Способ разделения галлия и алюминия на слабоосновном анионите d-403 из щелочных растворов

Изобретение относится к области гидрометаллургии редких металлов, а именно к способам разделения галлия и алюминия в виде анионных гидроксокомплексов из щелочных растворов с привлечением ионообменных смол. Способ заключается в проведении сорбционного процесса извлечения галлия из щелочных алюминатных растворов, содержащих 50-55 г/л Na2O, от 0,06 до 10,97 г/л галлия и алюминия 8,2 г/л в присутствии хрома и ванадия концентрацией 1,38 г/л и 2,57 г/л соответственно. Процесс ведут при соотношении твердой и жидкой фаз 1:30 на макропористой хелатной анионообменной смоле D-403 при перемешивании со скоростью встряхивания не менее 50 кол/мин не более 1,5 часов при комнатной температуре. Десорбцию ведут раствором серной кислоты концентрацией 1 моль/л. Техническим результатом является отделение галлия от алюминия вплоть до мольного отношения компонентов 1:150 и достижение значения емкости более 27 г галлия на 1 кг ионообменной смолы, что увеличивает производительность процесса. 3 ил., 3 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к области гидрометаллургии редких металлов, а именно к способам разделения галлия и алюминия в виде анионных гидроксокомплексов из щелочных растворов. Изобретение может быть использовано в технологии получения галлия и отделения его от алюминия при переработке бокситовых и нефелиновых руд по методу Байера из оборотных и промывных растворов. Способ отделения галлия от алюминия включает ионообменный метод разделения с использованием слабоосновного анионита D-403.

Известен способ извлечения галлия из растворов (патент RU №2336349, опубл. 20.10.2008), в том числе алюминатных щелочных галлийсодержащих растворов глиноземного производства. Данный способ позволяет снизить затраты при извлечении галлия за счет использования в качестве сорбента шлама и пыли, уловленной в процессе газоочистки отходящих газов от электролизеров при получении алюминия. Процесс извлечения проводился при температуре 80°С и соотношении фаз Ж:Т=2:1. В изобретении приведено 2 примера, в которых степень извлечения галлия составила 25% и 18%, соответственно.

Недостатками данного способа являются низкие степени извлечения галлия, повешенные температуры проведения сорбционного процесса, а также невозможность (регенерации) вторичного использования сорбента.

Известен способ комплексной переработки галийсодержащих алюминатных растворов (патент RU №2049825, опубл. 10.12.1995), включающий выделение из алюминатных щелочных растворов основной массы алюминия путем обработки силикатом натрия и последующую сорбцию галлия ионообменником из полученной пульпы или маточника после фильтрации.

Недостатком данного способа является многостадийность процесса, необходимость предварительной очистки от ряда примесных компонентов: ванадия, мышьяка, фосфора, фтора, а также большой расход сопутствующих реагентов.

Известен способ извлечения галлия из растворов хлорида алюминия (патент CN 104018012 (А), опубл. 16.04.2014) на ионообменной смоле. Способ заключается в пропускании раствора, содержащего галлий и алюминий через сорбционную колонку с последующим элюированием раствором соляной кислоты, промыванием водой и вторичном элюировании водным раствором щелочи.

Недостатками способа являются многостадийность процесса и дополнительное использование восстанавливающих агентов для устранения сорбции ионов железа(3+).

Известен ионообменный способ извлечения галлия (патент CN 103031449, опубл. 28.12.2012) из маточных растворов глиноземного производства. Процесс извлечения галлия включается в себя 6 стадий: сорбцию, центрифугирование, промывание, элюирование и повторное центрифугирование. Общее время проведения процесса составляет 30-80 минут, скорость пропускания маточного раствора 9,5 м/ч.

Недостатком этого способа являются многостадийность процесса и совместная сорбция алюминия и галлия, что осложняет дальнейший процесс их разделения.

Известен способ утилизации галлия из маточного раствора Байеровского производства (патент CN 102534214, опубл. 04.07.2012) с использованием хелатной смолы имеющей функциональные группы амидоксима. Способ заключается в пропускании маточного раствора через сорбционную колонку, с последующей десорбцией кислотными растворами и параллельным осаждением примесей. Для повторного использования ионита производят промывание его водой до рН=6-8. Сорбционная способность составила 300 мг/л.

