способ извлечения галлия из анодного осадка при производстве алюминия

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.

Описание изобретения к патенту

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.