Шихта для получения галлия

Изобретение относится к гидрохимии алюминия и галлия и может быть использовано для получения галлия. Техническим результатом является уменьшение расхода дорогостоящего нефелина в шихте, увеличение выхода галлия из шихты, приводящее к увеличению рентабельности получения галлия, а также экологичная и экономичная утилизация шлама производства алюминия электролизом, в состав которого входит бензапирен - вещество 1 класса опасности с концентрацией в шламе 160 мг/кг при ПДК _{раб.зона}=0,00015 мг/м³. Он достигается тем, что в шихту для получения галлия, содержащую нефелин, известняк, белый шлам, содовый раствор и воду, дополнительно введен шлам производства алюминия электролизом с содержанием фтора 1,0-1,5%, и компоненты взяты в следующих мас.%:

Нефелин 25,0-25,8

Известняк 42,6-43,9

Белый шлам 2,8-2,9

Содовый раствор 9,3-9,6

Шлам электролизного производства

алюминия с содержанием фтора 1,0-

1,5% 2,0-5,0

Вода остальное

 

Изобретение относится к гидрохимии алюминия и галлия и может быть использовано для получения галлия.

Наиболее близким техническим решением является содо-нефелино-белошламо-известняковая шихта для получения галлия, содержащая нефелин, известняк, белый шлам (Ж:Т=1:1,3), содовый раствор концентрацией 40-60 г/л, воду, и компоненты взяты в следующих мас.%:

Нефелин 26,3

Известняк 44,8

Белый шлам 3,0

Содовый раствор

концентрацией 40-60 г/л 9,8

Вода 16,1 [1]

Недостатком известной шихты является малое содержание галлия в руде - нефелине, поэтому имеется низкая рентабельность получения галлия.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение расхода дорогостоящего нефелина в шихте, увеличение выхода галлия из шихты, приводящее к увеличению рентабельности получения галлия, а также экологичная и экономичная утилизация шлама производства алюминия электролизом, в состав которого входит бензапирен - вещество 1 класса опасности с концентрацией в шламе 160 мг/кг при ПДК_{раб.зона}=0,00015 мг/м³.

Поставленная задача достигается тем, что в шихту для получения галлия, содержащую нефелин, известняк, белый шлам, содовый раствор и воду, дополнительно введен шлам производства алюминия электролизом с содержанием фтора 1,0-1,5% в сухой массе и компоненты взяты в следующих мас.%:

Нефелин 25,0-25,8

Известняк 42,6-43,9

Белый шлам 2,8-2,9

Содовый раствор 9,3-9,6

Шлам производства алюминия

электролизом 2,0-5,0

Вода остальное

В шламе производства алюминия электролизом содержится 0,01-0,1% галлия, в среднем 0,055% в его сухой массе, а нефелине - исходной руде - 0,003% галлия в сухой массе, т.е. в среднем 0,055/0,003=18 раз меньше, чем в шламе. В шихте с введением шлама галлий присутствует в виде силиката галлия натрия - Na₂O· Ga₂O₃·2SiO₂ и фторидов галлия - Na₃GaFe₆, Na₅Ga₃F₁₄, Na₃GаF₂₃, которые в процессе спекания шихты с добавкой шлама при температуре 1150-1250° С разрушаются с образованием водонерастворимых силиката и фторида кальция и водорастворимого галлата натрия:

Na₂O· Ga₂O₃·2SiO₂+4СаСО₃=Na₂O· Ga₂O₃+2(2CaO· SiO₂)+4СO₂

2(3NаF· Gа₂O₃)+6СаСО₃=2(3NаF· Gа₂O₃)+6СаО+6СO₂=6CaF₂+3Na₂O· Ga₂O₃+СO₂

Полученный спек, содержащий галлат натрия, подвергают выщелачиванию по реакции

3Na₂O· Ga₂O₃+Н₂O=2NaGa(OH)₄

Полученный галлатный раствор карбонизируют пропусканием углекислого газа, в результате галлий осаждается в виде гидроокиси галлия:

NaGa(OH)₄+СO₂+H₂O=NaOH· Ga(OH)₃+Н₂СО₃=Nа₂СО₃+Gа(ОН)₃

Полученный галлиевый концентрат растворяют в щелочи и из полученного раствора электролизом выделяют металлический галлий. Экологичность утилизации шлама заключается в том, что при температуре спекания происходит окислительное разрушение бензапирена в присутствии кислорода воздуха.

Пример 1

Для приготовления 1000 грамм содо-нефелино-белошламо-известняковой шихты известного состава для получения галлия берут нефелина 265 г, известняка 445 г, белого шлама 30 г, содового раствора 10 г, воду - остальное. Эту шихту готовят следующим способом.

