Способ извлечения галлия из твердых тонкодисперсных углеродсодержащих материалов

 

Использование: при извлечении галлия из твердых тонкодисперсных углеродсодержащих материалов. Сущность: твердые тонкодисперсные углеродсодержащие отходы алюминиевого производства нагревают в окислительной атмосфере со скоростью 10-300oC/с до температуры, превышающей на 50-100oC температуру плавления получаемого шлака. Полученные субоксиды конденсируют. 1 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в технологии извлечения галлия из тонкодисперсных отходов электролизного производства алюминия, таких как пыль электрофильтров, шлам газоочистки и хвосты флотации угольной пены.

Известен способ выделения галлия из отходов алюминиевого производства /1/, согласно которому пыль газоочистки электролиза алюминия выщелачивают водным раствором соляной кислоты, образующийся при этом хлорид галлия экстрагируют трибутилфосфатом.

Недостатком способа является то, что полученные таким способом технологические галлийсодержащие растворы плохо фильтруются, загрязнены углеродом и низкоконцентрированы по галлию.

Известен способ получения более концентрированного продукта по галлию методом флотации /2/. Однако известный способ характеризуется высокими трудозатратами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ извлечения галлия из угольной золы-уноса /3/.

Способ заключается в том, что галлий- содержащую золу-унос таблетируют, нагревают в окислительной атмосфере при температуре от 900oC до температуры на 50oC ниже точки плавления таблеток для удаления следовых количеств летучих веществ. Затем таблетки обрабатывают в восстановительной атмосфере для превращения галлиевых соединений в легколетучие, т.е. из оксидов галлия в субоксиды, которые затем удаляют из газа путем конденсации их на холодной поверхности.

Недостатком способа является низкое извлечение галлия из отходов (60-80% ), трудоемкость процесса, а также невозможность использования для переработки материалов, содержащих натрий.

Технической задачей изобретения является повышение степени извлечения галлия.

В предлагаемом способе извлечения галлия из твердых тонкодисперсных углеродсодержащих материалов, включающих нагрев их в окислительной атмосфере и конденсацию полученных субоксидов, в качестве твердых углеродсодержащих материалов берут отходы алюминиевого производства, нагрев ведут со скоростью 10-300oC/с до температуры, превышающей на 50-100oC температуру плавления получаемого шлака.

Техническая сущность поясняется следующим.

Как следует из таблицы, отходы алюминиевого производства содержат натриево-алюминиевые фториды.

При термообработке отходов свыше 1000oC протекает следующие химические реакции: 2Na3AlF6+H2O=3Na2OAl2O3+12HF Na2O+Al2O3=Na2OAl2O3 Na2O+Ga2O3=Na2OGa2O3 Как следует из уравнений реакций, фториды, подвергаясь пирогидролизу, образуют высокоактивный оксид натрия(1), который, взаимодействуя с оксидами алюминия и галлия, образуют алюминаты и галлаты натрия (3,4). При этом реакция образования галлата натрия (4) препятствует восстановлению оксида галлия до субоксида (5,6).

Учитывая, что суммарная энергия активации восстановления и сублимации субоксида галлия составляет 140-150 кДж/моль, а энергия активации образования галлатов в 1,5-2 раза меньше, можно, увеличивая скорость нагрева материала до максимальной температуры, существенно интенсифицировать процесс сублимации галлия, при значительно меньшей интенсификации образования галлатов.

Авторами экспериментально установлено, что при нагреве материала со скоростью 10-300oC до температуры, превышающей на 50-100oC температуру плавления материала, происходит преобладание процессов восстановления и сублимации субоксидов над процессами образования галлатов и возгонки оксидов натрия.

Установлено также, что достаточная продолжительность термообработки отходов для возгонки субоксидов галлия при температурах 1400-2000oC составляет 10-120 с, после чего начинает доминировать возгонка оксида натрия и других соединений, что снижает извлечение галлия в концентрат.

Предотвращение доминирования сублимации оксидов натрия и других соединений, которые конденсируются совместно с оксидами галлия, можно достичь за счет разогрева материала до температуры, превышающей на 50-100oC температуру его плавления.

Следует учесть, что достижение высоких скоростей нагрева возможно только в циклонных топках с большой тепловой напряженностью перегревом материала и его разгрузкой в виде расплава, что предотвращает смешение отходов с целевым продуктом.

Причем при нагреве материала до температуры на 50oC менее температуры плавления снижается его жидкотекучесть, что затрудняет загрузку печи.

При нагреве материала до температуры на 100oC более температуры плавления возрастает испарение оксидов натрия, что загрязняет продукт.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что способ отличается от известного тем, что: твердые углеродсодержащие материалы нагревают со скоростью 10-300oC/с; нагрев получаемого при термообработке продукта производят до температуры на 50-100oC превышающей температуру плавления.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Анализ известных технических решений в данной и смежных областях показал, что отличительные признаки заявляемого решения являются новыми и в совокупности с известными ранее позволяют повысить извлечение галлия из отходов по сравнению с прототипом с 80,4 до 92,3%
Поэтому заявляемая совокупность признаков соответствует критерию изобретения "изобретельский уровень".

Пример. 1 кг тонкодисперсных отходов состава, мас. углерода 26,4 и галлия 0,06, вводят в окислительную атмосферу циклонной печи, нагретую до 1800oC, обеспечивая нагрев материала со скоростью 180oC/с и сгорание смолистых веществ. При этом температура плавления материала составляет 1730oC, а превышение температуры нагрева 70oC.

