Способ извлечения галлия
Изобретение относится к способу извлечения галлия из алюминатного раствора. Способ включает электродиализ, в котором раствор для обратного захвата, содержащий галлий, подвергают электродиализу для концентрирования галлия и извлечения кислоты, стадию удаления железа, в которой галлий удаляют из концентрированного раствора, и стадию ультрафильтрации, в которой не содержащий железа раствор галлия нейтрализуется. Полученную суспензию гидроксида галлия подвергают ультрафильтрации для концентрирования суспензии. Затем проводят стадию повторного растворения, в которой концентрированную суспензию гидроксида галлия растворяют в щелочном растворе, и стадию электролиза, в которой щелочной электролитический раствор галлия, полученный на стадии повторного растворения, подвергают электролизу для извлечения металлического галлия. Техническим результатом является возможность повторного использования кислоты без генерирования отработанной кислоты в больших количествах, увеличение концентрации галлия в щелочном электролитическом растворе галлия, тем самым увеличивая КПД тока на стадии электролиза, и уменьшение количества отработанного раствора. 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу извлечения галлия из алюминатного раствора (водного раствора алюмината натрия), генерируемого в способе Байера получения оксида алюминия из боксита. Более конкретно, в способе извлечения галлия, который включает в себя приведение алюминатного раствора в контакт с хелатирующим агентом, состоящим из водонерастворимого замещенного хинолинола, чтобы дать возможность хелатирующему агенту для захвата галлия, содержащегося в алюминатном растворе, приведение в контакт раствора для обратного захвата, содержащего замещенный хинолинол, с содержащим галлий хелатирующим агентом для экстракции галлия в раствор для обратного захвата и извлечения металлического галлия из содержащего галлий раствора для обратного захвата, настоящее изобретение относится к способу эффективного извлечения металлического галлия из раствора для обратного захвата, содержащего галлий при исключительно низких концентрациях.
Уровень техники
В соответствии со способом Байера, оксид алюминия извлекают из боксита с помощью водного раствора гидроксида натрия. Галлий, содержащийся в боксите в очень малых количествах, извлекается вместе с оксидом алюминия в экстракте боксита в растворе гидроксида натрия, или алюминатный раствор также содержит очень малое количество галлия.
Принимая его полезность в качестве исходного вещества для полупроводниковых соединений, сцинтилляторов и тому подобное, в настоящее время галлий извлекают из алюминатного раствора и несколько способов, включая способ на основе амальгамирования. Из этих предложений способ, рассматриваемый как наиболее эффективный в настоящее время, включает в себя получение адсорбента посредством нанесения на носитель замещенного хинолинола, в качестве хелатирующего агента, способного к образованию хелата с галлием, на подложку из пористой смолы, приведения в контакт алюминатного раствора с адсорбентом, чтобы дать возможность адсорбенту для захвата галлия, содержащегося в алюминатном растворе, экстракцию галлия с адсорбента раствором для обратного захвата, состоящего из водного раствора такой сильной кислоты, как соляная кислота и серная кислота, и извлечение галлия из содержащего галлий раствора для обратного захвата (нужно сослаться, например, на патенты Японии JP 60-42,234 A, JP 4-38,453 B и JP 7-94,324 B).
Способ, предложенный для промышленного извлечения металлического галлия из содержащего галлий раствора для обратного захвата, полученного указанным выше способом, включает в себя приведение в контакт этого содержащего галлий раствора для обратного захвата с ионообменной смолой либо анионной, либо катионной, чтобы дать ей возможность селективного захвата галлия, элюирование галлия из ионообменной смолы с помощью водного раствора соляной кислоты или серной кислоты, или с помощью чистой воды, концентрирование элюированного кислотного раствора галлия и электролиз кислотного раствора с получением металлического галлия (нужно сделать ссылку, например, на Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Ed., Vol.A12, pp.163-167, 1989).
В указанном выше способе извлечения галлия, однако, водный раствор сильной кислоты используется не только в качестве раствора для обратного захвата, но также в качестве элюирующего раствора в больших количествах, при концентрировании с помощью использования ионообменной смолы, и это неизбежно генерирует отработанную кислоту в больших количествах. Отработанную кислоту содержат различные примеси металлов и другие примеси, происходящие от алюминатного раствора, кроме галлия, и она не может просто использоваться для извлечения галлия, и утилизация отработанной кислоты, образующейся в больших количествах, становится проблемой.