Недостатками метода являются необходимость промывания хелатной смолы до низких значений рН=6-8, что влечет высокий расход воды, и незначительная емкость ионита.

Известен способ извлечения галлия сорбцией из щелочных алюминийсодержащих растворов глиноземного производства (патент RU №2112814, опубл. 10.06.1998), принятый за прототип, который позволяет извлекать галлий из щелочных растворов с предварительной карбонизацией раствора для связывания основной массы алюминия и последующей сорбцией галлия на комплексообразующем ионообменнике. При выделении около 50% алюминия из раствора в осадок за счет карбонизации емкость ионита возрастает почти в два раза, а при выделении в осадок более 90% алюминия емкость по галлию увеличивается более чем в 6 раз и составляет 4,9 г/л при соотношении фаз 1:20.

К недостаткам данного способа относится относительно низкая емкость анионита по галлию, соответственно низкая производительность сорбционного процесса, и невысокая степень отделения от алюминия, которая понижается с ростом концентрации алюминия в фильтрате после проведения процесса карбонизации и/или декомпозиции.

Техническим результатом изобретения является непосредственное разделение алюминия и галлия на ионообменной смоле D-403 в процессе сорбционного извлечения галлия из оборотных растворов Байеровского производства после проведения карбонизации или декомпозиции и из промывных вод с концентрацией галлия от 0,08 до 0,84 г/л, 50-55 г/л Na2O и алюминия от 3,25 до 10 г/л в присутствии хрома и ванадия концентрацией 0,31-1,38 г/л и 0,31 до 2,57 г/л, соответственно.

Технический результат достигается тем, в качестве комплексообразующего анионита используется макропористая хелатная анионообменная смола D-403, отделение галлия от алюминия в присутствии хрома и ванадия проводится при соотношении фаз Т:Ж 1:30, скорости встряхивания не менее 50 колебаний в минуту, комнатной температуре, времени контакта фаз до достижения насыщения не более 1,5 часов и в качестве десорбирующего агента используется раствор серной кислоты концентрацией 1 моль/л.

Способ поясняется следующими фигурами:

фиг. 1 - график изотермы сорбции анионных комплексов галлия на слабоосновном анионите D 403, переведенного в гидроксоформу, в присутствии 3,25 г/л (0,12 моль/кг) алюминия и температуре 2°С;

фиг. 2 - график зависимости концентрации галлия от времени при различной скорости встряхивания

фиг. 3 - график зависимости емкости анионита по галлию от соотношения твердой и жидкой фаз.

Способ разделения галлия и алюминия осуществляется следующим образом. Щелочной алюминатный раствор, соответствующий оборотным растворам Байеровского производства, с содержанием Na2O 50-55 г/л, галлия от 0,06 до 10,97 г/л, алюминия 8,2 г/л, ванадия и хрома концентрацией 1,38 г/л и 2,57 г/л, соответственно, в пластиковых контейнерах емкостью 500 см3, помещенных в лабораторный встряхиватель SHR-1D (производитель Daihan Scientific, Корея) со скоростью встряхивания 50 колебаний в минуту при комнатной температуре и соотношении фаз Т:Ж=1:30 в статических условиях в течение 1,5 часов уравновешивают макропористой хелатной анионообменной смолой D-403 в гидрософорме, используемой в качестве комплексообразующего анионита. В качестве десорбирующего агента используются растворы серной кислоты концентрацией 1 моль/л.

В ходе эксперимента по сорбции галлия на анионите D-403 при увеличении содержания алюминия в растворе вплоть до мольного соотношения к галлию 150:1, характерное для технологических алюминатных щелочных растворов, не наблюдается извлечение гидроксоалюминат-ионов в твердую фазу анионита. Установлено, что химическое сродство тетрагидроксогаллат ионов к твердой фазе смолы D-403 выше сродства тетрагидроксокомплексов алюминия в силу более высокого электростатического взаимодействия ионов галлия во внутреннем электролите ионообменной смолы и дополнительным ковалентным эффектом химической связи гидроксокомплексов галлия за счет неподеленной электронной пары атома азота ионообменного материала по сравнению с алюминием, хромом и ванадием.

