Способ извлечения галлия из анодного осадка при производстве алюминия

 

Изобретение относится к извлечению галлия, в частности способу извлечения галлия из анодного осадка при производстве алюминия, включающему выщелачивание галлия щелочным раствором при температуре 100^oС и последующее выделение галлия из раствора. Сущность: выщелачивание проводят при давлении 1,5-4,5 атм., с подачей воздуха со скоростью 240-280 л/час.

Изобретение относится к металлургии редких металлов, в частности, к получению галлия, и может быть использовано при переработке анодных осадков, образующихся при производстве алюминия высокой чистоты.

Известен способ переработки галлий содержащих шламов, предусматривающий выщелачивание шлама щелочью с продувкой воздухом и введением за 0,25-0,5ч до окончания процесса продувки полиакриламида в количестве 2-10 мг/л [1] Недостатком известного способа является тот факт, что глубокое извлечение галлия может быть обеспечено при переработке шламов, содержащих не менее 90 галлия. В случае переработки бедных шламов (содержание галлия не превышает 0,3-0,4), в частности, анодных осадков, невозможно обеспечить удовлетворительного вскрытия галлия.

Наиболее близким техническим решением является способ извлечения галлия из галлий содержащих продуктов выщелачиванием щелочью (25 раствор) при температуре до 100^oС [2] Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает высокого извлечения галлия из бедных по галлию (до 0,4) и богатых по меди (до 30 ) анодных осадков производства алюминия высокой чистоты (АВЧ), а его применение возможно только для богатых по галлию c не менее 90) осадкам. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Целью изобретения является повышение степени извлечения галлия и сокращение продолжительности процесcа.

Поставленная цель доcтигается тем, что выщелачивание проводят при давлении 1,5-4,5 атм. температуре 100^oС и подаче в систему воздуха со скоростью 240-280 л/час. Сущность способа заключается в следующем. В анодном осадке производства АВЧ галлий находится не в виде самостоятельной фазы, а образует различные химические соединения и на их основе твердые растворы с алюминием, медью, железом и кремнием. Чтобы обеспечить полное извлечение галлия в раствор, необходимо окислить все составляющие сплава. Это достигается при пропускании через систему воздуха под давлением 1,5-4,5 атм. и температуре пульпы 100^oС. При повышении давления в системе увеличивается растворимость кислорода воздуха в щелочном растворе, что, наряду с повышенной температурой, ускоряет процесс окисления компонентов анодного осадка, а это способствует росту степени извлечения галлия и снижению продолжительности передела вскрытия.

Если в щелочной раствор (250 г/л) подавать воздух при температуре 70-90^oС и нормальном давлении в количестве 240 л/час и более, степень извлечения галлия не превышает 80 Это связано с тем, что в этих условиях окисляется только алюминий содержащая фаза, в то же время фазы, содержащие медь и железо, не окисляются, что и объясняет низкое извлечение в раствор галлия. Повышение температуры до 100^oС и давления в автоклаве до 4,5 атм. при продувке пульпы воздухом обеспечивает переход в раствор галлия до 98 Увеличение расхода воздуха до 280 л/час и температуры до 110^oС нецелесообразно, т.к. в этом случае степень извлечения галлия не возрастает, но повышается глубина окисления таких составляющих сплава как железо, медь, кремний, которые, перейдя в раствор, осложняют процесс цементационного выделения галлия в металлическую фазу известным способом.

В заявляемом способе процесс выщелачивания проводят при давлении в автоклаве 1,5-4,5 атм. В случае выщелачивания анодного осадка при давлении ниже 1,5 атм. степень извлечения галлия невысока (до 80) вследствие недостаточного окисления компонентов анодного осадка. При температуре пульпы 100^oС и давлении 4,5 атм. степень извлечения галлия достигает 98 Увеличение давления выше 4,5 атм. и температуры выше 100^oС нецелесообразно, т.к. в щелочной раствор переходит больше железа и кремния, что приводит к образованию шлама на галламе и осложняет процесс выделения галлия.

Сравнительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается от известного тем, что процесс извлечения из галлий содержащего анодного осадка ведут при повышенной температуре и давлении и пропускании через автоклав воздуха. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна". Извеcтно техническое решение, в котором извлечение галлия из анодного осадка проводят в щелочном растворе с применением предварительного высокотемпературного обжига исходного сырья. Известное техническое решение имеет ряд недостатков: длительность предварительного обжига, недостаточно высокое извлечение алюминия в раствор, степень извлечения галлия из обожженного продукта не превышает 90 Эти недостатки в заявляемом способе устранены. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию изобретения "существенные отличия".

Пример 1. Анодный осадок (галлий содержащий продукт), содержащий, 0,3Ga, 50Al, 10Fe, 26,7Cu, 13Si, растворяют в литре 25 раствора NaOH в автоклаве при давлении 1,5 атм. и температуре 100^oС. В систему подают воздух со скоростью 280 л/час. Процесс длится 2,5 часа. Навеска осадка 100 г. Степень извлечения галлия составляет 92-95 Пример 2. Анодный осадок, состав которого указан в примере 1, в количестве 100 г растворяют в 1 л 25NaOH в автоклаве при давлении 4,5 атм. и температуре 100^oС. В систему подают воздух со скоростью 280 л/час. Процесс выщелачивания продолжается 2,5 часа. Степень извлечения галлия составляет 95-98 Пример 3. Анодный осадок (состав указан в примере 1) в количестве 100 г растворяют в 1 л 25 NaOH в автоклаве при давлении 1,5 атм. и температуре 90^oС. Скорость подачи воздуха в систему составляет 100 л/час. Продолжительность процесса 2,5 часа. Степень вскрытия галлия равна 75 Пример 4. (Прототип). Анодный осадок, состав которого указан в примере 1, в количестве 10 г растворяли в 100 мл 20 раствора NaOH при температуре 90^oС в течение 6 часов. Степень извлечения галлия в раствор не превышала 85 Пульпа продувалась воздухом со скоростью 280 л/час.

Сопоставительный анализ примеров 1-4 показывает, что применение заявляемого способа выщелачивания анодного осадка производства АВЧ позволяет повысить глубину извлечения галлия в раствор и сократить продолжительность процесса более чем в два раза. Использование заявляемого-способа позволяет получить алюминатные растворы, не содержащие примесей, что устраняет неизбежность образования вторичных шламов на галламе при выделении галлия из раствора.

Формула изобретения

Способ извлечения галлия из анодного осадка при производстве алюминия, включающий выщелачивание галлия щелочным раствором при температуре 100^oC и последующее выделение галлия из раствора, отличающийся тем, что выщелачивание проводят при давлении 1,5-4,5 атм, с подачей воздуха со скоростью 240-280 л/ч.