В соответствии с другим способом, предложенным, например, в патенте Японии JP 56-38,661 B, кислотный раствор галлия не подвергается электролизу как есть, но сначала нейтрализуется с помощью водного щелочного раствора, с образованием суспензии гидроксида галлия, суспензию фильтруют с извлечением гидроксида галлия, гидроксид галлия растворяется в щелочном растворе с получением щелочного электролитического раствора галлия, и щелочной электролитический раствор галлия подвергается электролизу постоянного тока, с извлечением металлического галлия.
В этом способе, однако, кристаллы гидроксида галлия, образующиеся при нейтрализации щелочью, являются исключительно мелкодисперсными, самое большее порядка 2 мкм; таким образом, суспензия становится гелеобразной и нормальная процедура концентрирования седиментацией или фильтрования суспензии требует продолжительного времени.
Кроме того, в соответствии с этим способом электролиза щелочного электролитического раствора галлия для извлечения металлического галлия, неизбежно образуется губчатый галлий, если только концентрация ионов железа в щелочном электролитическом растворе галлия не поддерживается ниже 5 м.д. (миллионных долей), предпочтительно ниже 2 м.д., и выход извлечения металлического галлия падает, и губчатый галлий должен утилизироваться или возвращаться на первую стадию переработки.
Теперь способ, предложенный в патенте Японии JP 2001-97,716 А для электролиза щелочного раствора галлия, с получением металлического галлия, имеет целью предотвращение образования мелкодисперсных кристаллов гидроксида галлия посредством совместного осаждения гидроксида галлия и вещества, которое является эффективным для улучшения его седиментации, например, ярозита [Fe3(SO4)2(ОН)6], "элюирования галлия посредством растворения осадка после совместного осаждения в каустической соде", для получения щелочного электролитического раствора галлия, и электролиза этого электролитического раствора. Однако и в этом способе, также, стадии для получения щелочного электролитического раствора галлия становятся сложными, и извлечение и утилизация таких отработанных добавок как ярозит, создают новые проблемы.
Описание изобретения
При этих обстоятельствах авторы настоящего изобретения, проведя интенсивные исследования для решения проблем, представляющих собой препятствия при обычных способах извлечения галлия из алюминатного раствора, обнаружили, что принятие стадии электродиализа, где раствор для обратного захвата, содержащий галлий, концентрируется, и извлекается кислота, стадии удаления железа, когда железо в концентрированном растворе галлия выделяется и удаляется как гидроксид железа, и стадии ультрафильтрации, когда не содержащий железа раствор галлия, полученный на стадии удаления железа, нейтрализуется, а затем подвергается ультрафильтрации, с получением концентрированной суспензии гидроксида галлия делает возможным повторное использование кислоты без образования отработанной кислоты в больших количествах, увеличивает концентрацию галлия в щелочном электролитическом растворе галлия, тем самым увеличивая КПД тока на стадии электролиза, уменьшает количество отработанного раствора и сводит к минимуму образование губчатого галлия, и завершили настоящее изобретение.
Соответственно, настоящее изобретение относится к способу извлечения галлия, который включает в себя приведение в контакт алюминатного раствора с хелатирующим агентом, состоящим из водонерастворимого замещенного хинолинола, чтобы дать возможность хелатирующему агенту для захвата галлия, содержащегося в алюминатном растворе, приведение в контакт раствора для обратного захвата, содержащего замещенный хинолинол, с содержащим галлий хелатирующим агентом, для извлечения галлия в раствор для обратного захвата, и извлечение металлического галлия из содержащего галлий раствора для обратного захвата, и целью настоящего изобретения является создание способа извлечения галлия, который делает возможным повторное использование кислоты без образования отработанной кислоты в больших количествах, увеличивает концентрацию галлия в щелочном электролитическом растворе галлия, тем самым увеличивая КПД тока на стадии электролиза, уменьшает количество отработанного раствора и сводит к минимуму образование губчатого галлия.