В процессе термообработки материала происходит восстановление оксида галлия до субоксида и его сублимация. Субоксид галлия удаляется с газовой фазой и при охлаждении конденсируется. Расплавленная масса выводится через нижнюю часть печи. Извлечение галлия составляет 90,0%
В таблице приведены результаты испытания по прототипу и предлагаемому способу.

Как следует из таблицы, сублимация галлия из отходов алюминиевого производства согласно режиму известного способа при 1000oC и продолжительности термообработки 3 ч составляет 23,5%
При термообработке золы-уноса согласно известному способу извлечение галлия составляет 80,4% что вызвано процессами образования алюмогаллатов. Поскольку в золе-уносе соединения натрия, как правило, отсутствуют, тормозящее действие на восстановление и сублимацию субоксида галлия оказывает образование алюмогаллатов (Аl2O3Ca2O3). Образование алюмогаллатов протекает менее активно, чем галлатов натрия, поэтому при термообработке золы-уноса снижение сублимации не столь значительно и извлечение галлия из золы-уноса находится на уровне 80%
Согласно предлагаемому способу, увеличение извлечения галлия, по сравнению с прототипом, происходит при скорости нагрева 10-300oC/с.

При скорости нагрева <10C/с происходит образование галлатов натрия, что ведет к снижению извлечения галлия до 77-78%
При скорости нагрева > 300oC/с происходит диспергирование материала, что повышает пылеунос, и соответственно снижает извлечение галлия.

Нагрев материала до температуры, превышающей менее, чем на 50oC температуру плавления, позволяет достичь показатели извлечения более высокие, чем показатели прототипа, однако при этом не обеспечивается необходимая жидкотекучесть материала.

При нагреве материала до температуры, превышающей более, ччем на 100oC температуру плавления, снижается показатель извлечения галлия за счет возрастания испарения оксидов натрия.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет по сравнению с прототипом повысить извлечение галлия с 80,4 до 92,3%


Формула изобретения

Способ извлечения галлия из твердых тонкодисперсных углеродсодержащих материалов, включающий нагрев их в окислительной атмосфере и конденсацию полученных субоксидов, отличающийся тем, что в качестве твердых тонкодисперсных углеродсодержащих материалов берут отходы алюминиевого производства, нагрев ведут со скоростью 10 300 град./с до температуры, превышающей на 50 100oС температуру плавления получаемого шлака.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, а именно к электролизеру для рафинирования легкоплавких металлов в расплавленном электролите, включающему расположенные параллельно по вертикали жидкие катод, анод и биполярный электрод

Изобретение относится к технологии очистки галлия и может быть использовано в электронной промышленности и цветной металлургии

Изобретение относится к способам рафинирования галлия и может быть использовано в электронной промышленности и цветной металлургии

Изобретение относится к технологии рафинирования галлия и может быть использовано в электронной промышленности и цветной металлургии

Изобретение относится к способу переработки галлиймышьяксодержащих отходов с получением галлия и мышьяка высокой чистоты, включающему термическое разложение в вакууме с переводом галлия в расплав, а мышьяка в возгоны, фильтрацию расплава галлия, рафинирование галлия, конденсацию возгонов мышьяка и их переработку
Изобретение относится к способу очистки галлия от примесей, обработкой в растворе смеси соляной и азотной кислот при повышенной температуре и перемешивании
Изобретение относится к извлечению галлия, в частности способу извлечения галлия из анодного осадка при производстве алюминия, включающему выщелачивание галлия щелочным раствором при температуре 100oС и последующее выделение галлия из раствора

Изобретение относится к извлечению редких металлов и может быть использовано для комплексной переработки растворов глиноземного производства

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов и может быть использовано для извлечения галлия из щелочных растворов и пульп глиноземного производства

Изобретение относится к технологии редких и рассеянных элементов и может быть использовано использовано при извлечении индия из сульфатных цинковых растворов экстракцией ДИ-2-этилгексилфосфорной кислоты и реэкстракцией металла раствором серной кислоты

Изобретение относится к области редких элементов, в частности к способу получения паравольфраматов элементов III группы: галлия, индия, скандия и иттрия, которые могут быть использованы как катализаторы, ингибиторы коррозии, ядернозащитные материалы, добавки к гальваническим покрытиям, сорбенты

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов и может быть использовано для извлечения галлия из щелочных растворов и пульп глиноземного производства

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к химии синтеза хлоридов металлов высокой чистоты для использования их в квантовой электронике и для синтеза высокочистых металлорганических соединений, а также в качестве катализатора синтеза оксида алюминия квалификации осч, используемого в радиоэлектронной промышленности

Изобретение относится к методам• определения микроколичеств таллия и может быть использовано для контроля его содержания в различных объектах; с целью повышения чувствительности и точности анализа

Изобретение относится к гидротермальному способу перекристаллизации ортофосфата галлия и может быть использовано в различных областях неорганической химии, например как исходное сырье для создания композиционных материалов, в пьезотехнике, в частности в резонаторах и фильтрах различного назначения

Изобретение относится к экстракционно-атомно-абсорбционным методам определения индия и может быть использовано с целью повышения селективности и чувствительности анализа в объектах окружающей среды
Изобретение относится к способам выращивания монокристаллов галлийсодержащих оксидных соединений, а именно лантангаллиевого силиката, обладающего пьезоэлектрическим эффектом и используемого для изготовления устройств на объемных и поверхностных акустических волнах
Наверх