Полученное значение полной обменной емкости смолы в статических условиях по отношению к галлию составило 27-29 г/кг. Способ поясняется следующей фигурой.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. Щелочной раствор с содержанием Na2O 50-55 г/л, галлия от 0,06 до 10,42 г/л и алюминия 8,1 г/л объемом 200 см3 приводили в равновесие со смолой объмом 20 см3 (7,2 г) в пластиковых контейнерах емкостью 500 см3 при комнатной температуре. Емкости плотно закрывали крышками и обеспечивали скорость встряхивания 50 кол/мин с помощью лабораторного встряхивателя SHR-1D. Сорбцию проводили в статических условиях при соотношении фаз т:ж=1:30 в течение 1,5 ч. После окончания сорбции растворы отделяли от ионита, направляя твердую фазу на регенерацию.

Концентрацию галлия и алюминия в исходных и равновесных фазах измеряли спектрофотометрическим методом и рентгенофлуоресцентным с помощью энергодисперсионного спектрометра Epsilon3 производства PANanalitical. Результаты опытов приведены в табл. 1.

Согласно полученным результатам использование анионита D-403 в щелочных растворах, содержащих галлий и алюминий вплоть до мольного соотношения 1:150, позволяет полностью отделить галлий от алюминия при достижении полной обменной емкости по галию в статических условиях 27-29 г/кг.

Пример 2. Сорбцию галлат-ионов проводили из щелочных алюминатных растворов, содержащих от 0,06 до 10,97 г/л галлия, 8,2 г/л алюминия, 2,57 г/л хрома в виде хром-ионов, 1,38 г/л ванадия в виде ванадат-ионов и Na2O 50-55 г/л при комнатной температуре (25°С).

Щелочной раствор с содержанием указанных компонентов объемом 200 см3 уравновешивали смолой D-403 объмом 20 см3 (7,2 г). Сорбцию проводили в статических условиях при скорости встряхивания 50 кол/мин и соотношении фаз т:ж=1:30 в течение 1,5 ч. Результаты опытов приведены в табл. 2.

Полная статическая обменная емкость анионита по галлию составила 27-29 г/кг. Присутствие алюминия, хрома и ванадия не оказывает вияние на извлечение галлия из щелочных растворов, что позволяет рекомендовать данный анионит в качестве селективного сорбента по отношению к галлат-ионам.

Пример 3. Щелочной раствор, содержащий Na2O 50-55 г/л, 8,44 г/л галлия объемом 200 см3 уравновешивали смолой D-403 объмом 20 см3 (7,2 г) в статических условиях при соотношении фаз т:ж=1:30 и скорости встряхивания 50 и 100 колебаний в минуту. Через заданные промежутки времени отбирали аликвоты щелочного раствора и определяли в них содержание галлия. Согласно результатам эксперимента, приведенными на фиг. 2., время установления равновесия не превышает 1,5 часа и не зависит от скорости встряхивания, минимальным значением которой, является 50 кол/мин.

Пример 4. Щелочной раствор с содержанием Na2O 50-55 г/л, галлия 10,42 г/л и алюминия 8,1 г/л объемом 200 см3 приводили в равновесие со смолой объмом 20 см3 (7,2 г) при различных соотношениях массы анионита и объема раствора (т:ж): 1:100, 1:50, 1:40, 1:30, 1:20. Сорбцию проводили в статических условиях при скорости встряхивания 50 кол/мин в течение 1,5 ч. Результаты опытов приведены на фиг. 3.

Полная статическая емкость анионита по галлию, равная 27-29 г/кг достигается при использовании соотношения фаз 1:30, дальнейшее уменьшение значения т:ж не влияет на величину емкости. Концентрация алюминия в растворах после контакта с твердой фазой ионообменной смолы не изменилась и составила 8,1 г/л.

