Способ извлечения галлия из щелочных растворов

 

Изобретение относится к области извлечения редких металлов из сбросных растворов и пульп. Способ заключается в том, что после сорбции галлия на анионите проводят промывку насыщенного анионита раствором с содержанием оксида натрия 4 6 г/л в течение 0,5 2,0 ч и десорбируют галлий в две ступени с поддержанием на 1 ступени значения pH 1,0 2,5 при времени контакта ионита с раствором 0,4 0,6 частей от общего времени десорбции. Последующее концентрирование галлия из кислых элюатов осуществляют сорбцией на амфолите ВПК, а десорбцию ведут щелочным раствором в две ступени при времени контакта ионита с раствором на 1 ступени 0,4 0,5 частей от общего времени десорбции. В процессах десорбции как при сорбционном извлечении галлия, так и при его концентрировании, на первой ступени используют аппарат с воздущным перемешиванием и взвешенным слоем ионита, на второй ступени аппарат с плотным слоем ионита. 1 з. п. ф-лы, 7 табл.

Изобретение относится к области извлечения редких металлов из сбросных растворов и пульп и может быть использовано для извлечения галлия из щелочных стоков глиноземного производства.

В настоящее время для извлечения галлия используют его цементацию на галламе алюминия, экстракцию жидкими органическими экстрагентами и сорбцию на различных ионитах [1] Основными недостатками процесса цементации являются необходимость использования довольно концентрированных по галлию растворов (0,3-1,5 г/л) и отрицательное влияние примесей, приводящее к перерасходу алюминия высокой чистоты. Применение экстракционного способа ведет к потерям экстрагента за счет растворения и эмульгирования, а также к одновременному извлечению сопутствующих примесей. Основными недостатками сорбционных процессов являются недостаточно высокая селективность извлечения галлия и снижение емкости по галлию при повторном использовании ионита.

Наиболее близким к предложенному является способ извлечения галлия из алюминатных растворов [2] в котором предусматривается сорбционное извлечение галлия на азотсодержащих комплексообразующих ионитах с десорбцией кислотами и другими реагентами.

Недостатками известного способа являются невысокая степень очистки от сопутствующих примесей и значительный расход реагентов на реализацию процесса.

Целью изобретения является повышение степени очистки галлия от примесей и сокращение расхода реагентов.

Цель достигается тем, что после сорбции галлия на анионите проводят промывку насыщенного анионита раствором с содержанием оксида натрия 4-6 г/л в течение 0,5-2,0 ч и десорбируют галлий серной кислотой в две ступени с поддерживанием на 1 (дополнительной) ступени значения рН 1,0-2,5 при времени контакта ионита с раствором 0,4-0,6 частей от общего времени десорбции. Последующее концентрирование галлия из кислых элюатов осуществляют сорбцией на амфолите ВПК, содержащем пиридиновые и карбоксильные функциональные группы, а десорбцию ведут щелочным раствором в две ступени при времени контакта ионита с раствором на 1 ступени (дополнительной) 0,4-0,5 частей от общего времени десорбции. В процессах десорбции, как при сорбционном извлечении галлия, так и при его концентрировании, на первой ступени используют аппарат с воздушным перемешиванием и взвешенным слоем ионита, на второй ступени аппарат с плотным слоем ионита.

Сущность способа состоит в следующем.

Исходный щелочной раствор, содержащий 0,02-0,20 г/л галлия, непрерывно пропускают через слой анионита в колонне с заданной скоростью (10-300 об/об ионита в час).

По истечении заданного времени часть ионита, насыщенного галлием, выгружают из колонны и промывают щелочным раствором при соотношении ионит:раствор 1:10. Отмытый ионит поступает в пачук на первую стадию десорбции, где поддерживается требуемое значение рН. Десорбция проводится сернокислым раствором после второй ступени. По истечении определенного времени ионит подают на вторую ступень, где проводят десорбцию в колонне с плотным слоем ионита раствором серной кислоты (1,5-2,0 М). После десорбции анионит отмывают водой и возвращают на стадию сорбции. Концентрирование галлия из полученного сернокислого элюата, содержащего 0,4-1,0 г/л галлия, осуществляют путем сорбции в колонне на амфолите ВПК. По истечении заданного времени часть ионита, насыщенного галлием, выгружают из колонны и направляют на десорбцию галлия, которую проводят щелочным раствором в две ступени, причем время контакта ионита с раствором составляет 0,4-0,5 частей от общего времени десорбции. На первой (дополнительной) ступени десорбцию проводят в пачуке щелочным раствором, поступающим с второй (основной) ступени. На вторую (основную) ступень десорбции, которую проводят в колонне с плотным слоем ионита, подают раствор гидроксида натрия с концентрацией 1,5-4,0 М. Из полученного элюата (концентрация галлия 10-40 г/л) галлий извлекают цементацией.

П р и м е р 1. Промывные воды гидрата, содержащие, г/л: Ga 0,032; Na₂O 31,4; Al₂O₃ 10,2 и органические вещества 8,8, направляют на сорбционное извлечение галлия в колонну с рабочим объемом 2 дм³, заполненную плотным слоем анионита ГМА-2. Подачу исходного раствора осуществляют со скоростью 50 об/об ионита в час. Периодически (1 раз в 2 ч) насыщенный галлием анионит (V 200 см³) выгружают из колонны и одновременно в колонну загружают отрегенерированный ионит. Насыщенный ионит перед десорбцией промывают раствором, содержащим оксид натрия 4-6 г/л в течение 1 ч с расходом 10 об/об в час. Отмытый анионит поступает в пачук на I стадии десорбции, куда подается сернокислый раствор с 2 стадии десорбции. Время контакта ионита с раствором составляет 0,5 частей от общего времени десорбции при значении рН 1,5. Частично отрегенерированный анионит подают на вторую ступень десорбции, а сернокислый элюат, содержащий, г/л: Ga 0,4-1,0; Al₂O₃ 15-20; Na⁺ 5-10 на сорбционное концентрирование.