Содо-белошламо-нефелиновую смесь, имеющую соотношение Ж:Т=1:4, с использованием содового раствора концентрацией 40-60 г/л подвергают мокрому помолу в лабораторной мельнице в течение 60 минут. Затем содо-известняковую смесь с использованием содового раствора концентрацией 40-60 г/л подвергают мокрому помолу в мельнице в течение 60 минут. Содо-белошламо-нефелиновую и содо-известняковую пульпы смешивают и подвергают совместному мокрому домолу в мельнице в течение 60 минут. Полученную шихту разливают в стальную форму емкостью 1 л, которую затем помещают в лабораторный сушильный шкаф, где производят сушку шихты с получением брикета. Полученный брикет помещают в лабораторную муфельную печь, где производят его спекание со скоростью 8-10° С в минуту. Охлаждение полученного спека проводят вместе с печью до 600° С, а затем в эксикаторе. Температура спекания 1200° С, время нагрева 120 минут, а время выдержки - 30 минут. Образец получаемого спека массой 100 грамм измельчают в лабораторной мельнице мокрого помола при добавлении содового раствора концентрацией 40-60 г/л при соотношении Ж:Т=1:4 и при температуре 80° С в течение 60 минут. Полученную суспензию фильтруют с получением 500 мл раствора состава:

Ga - 10,74 мг/л, Аl₂О₃ - 27,3 г/л, Na₂O - 17,4 г/л

Получают также нефелиновый шлам состава:

Ga - 0,001 г/кг шлама, Аl₂О₃ - 21-28 г/кг шлама, Na₂O - 13-17 г/кг шлама.

Относительное извлечение галлия из спеченной шихты составляет

88,7%, абсолютное извлечение - 5,37 мг/0,5 л р-ра.

Пример 2

Для приготовления содо-нефелино-белошламо-шламо-известняковой шихты предлагаемого состава массой 1000 грамм для получения галлия берут нефелина 265 г, известняка 445 г, белого шлама 30 г, шлама производства алюминия электролизом 50 г, воду - остальное. Эту шихту готовят следующим способом. Содо-белошламо-шламо-нефелиновую смесь, имеющую соотношение Ж:Т=1:4, с использованием содового раствора концентрацией 40-60 г/л подвергают мокрому помолу в лабораторной мельнице в течение 60 минут. Затем содо-известняковую смесь с использованием содового раствора концентрацией 40-60 г/л подвергают мокрому помолу в мельнице в течение 60 минут. Содо-белошламо-шламо-нефелиновую и содо-известняковую пульпы смешивают и подвергают совместному мокрому домолу в мельнице в течение 60 минут. Полученную шихту разливают в стальную форму емкостью 1 л, которую затем помещают в лабораторный сушильный шкаф, где производят сушку шихты с получением брикета. Полученный брикет помещают в лабораторную муфельную печь, где производят его спекание со скоростью 8-10° С в минуту. Охлаждение полученного спека проводят вместе с печью до 600° С, а затем в эксикаторе. Температура спекания 1200° С, время нагрева 120 минут, а время выдержки - 30 минут. Образец получаемого спека массой 100 грамм измельчают в лабораторной мельнице мокрого помола при добавлении содового раствора концентрацией 40-60 г/л при соотношении Ж:Т=1:4 и при температуре 80° С в течение 60 минут. Полученную суспензию фильтруют с получением 500 мл раствора состава:

Ga - 14,16 мг/л, Аl₂O₃ - 27,36 г/л, Na₂O - 17,6 г/л

Получают также нефелиновый шлам состава:

Ga - 0,001 г/кг шлама, Аl₂О₃ - 22-29 г/кг шлама, Na₂O - 14-18 г/кг шлама.

Относительное извлечение галлия из спеченной шихты составляет 89,5%, абсолютное извлечение - 7,08 мг/0,5 л р-ра.

Относительное извлечение галлия из шихты с добавлением шлама производства алюминия электролизом увеличивается всего лишь в 89,5/88,7=1,01 раз, однако абсолютное извлечение галлия увеличивается в 7,08/5,37=1,32 раза, т.е. на 32% больше, чем из шихты без добавления этого шлама.

В спеченной шихте отсутствует бензапирен.

Таким образом, шихта предлагаемого состава позволяет увеличить выход галлия и рентабельность его получения за счет использования шлама производства алюминия электролизом.

Источник информации

1. Абрамов В.Я, Алексеев А.И. Бадальянц Х.А. “Комплексная переработка нефелино-апатитового сырья”, М.: Металлургия, 1990, с.359.

Шихта для получения галлия, содержащая нефелин, известняк, белый шлам, содовый раствор и воду, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен шлам электролизного производства алюминия с содержанием фтора 1,0-1,5% и компоненты взяты в следующих соотношениях, мас.%:

Нефелин 25,0-25,8

Известняк 42,6-43,9

Белый шлам 2,8-2,9

Содовый раствор 9,3-9,6

Шлам электролизного производства алюминия

с содержанием фтора 1,0-1,5% 2,0-5,0

Вода Остальное