Таким образом, в способе извлечения галлия, который включает в себя приведение в контакт алюминатного раствора с хелатирующим агентом, состоящим из водонерастворимого замещенного хинолинола, чтобы дать возможность хелатирующему агенту для захвата галлия, содержащегося в алюминатном растворе, приведение к контакт раствора для обратного захвата, состоящего из кислотного водного раствора замещенного хинолинола, с содержащим галлий хелатирующим агентом, для экстрагирования галлия в растворе для обратного захвата, и извлечение металлического галлия из содержащего галлий раствора для обратного захвата, настоящее изобретение предусматривает способ извлечения галлия, который включает в себя стадию электродиализа, где указанный выше раствор для обратного захвата, содержащий галлий, подвергается электродиализу, для увеличения концентрации галлия, и извлекается кислота, стадию удаления железа, где концентрированный раствор галлия, полученный на стадии электродиализа, доводится до заданного pH, осажденный гидроксид железа выделяется и удаляется, с получением не содержащего железа раствора галлия, стадию ультрафильтрации, где не содержащий железа раствор галлия нейтрализуется, с образованием суспензии гидроксида галлия, и суспензия концентрируется ультрафильтрацией, стадию повторного растворения, когда концентрированная суспензия гидроксида галлия растворяется в щелочном растворе, с получением щелочного электролитического раствора галлия, и стадию электролиза, когда щелочной электролитический раствор галлия подвергается электролизу, с извлечением металлического галлия.
В соответствии с настоящим изобретением, любой из обычных способов, включающих в себя использование водонерастворимого замещенного хинолинола в качестве хелатирующего агента, например, способ, описанный в патенте Японии JP 7-94,324 A, может использоваться как есть для стадии захвата галлия, где алюминатный раствор приводится в контакт с хелатирующим агентом, состоящим из водонерастворимого замещенного хинолинола, и для стадии обратного захвата галлия, где раствор для обратного захвата, состоящий из кислотного водного раствора, содержащего замещенный хинолинол, приводится в контакт с содержащим галлий хелатирующим агентом для экстракции галлия в растворе для обратного захвата.
На стадии электродиализа по настоящему изобретению, где указанный выше раствор для обратного захвата, содержащий галлий, подвергается электродиализу, концентрация кислоты в растворе обычно находится в пределах от 0,4 до 2 н, и является преимущественным осуществление электродиализа таким образом, что концентрация кислоты становится равной, как правило, 0,4 н или меньше, предпочтительно 0,2 н или меньше. Таким образом, становится возможным получение концентрированного раствора галлия, в котором его концентрация увеличивается в 1,2 раза или более, предпочтительно в 1,5 раза или более, и достижение извлечения кислоты до значительной степени, чтобы сделать возможным ее повторное использование. На устройство для этой стадии электродиализа не налагается никаких ограничений, и промышленное устройство, например Model TS-50-740, доступное от Tokuyama Corporation, может использоваться как есть.
Концентрированный раствор галлия, полученный на стадии электродиализа, как правило, содержит 5 м.д. или более ионов железа. Затем раствор подается на стадию удаления железа, концентрация ионов железа понижается до 0,5 м.д. или меньше, предпочтительно до 0,2 м.д. или меньше, и извлекают раствор, не содержащий железа. На этой стадии удаления железа к концентрированному раствору галлия добавляют щелочь для доведения pH до значения в пределах между 10 и 13, предпочтительно между 12 и 12,5, и осадок гидроксида железа, образующийся в результате этой регулировки pH, отделяется и удаляется с помощью таких средств, как загуститель. Когда концентрация ионов железа в растворе галлия, не содержащем железа, полученном на этой стадии удаления железа, выше, чем 0,5 м.д., трудно осуществлять значимый контроль образования губчатого галлия.
Не содержащий железа раствор галлия, полученный на стадии удаления железа, затем подается на стадию ультрафильтрации, раствор нейтрализуется с образованием гидроксида галлия, и полученная суспензия гидроксида галлия концентрируется ультрафильтрацией с получением концентрированной суспензии гидроксида галлия.
