Способ извлечения галлия сорбцией

 

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, а именно к способу сорбции галлия из алюминийсодержащих щелочных растворов. Способ заключается в предварительном выделении алюминия из растворов в осадок путем карбонизации и последующей сорбции галлия из пульпы или фильтрата комплексообразующим ионитом. Способ позволяет повысить емкость ионитов, применяемых для сорбции галлия, намного снизить расход ионитов и их единовре-менную загрузку. 2 табл.

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

Для промышленного производства галлия используется цементация на галламе алюминия [1] . К недостаткам этого способа относятся: низкое извлечение галлия (10 - 30%), высокий расход гранулированного алюминия (13 - 40 г на 1 г галлия), большая чувствительность к содержанию примесей в исходном растворе.

Наиболее близким к предлагаемому является способ извлечения галлия из алюминатных растворов [2] . Способ заключается в ионообменном поглощении галлия из щелочных алюминатных растворов цикла Байера после декомпозиции и предварительной подготовки этих растворов. После этого галлий сорбируется комплексообразующими азотсодержащими ионитами. Подготовка растворов заключается в удалении из них избыточного количества некоторых солей, в частности ванадатов, арсенатов, фосфатов и фторидов до уровня ниже границы их растворимости в щелочных алюминатных растворах или же разбавление алюминатных растворов водой (или водными растворами каустика) до того же уровня концентрации указанных примесей. Без такой подготовки примеси выпадают в виде осадка при проведении сорбции галлия на ионообменных смолах, заполняют пространство между зернами смолы и цементируют их. В результате становится невозможным дальнейшее пропускание раствора через слой ионита и процесс сорбции прекращается.

К недостаткам прототипа относится то, что при предварительной очистке удаляются только те примеси, которые в процессе сорбции механически закупоривают слой ионита и остаются в растворе примеси (в частности, ионы Al(OH)^-₄ ), которые способны наряду с ионами Ga(OH)³₆^- сорбироваться активными группами ионита. В результате такой конкурентной сорбции емкость ионита по галлию в присутствии большого количества ионов Al(OH)^-₄ значительно ниже, чем при их отсутствии или незначительном содержании. Следовательно, удаление из раствора ионов, способных конкурировать с галлат-ионами за активные группы ионита приведет к увеличению емкости ионита и более полному извлечению галлия из раствора.

Целью изобретения является повышение емкости используемых ионитов при извлечении галлия из щелочных алюминатных растворов.

Поставленная цель достигается тем, что перед сорбционным извлечением галлия из щелочных алюминатных растворов (например, маточника декомпозиции) удаляется основная часть содержащегося в них алюминия путем пропускания углекислого газа (или смеси газов, содержащей углекислоту). При этом происходит реакции: 2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ NaAl(OH)₄ = NaOH + Al(OH)₃ 2Na₂CO₃ + 2NaAl(OH)₄ = Na₂O · Al₂O₃ · 2CO₂ · 2H₂O + NaOH Таким образом, алюминий из раствора переходит в осадок, состоящий из гидроксида алюминия с примесью гидроалюмокарбоната натрия, а раствор после карбонизации становится ненасыщенным по отношению к имеющимся примесям ванадия, мышьяка, фосфора и фтора. При последующем сорбционном извлечении галлия эти примеси уже не образуют осадков и не влияют на сорбцию галлия. Извлечение галлия может проводиться из пульпы, полученной при карбонизации, или из раствора, полученного при фильтрации этой пульпы, причем емкость ионита по галлию из растворов, образованных указанным образом, намного выше, чем из исходных растворов.

Сущность способа состоит в том, что перед проведением процесса сорбции галлия из щелочных алюминатных растворов удаляются ионы Al(OH)^-₄, в присутствии которых емкость ионита по галлию резко уменьшается.

Экспериментальные данные по реализации предложенного способа приводятся в примерах.

Пример 1. Исходный раствор цикла Байера (маточник декомпозиции), содержащий г/л: Na₂Oку = 138; Al₂O₃ = 88,6; Ga = 0,16, карбонизировали при пропускании углекислого газа при температуре 60 - 70^oC. Скорость снижения концентрации каустической щелочи составляла 4 - 6 г/ч, процесс вели до остаточного содержания Na₂Oку = 7 г/л, концентрации алюминия и галлия при этом составляли соответственно Al₂O₃ = 11,2 г/л, Ga = 0,15 гл. После этого часть пульпы отфильтровали. Для проведения сорбции брали исходный маточник декомпозиции, пульпу после карбонизации и фильтрат. Сорбцию вели в статических условиях при перемешивании в течение 8 ч при объемном соотношении ионит : раствор (И : Р) = 1 : 20 и 1 : 100. Емкость ионита по галлию определяли при анализе насыщенных сорбентов. Результаты опытов приведены в табл.1.

Видно, что емкость ионита и извлечение галлия из раствора на ионит в случае сорбции из обработанных растворов значительно выше, чем из исходного. Показано также, что извлечение галлия проходит эффективно как из фильтратов, так и непосредственно из пульпы, образующейся при карбонизации исходного маточника декомпозиции.

Пример 2. Исходный маточник декомпозиции, взятый из цикла Байера, обрабатывали в условиях примера 1 до различного остаточного содержания Na₂Oку и Al₂O₃ соответственно. Растворы с различным содержанием алюминия и каустической щелочи проводили в контакт с ионитом при соотношении (объемном) ионит : раствор = 1 : 300. Опыты проводили в статических условиях, без перемешивания, время контакта 2 суток. Полученные данные приведены в табл.2.

Результаты показывают, что уже при выделении около 50% алюминия из раствора в осадок емкость ионита возрастает почти в два раза, а при выделении в осадок более 90% алюминия емкость по галлию увеличивается более чем в 6 раз по сравнению со способом-прототипом.

Таким образом, предлагаемый способ сорбционного извлечения галлия из щелочных алюминатных растворов позволяет значительно повысить емкость ионитов, применяемых для сорбции галлия; намного снизить расход ионитов и их единовременную загрузку.

Формула изобретения

Способ извлечения галлия сорбцией из щелочных алюминатных растворов, включающий предварительную обработку раствора и последующее сорбционное извлечение галлия, отличающийся тем, что предварительная обработка заключается в выделении алюминия из раствора в осадок путем карбонизации растворов углекислым газом, а сорбцию проводят из карбонизированной пульпы или раствора после фильтрации такой пульпы.

РИСУНКИ

Рисунок 1