способ извлечения галлия из отходов электролитического рафинирования алюминия

Формула изобретения

Способ извлечения галлия из отходов электролитического рафинирования алюминия, включающий их измельчение и выщелачивание щелочным раствором, отличающийся тем, что выщелачивание проводят при разрежении над поверхностью раствора 100-4000 Па с подсосом атмосферного воздуха до концентрации водорода менее 4 об.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии редких металлов, в частности к получению галлия из отходов электролитического рафинирования алюминия, таких как анодный осадок и аналогичный ему по составу отработанный анодный сплав.

Известен способ (Патент РФ № 2064518 МПК С22 В 58/00, С01G 15/00, заявл. 27.01.1992, опубл. 27.07.1996) извлечения галлия из анодного осадка, который предусматривает обработку исходного материала щелочным раствором при температуре 100°С и давлении 1,5-4,5 атм с подачей воздуха со скоростью 240-280 л/ч. Такой технологический прием делает процесс выщелачивания исключительно взрывоопасным, поскольку неизбежно выделяющийся при растворении алюминийсодержащего анодного осадка водород в соединении с воздухом образует гремучую смесь в замкнутом объеме.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототипом) является способ извлечения галлия из анодного сплава (Иванова Р.В. Химия и технология галлия. - М.: Металлургия, 1973, с. 306-307). Измельченный анодный сплав подвергается гидрохимической обработке горячим раствором едкого натра при нормальном давлении. Процесс выщелачивания измельченного анодного сплава сопровождается бурным выделением водорода и, как следствие, обильным пенообразованием, что значительно осложняет ведение процесса, а в ряде случаев делает его совершенно неуправляемым. Кроме того, насыщенная водородом пена, особенно крупноячеистая, в большом объеме способна к возгоранию и хлопкам.

Целью изобретения является снижение пенообразования при извлечении галлия из металлических отходов электролитического рафинирования алюминия.

В результате это обеспечивается повышение безопасности и управляемости процесса выщелачивания анодного осадка и аналогичного ему по составу отработанного анодного сплава в способе извлечения галлия галлийсодержащих отходов электролитического рафинирования алюминия.

Технический результат достигается тем, что в способе извлечения галлия из отходов процесса электролитического рафинирования алюминия, включающем их измельчение и выщелачивание щелочным раствором, выщелачивание проводят при разрежении над поверхностью раствора 100-4000 Па с подсосом атмосферного воздуха до концентрации водорода менее 4 об.%.

Сущность способа заключается в следующем.

Высота слоя пены над поверхностью раствора прямо пропорциональна скорости выделения газообразного водорода и обратно пропорциональна скорости разрушения ячеек пены. При прочих равных условиях избыточное давление снаружи каждой отдельно взятой ячейки стабилизирует ее и продлевает срок ее существования. Разрежение снаружи ячейки приводит к ее расширению и быстрому разрушению. В результате чем ниже давление в реакторе для выщелачивания отходов электролитического рафинирования алюминия, тем меньше слой пены над поверхностью раствора. Если при этом в реакторе имеется достаточный подсос воздуха, то свежий воздух разбавляет водород до концентрации ниже взрывоопасной (менее 4 об.%). Таким образом, процесс выщелачивания отходов электролитического рафинирования алюминия под разрежением с достаточным подсосом воздуха становится регулируемым с точки зрения пенообразования и безопасным, поскольку исключается возможность накопления взрывоопасной смеси.

Влияние давления в реакторе для выщелачивания отходов электролитического рафинирования алюминия на высоту слоя пены над поверхностью раствора приведены в следующих примерах.

Пример 1

При получении галлия по заявляемому способу анодный осадок подвергали измельчению путем дробления до размера частиц -3 мм. Измельченный материал выщелачивали в лабораторной ячейке с мешалкой раствором едкого натра, содержащим Na ₂O_ку 166 г/л при температуре 100°С. Процесс выщелачивания анодного осадка вели в боксе под разрежением 100 Па с подсосом атмосферного воздуха. Твердую фазу вводили в количестве, обеспечивающем расчетный каустический модуль 2,0-2,5. При этом высота пены над поверхностью раствора около 30 мм. Концентрация водорода, измеренная над верхним срезом ячейки с помощью портативного анализатора АВП-02, составила 3 об.%. Процесс удовлетворительно контролировался и был успешно завершен. Пена была мелкоячеистая, неустойчивая и негорючая.

Пример 2

Получение галлия по заявляемому способу осуществляли так же, как это описано в примере 1, за исключением того, что процесс выщелачивания анодного осадка вели под разрежением 2000 Па. При этом высота пены над поверхностью раствора около 15 мм. Концентрация водорода над верхним срезом ячейки составила 1,5 об.%. Процесс хорошо контролировался и был успешно завершен. Пена была мелкоячеистая, неустойчивая и негорючая.

Пример 3

Получение галлия по заявляемому способу осуществляли так же, как это описано в примере 1, за исключением того, что процесс выщелачивания анодного осадка вели под разрежением 4000 Па. При этом высота пены над поверхностью раствора около 5 мм. Концентрация водорода над верхним срезом ячейки составила 0,5 об.%. Процесс хорошо контролировался и был успешно завершен. Пена была мелкоячеистая, неустойчивая и негорючая.

Пример 4

Получение галлия по прототипу осуществляли так же, как это описано в примере 1, за исключением того, что процесс выщелачивания анодного осадка вели при нормальном давлении. Концентрация водорода над верхним срезом ячейки составила 13 об.%. В процессе выщелачивания высота слоя пены превышала 150 мм и переливалась через край. В результате в пену перешло 80% исходного объема раствора. Мелкие частицы анодного сплава флотировались пеной и выносились из ячейки. Пена была крупноячеистая, способная к возгоранию с хлопком при контакте с открытым пламенем.

Пример 5

Получение галлия с нарушением режимных факторов заявляемого способа осуществляли так же, как это описано в примере 1, за исключением того, что процесс выщелачивания анодного осадка вели под разрежением 50 Па. При этом высота пены над поверхностью раствора около 100 мм. Концентрация водорода над верхним срезом ячейки составила 4 об.%, что соответствует предельному значению по взрывоопасности. Пена крупноячеистая, способная к возгоранию с хлопком при контакте с открытым пламенем.

Очевидно, что второе запредельное значение (разрежение более 4000 Па) не приведет к снижению технического результата заявляемого способа, однако достижение высокого разрежения (вакуума) требует больших затрат, и поэтому нецелесообразно.

Для удобства сопоставления полученных результатов данные по примерам сведены в таблицу, из которой следует: чем ниже давление в реакторе для выщелачивания отходов электролитического рафинирования алюминия, тем меньше слой пены над поверхностью раствора.

№ примера	Способ	Разрежение над поверхностью раствора, Па	Высота слоя пены над поверхностью раствора, мм	Концентрация водорода над поверхностью раствора, об.%
1		100	30	3
2	Заявляемый	2000	15	1,5
3		4000	5	0,5
4	По прототипу	0	Более 150	13
5	На запредельное значение	50	100	4