Пример 5. В качестве десорбирующего агента использовали раствор серной кислоты концентрацией от 0,5 до 2 моль/л. Для этих целей анионит D-403, насыщенный в условиях примеров 1 и 2, промыли водой, поместили в стекляные сорбционные колонки и десорбировали раствором серной кислоты в динамическом режиме. Раствор, вытекающий из колонок (сорбат) после пропускания 100 мл кислоты, анализировали на содержание галлия. Результаты опыта приведены в таблице 3.

Согласно полученным результатам степень десорбции галлия в сернокислый раствор составила свыше 95% при использовании серной кислоты концентрации 1 и 2 моль/л, из которых 1 М является оптимальной. Использование сернокислых растворов с концентрацией ниже 1 М не обеспечивает высокую степень десорбции галлия из твердой фазы ионообменной смолы.

Таким образом, использование анионобменной смолы D-403 в процессе сорбции галлия из промышленных щелочных растворов позволяет его отделить от основного сопутствующего компонента алюминия, достичь высокой емкости по галлию вплоть до значения 27-29 г/кг и десорбировать раствором серной кислоты концентрацией 1 моль/л.

Способ разделения галлия и алюминия из щелочных растворов, включающий сорбционное извлечение галлия комплексообразующим анионитом, отличающийся тем, что в качестве комплексообразующего анионита используют макропористую хелатную анионообменную смолу D-403, при этом отделение галлия от алюминия ведут в присутствии в растворе хрома и ванадия при соотношении фаз Т:Ж 1:30, скорости встряхивания емкости не менее 50 колебаний в минуту, комнатной температуре и времени контакта фаз до достижения насыщения не более 1,5 часов, а в качестве десорбирующего агента используют раствор серной кислоты концентрацией 1 моль/л.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к переработке полупроводниковых отходов, содержащих арсенид галлия. Аппарат содержит цилиндрическую вакуумную камеру с цилиндрическим многослойным экраном, размещенный внутри камеры по оси цилиндрический нагреватель с нижним токовводом, установленную в полости цилиндрического нагревателя на подине вдоль оси колонну испарительных тарелей, накрытых крышками, установленный над крышками конденсатор с крышкой и герметичный сборник галлия.
Изобретение относится к способу электрохимического выделения галлия из щелочно-алюминатных растворов глиноземного производства процесса Байера. Предлагается способ получения галлия из щелочно-алюминатных растворов глиноземного производства, включающий подготовку исходной смеси из маточного и оборотного растворов с введением в нее раствора цинка, проведение четырехстадийного электролиза.
Изобретение относится к области металлургии редких металлов, а более конкретно к способам извлечения галлия из твердых порошкообразных галлийсодержащих материалов.

Изобретение относится к технологии извлечения индия из сульфатных цинковых растворов с повышенным содержанием кремнезема. Способ селективного извлечения индия из сульфатных цинковых растворов включает стадию сорбции индия на минеральном алюмосиликатном ионите - монтмориллоните, модифицированном ди(2-этил-гексил)фосфорной кислотой (Д2ЭГФК), и последующую стадию десорбции индия раствором соляной кислоты.

Изобретение относится к извлечению индия электролизом. Предложен электролизер экстракции индия из выпуска расплава конденсата рафинирования чернового олова из вакуумной печи.

Настоящее изобретение относится к обработке алюминийсодержащего материала, в частности к извлечению редкоземельных элементов из алюминийсодержащего материала.

Изобретение относится к металлургии рассеянных элементов и представляет собой способ извлечения галлия из щелочно-карбонатных алюминийсодержащих растворов. Способ включает экстракцию галлия раствором азотсодержащего экстрагента N-(2-гидрокси-5-нонилбензил)-β,β-дигидроксиэтиламина в смеси разбавителей, содержащей октан с добавкой 25 об.% октанола.

Группа изобретений относится к переработке высокотемпературных вулканических газов. Повышают давление собранных газов низкого давления из фумарольных трещин и каналов вулкана, затем охлаждают их с обеспечением конденсации сульфидных соединений рассеянных и редких элементов, полученную смесь охлаждают до температуры, превышающей температуру плавления серы, смешивают с распыленной жидкой серой и проводят очистку с обеспечением получения расплава, содержащего серу и твердые и жидкие сконденсированные сульфидные соединения рассеянных и редких элементов, и охлажденных очищенных вулканических газов.

