Применение концентрации поверхностно-активного органического вещества ниже 10^-5 г/л препятствует созданию достаточного количества промежуточных комплексов Ga(OH)^-₄ (раствор) активированное поверхностно-активное органическое вещество 3е(Gа^o) (галлама), что не позволяет достичь поставленной цели. Применение концентрации поверхностно-активного органического вещества выше, чем 10^-2 г/л вызывает мицеллообразование, и в результате связывание части противоионов, участвующих в переносе зарядов, т.е. снижается электропроводность раствора, что приводит к резкому ухудшению показателей процесса цементации. Таким образом, использование предлагаемого приема электрохимического извлечения галлия из щелочно-алюминатных растворов путем использования активированного поверхностно-активного органического вещества, обеспечивает достижение неожиданного эффекта и проявление новых свойств исследуемого объекта, отсутствующих в известных аналогичных способах. Пример 1. 0,025 г Алклара растворили в 100 мл 50 г/л Na₂0, прилили в раствор, содержащий 55 г/л Na₂0, и выдерживали при 15^oС в течение 2 суток. Полученный раствор с активированным Алкларом ввели в раствор состава, г/л: Na₂О 203,1; Gа 0,23. Содержание Алклара 10^-4 г/л. Провели цементацию на 0,5 галламе алюминия из 0,2 л раствора. Время разложения галламы 15 мин, степень извлечения галлия 83% количество шлама 0,3 л, расход алюминия 7,5 г на 1 г восстановленного галлия. П р и м е р 2. 0,025 г Престола растворили в 100 мл 10 г/л Na₂О, прилили в раствор, содержащий 100 г/л Na₂О и выдерживали при 20^oС в течение 1 суток. Полученный раствор с активированным Престолом ввели в раствор состава, г/л: Na₂О 203,1; Ga 0,23. Содержание Престола 10^-3 г/л. Провели цементацию на 0,5% галламе алюминий из 0,2 л раствора. Время разложения галламы 15 мин, степень извлечения галлия 90% количество шлама 0,35 г, расход алюминия 9,2 г на 1 г восстановленного галлия. П р и м е р 3. 0,025 г полиакриламида растворили в 100 мл 50 г/л Na₂0, прилили в раствор, содержащий 100 г/л Na₂О и выдерживали при 80^oС в течение 0,5 суток. Полученный раствор с активированным полиакриламидом ввели в раствор состава, г/л: Na₂О 203,1; Ga 0,23. Содержание полиакриламида 10^-2 г/л. Провели цементацию на 0,5% галламе алюминия из 0,2 л раствора. Время разложения галламы 15 мин, степень извлечения галлия 96,2% количество шлама 0,3 г, расход алюминия 8,4 г на 1 г восстановленного галлия. П р и м е р 4. 0,025 л Алклара растворили в 100 мл 15 г/л Na₂О, прилили в раствор, содержащий 209,З г/л Na₂О и выдерживали при температуре 20^oС в течение 1 суток. Полученный раствор с активированным Алкларом ввели в раствор, состава. г/л: Na₂О 209,3; Al₂O₃ 87,65; Fe₂О₃ 0,0156; S₂O²₃^- 2,24; SO²₃^- 0,126; S^2- следы: С_орг 2,08; Са 0,18. Содержание Алклара 5,7. 10^-4 г/л. Провели цементацию на 0,5% галламе алюминия из 0,5 л раствора. Время разложения галламы алюминия 40 мин, степень извлечения галлия 51,1% количество шлама 0,79 г, расход алюминия 32,6 г на 1 г восстановленного галлия. П р и м е р 5. 0,025 г Алклара растворили в 15 г/л Na₂О, прилили в раствор, содержащий 209,3 г/л Na₂О и выдерживали при температуре 20^oС в течение 2 суток. Полученный раствор активированного Алклара ввели в раствор состава. г/л: Na₂О 209,3; Al₂O₃ 87,65; Fe₂О₃ 0,0156; S₂O²₃^- 2,24; SO²₃^- 0,126; S^2- следы; С_орг 2,08; Ga 0,18. Содержание Алклара 1,43 10^-3 г/л. Провели цементацию на 0,5% галламе алюминия из 0,5 л раствора. Время разложения галламы алюминия 40 мин, степень извлечения галлия 61,1% количество шлама 0,59 г, расход алюминия 27,3 г на 1 г восстановленного галлия. П р и м е р 6. 5 г Алклара растворили в 10 л раствора 10 г/л Na₂О, прилили в раствор, содержащий 215,6 г/л Na₂O и выдерживали при температуре 35^oС в течение 12 суток. Полученный раствор с активированным Алкларом ввели в раствор состава. г/л: Na₂О 0,215; Al₂O₃ 68,0; S^2- 0,064; S₂O²₃^- 2,48; Fe₂O₃ 0,0116; С_орг 2,08; Ga 0,22. Содержание Алклара 4,3·10^-4 г/л. Провели цементацию на 0,4% галламе алюминия из 2,5 м³ раствора. Съем галлия 675 г/сут, выход шлама 63% расход алюминия 27,6 кг на 1 кг восстановленного галлия. П р и м е р 7. 15 г Алклара растворили в 30 л 50 г/л Na₂О прилили в раствор, содержащий 230 г/л Na₂О и выдерживали при температуре 65^o в течение 6 суток. Полученный раствор с активированным Алкларом ввели в раствор состава, г/л: Na₂О 203; SO²₃^- 8,3; С_орг 8,7. Содержание Алклара 10^-5 г/л. Провели цементацию в течение 6 суток на 0,3% галламе алюминия при протоке раствора со скоростью 1 м³/ч через 3 аппарата объемом 2,5 м³. Удельный съем галлия с аппарата 280 г/м²сут, выход шлама 92% расход алюминия 22,5 кг на 1 кг восстановленного галлия. П р и м е р 8. 15 г Алклара растворили в 30 л 50 г/л Na₂О прилили в раствор, содержащий 230 г/л Na₂O и выдерживали при температуре 25^o в течение 12 суток. Полученный раствор с активированным Алкларом ввели в раствор состава, г/л: Na₂O 203; SO²₃^- 8,2; С_орг 8,7. Содержание Алклара 3,3 10^-5 г/л. Провели цементацию в течение 6 суток на 0,3% галламе алюминия при протоке раствора со скоростью 1 м³/ч через 3 аппарата объемом 2,5 м³. Удельный съем галлия с аппарата 285 г/м³сут, выход шлама 81 расход алюминия 21,6 кг на 1 кг восстановленного галлия.

Формула изобретения

Способ извлечения галлия цементацией на галламе алюминия из щелочно-алюминатных растворов, включающий введение органических поверхностно-активных веществ, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет повышения извлечения галлия и уменьшения выхода шлама и расход алюминия, перед цементацией поверхностно-активное вещество обрабатывают в две стадии: на первой щелочным раствором с содержанием 10-50 г/л Na₂0, на второй раствором, содержащим 55-230 г/л Na₂О и выдерживают его 0,5-12 суток при температуре 15 80^oС, цементацию проводят с введением обработанного поверхностно-активного вещества в количестве 10^-5 10^-2 г/л.