Десорбцию на второй ступени осуществляют в колонне с плотным слоем ионита серной кислотой с концентрацией 1,5 М. Расход раствора 1 об/об в час. Общее время десорбции 10 ч. После десорбции галлия анионит промывают водой и возвращают на сорбционное извлечение в голову процесса.

Сернокислый элюат направляют на сорбционное концентрирование в колонну с плотным слоем амфолита ВПК. Подачу раствора осуществляют со скоростью 10 об/об в час. Периодически (1 раз в 2 ч) насыщенный галлием амфолит (V 0,15 дм³) выгружают из колонны и направляют на десорбцию. Одновременно в колонну загружают отрегенерированный амфолит. Десорбцию осуществляют в две ступени. На 1 ступени амфолит поступает в пачук, куда также подается щелочной раствор с второй стадии десорбции. Время контакта ионита с раствором составляет 0,45 частей от общего времени десорбции. Частично отрегенерированный амфолит подают на 2 ступень десорбции, которую проводят в колонне с плотным слоем ионита раствором гидроксида натрия с концентрацией 2,5 М. Расход раствора составляет 0,5 об/об в час. Общее время десорбции 2 ч. Из щелочного элюата с концентрацией галлия 15 г/л выделяют галлий цементацией.

В сопоставимых условиях проводили извлечение галлия в соответствии со способом-прототипом. Данные приведены в табл.1.

П р и м е р 2. В условиях примера 1 осуществляли предложенный способ, промывая насыщенный галлием анионит раствором с содержанием Na₂O 5 г/л в течение 0,5-2,0 ч. Данные приведены в табл.2.

П р и м е р 3. В условиях примера 1 осуществляли предложенный способ, промывая насыщенный галлием анионит раствором с содержанием Na₂O 5 г/л и поддерживая на первой ступени сернокислой десорбции величину рН в интервале 1,0-2,5. Данные приведены в табл.3.

П р и м е р 4. В условиях примера 1 осуществляли предложенный способ, промывая насыщенный галлием анионит раствором с содержанием Na₂O 5 г/л и проводят первую ступень сернокислотной десорбции при времени контакта ионита с раствором 0,4-0,6 частей от общего времени десорбции. Данные приведены в табл.4.

П р и м е р 5. В условиях примера 1 осуществляли предложенный способ, промывая насыщенный галлием анионит с содержанием Na₂O 5 г/л, проводят первую ступень щелочной десорбции при продолжительности контакта ионита с раствором 0,4-0,5 частей от общего времени десорбции. Данные приведены в табл. 5.

П р и м е р 6. В условиях примера 1 осуществляли предложенный способ с применением в качестве исходного маточного раствора, содержащего, г/л: Ga 0,19; Al₂O₃ 72,4; Na₂O 148,8; органические вещества 10,2. Скорость подачи исходного раствора 10 об/об ионита в час. Промывку насыщенного галлием анионита ведут щелочным раствором с содержанием Na₂O 5 г/л. В сопоставимых условиях проводили извлечение галлия в соответствии со способом-прототипом. Данные приведены в табл.6.

П р и м е р 7. Проводили опыты по извлечению галлия из щелочных алюминатных растворов по способу-прототипу и предложенному способу в условиях примера 1 с использованием ионита, аналогично применяемому в способе-прототипе (полифункциональный сорбент, содержащий оксидную группу и функциональную группу, способную образовывать хелатную связь). Результаты представлены в табл.7.

Как видно из приведенных данных, именно совокупность предложенных приемов позволяет достичь поставленной цели (независимо от используемого сорбента).

Как видно из данных, представленных в табл.1-6, расход реагентов на десорбцию и последующее извлечение галлия цементацией при реализации предложенного способа ниже на 35-40% по серной кислоте, в 2,5-3 раза по гидроксиду натрия, в 8-9 раз по алюминию, а содержание примесей снижается в 2-3 раза по сравнению со способом-прототипом.

Таким образом предлагаемый способ при сорбции галлия из сбросных щелочных алюминатных растворов и пульп производства глинозема позволяет: существенно снизить содержание примесей в готовом галлиевом продукте; значительно уменьшить расход реагентов на проведение процессов десорбции, а также в процессе цементации галлия, что позволит снизить эксплуатационные расходы и повысить эффективность извлечения галлия из сбросных растворов и пульп; расширить область использования сбросных щелочных галлийсодержащих растворов для получения высокодефицитного металла.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГАЛЛИЯ ИЗ ЩЕЛОЧНЫХ РАСТВОРОВ и пульп производства глинозема, включающий сорбцию галлия на азотсодержащем комплексообразующем ионите, последующую десорбцию галлия раствором серной кислоты, отличающийся тем, что после сорбции галлия на ионите последний промывают раствором, содержащим 4-6 г/л оксида натрия, в течение 0,5-2,0 ч, затем дополнительно проводят десорбцию галлия сернокислым раствором при рН 1-2,5 и времени контакта ионита с раствором, составляющем 0,4-0,6 общего времени десорбции, а концентрирование галлия ведут сорбцией на комплексообразующем ионите на основе винилпиридина, содержащем пиридиновые и карбоксильные функциональные группы, с последующей основной и дополнительной десорбцией галлия раствором гидроксида натрия при продолжительности контакта ионита с раствором 0,4-0,5 общего времени десорбции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительные десорбции галлия после его сорбции на ионите и после его концентрирования ведут во взвешенном слое ионита с воздушным перемешиванием, а основную десорбцию в колонне с плотным слоем ионита.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3