Изобретение относится к технологии редких и рассеянных элементов и может быть использовано при получении галлия высокой чистоты. Технический галлий подвергают вакуум-термической обработке в вакуумной камере с размещенными в ней графитовыми тиглями, соосно расположенными один над другим.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Устройство получения трихлорида галлия высокой чистоты включает реактор 1, ректификационную колонну 14 с рубашкой обогрева 21, узел «инертного дыхания» 17, пост выгрузки и фасовки готового продукта 20.

Изобретение относится к способу переработки сульфидных золотосодержащих концентратов флотации, содержащих сорбционно-активный органический углерод, для извлечения золота.

Изобретение относится к способу извлечения редкоземельных элементов из отходов производства минеральных удобрений - фосфогипса. Способ включает выщелачивание и сорбцию редкоземельных элементов из раствора с использованием сорбента с последующей десорбцией редкоземельных элементов раствором сульфата аммония.

Изобретение относится к переработке золошлаковых отходов ТЭЦ с целью извлечения из них редкоземельных металлов и скандия и последующем использовании их в производстве строительных материалов.

Изобретение относится к составу и способу получения твердого экстрагента для извлечения скандия из сернокислых растворов. Предлагается твердый экстрагент (ТВЭКС) для извлечения скандия из скандийсодержащих растворов, содержащий стиролдивинилбензольную матрицу с ди-(2-этилгексил)фосфорной кислотой.

Изобретение относится к пористым частицам привитого сополимера, предназначенным для получения адсорбирующего материала, которые адсорбируют металлы и другие вещества, способу их производства и адсорбенту, в котором они применяются.

Изобретение относится к извлечению урана из подземных вод. Способ включает синтез сорбционной композиции из механоактивированного шунгита, прокаленного фосфогипса и модифицирующего раствора в соотношении 1:1:1.

Cпособ относится к области гидрометаллургии редких и рассеянных элементов, в частности к сорбционному извлечению ванадия из руд. Способ заключается в том, что полученные при кислотном выщелачивании рудного сырья сернокислые растворы сорбируют на анионообменную смолу, после чего маточные растворы сорбционного извлечения ванадия обрабатывают подготовленным раствором - ферригелем в количестве 12,5-25,0 г на 1 г ванадия, который после фильтрации подают на операцию сернокислого выщелачивания исходной руды, для повышения извлечения целевого компонента.

Изобретение относится к извлечению благородных металлов из цианистых растворов и/или пульп по угольно-сорбционной технологии. При автоклавной десорбции получают горячие растворы элюатов, при этом дополнительно концентрируют металл на угле.

Изобретение относится к области аналитической химии платиновых металлов, в частности к методам разделения и концентрирования, и может быть использовано для разделения платины, меди и цинка в солянокислых растворах сорбционным методом.

Способ извлечения рения из водных растворов относится к области аналитической химии, химической технологии, в частности к способам применения полимерных материалов для извлечения из водных растворов перренат-ионов, в том числе для их последующего определения.

Изобретение относится к области гидрометаллургии редких металлов, а именно к способам разделения галлия и алюминия в виде анионных гидроксокомплексов из щелочных растворов с привлечением ионообменных смол. Способ заключается в проведении сорбционного процесса извлечения галлия из щелочных алюминатных растворов, содержащих 50-55 гл Na2O, от 0,06 до 10,97 гл галлия и алюминия 8,2 гл в присутствии хрома и ванадия концентрацией 1,38 гл и 2,57 гл соответственно. Процесс ведут при соотношении твердой и жидкой фаз 1:30 на макропористой хелатной анионообменной смоле D-403 при перемешивании со скоростью встряхивания не менее 50 колмин не более 1,5 часов при комнатной температуре. Десорбцию ведут раствором серной кислоты концентрацией 1 мольл. Техническим результатом является отделение галлия от алюминия вплоть до мольного отношения компонентов 1:150 и достижение значения емкости более 27 г галлия на 1 кг ионообменной смолы, что увеличивает производительность процесса. 3 ил., 3 табл., 5 пр.

Наверх