Нейтрализация не содержащего железа раствора галлия на стадии ультрафильтрации осуществляется доведением pH до 7±0,6, предпочтительно до 7±0,3, добавлением кислоты, и устройство для ультрафильтрации суспензии гидроксида галлия может выбираться из множества таких модулей, как мембранный модуль, трубчатый модуль, спиральный модуль, модуль с полыми волокнами (капиллярный модуль), монолитный модуль, модуль типа танка с погружным фильтром и мембранный модуль с вращающимся диском. Предпочтительно используется мембранный модуль с вращающимся диском, поскольку он способен концентрировать раствор до высокого уровня, в то же время предотвращая осаждение твердого материала на поверхности мембраны. Поскольку начальное содержание твердых продуктов суспензии гидроксида галлия составляет от 0,8 до 2,6 г/л (или от 0,5 до 1,5 г/л в виде галлия), здесь преимущественным является концентрирование этого содержания твердых продуктов, по меньшей мере, в 30 раз, предпочтительно в 40-70 раз. Когда уровень концентрирования меньше, чем 30-кратный, становится трудно увеличить КПД тока на стадии электролиза, и количество отработанного раствора увеличивается.
Концентрированная суспензия гидроксида галлия, полученная таким образом, растворяется на стадии повторного растворения с получением щелочного электролитического раствора галлия, и затем этот электролитический раствор подвергают электролизу на стадии электролиза для извлечения металлического галлия.
На стадии повторного растворения водный щелочной раствор, предпочтительно высокой концентрации, добавляют к концентрированной суспензии гидроксида галлия, в которой содержание галлия равно от 30 до 70 г/л, и гидроксид галлия в суспензии полностью растворяется с получением щелочного электролитического раствора галлия, в котором содержание галлия равно от 23 до 53 г/л, предпочтительно от 35 до 45 г/л. Электролиз осуществляется обычным способом, при плотности тока 0,1 до 0,16 A/см2, предпочтительно от 0,12 до 0,14 A/см2, при напряжении от 2 до 5 В, предпочтительно от 3 до 4 В, и при температуре ванны от 40 до 70°C, предпочтительно от 50 до 60°C, в то же время поддерживая плотность тока или напряжение постоянным.
В соответствии с настоящим изобретением, раствор для обратного захвата, содержащий галлий, подвергают электродиализу для увеличения концентрации галлия, и кислоту извлекают на стадии электродиализа, pH концентрированного раствора галлия регулируется, и осажденный гидроксид железа отделяют и удаляют на стадии удаления железа, не содержащий железа раствор галлия нейтрализуют, и полученная суспензия гидроксида галлия концентрируется посредством ультрафильтрации на стадии ультрафильтрации, и щелочной электролитический раствор галлия высокой концентрации, полученный из концентрированной суспензии гидроксида галлия, подвергают электролизу для извлечения металлического галлия, в результате становится возможным повторное использование кислоты без образования отработанной кислоты в больших количествах, повышение КПД тока на стадии электролиза, уменьшение количества отработанного раствора и сведение к минимуму образования губчатого галлия, тем самым заметно увеличивая скорость извлечения галлия.
Краткое описание чертежа
Чертеж представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ сведения к практическому осуществлению способа извлечения галлия в соответствии с настоящим изобретением: ST-1 - стадия захвата; ST-2 - стадия обратного захвата; ST-3 - стадия электродиализа; ST-4 - стадия удаления железа; ST-5 - стадия ультрафильтрации; ST-6 - стадия повторного растворения; и ST-7 - стадия электролиза.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения
Предпочтительный способ сведения к практическому осуществлению настоящего изобретения описывается ниже со ссылками на блок-схему на прилагаемом чертеже.
Блок-схема на чертеже иллюстрирует пример способа сведения к практическому осуществлению настоящего изобретения.
Адсорбционная башня 1 предусматривается для работы стадии захвата (ST-1), где алюминатный раствор приводится в контакт с хелатирующим агентом, состоящим из водонерастворимого замещенного хинолинола, чтобы дать возможность хелатирующему агенту для захвата галлия, содержащегося в алюминатном растворе, и стадии обратного захвата (ST-2), где раствор для обратного захвата, состоящий из кислотного водного раствора, содержащего замещенный хинолинол, приводится в контакт с содержащим галлий хелатирующим агентом, полученным на ST-1, для экстракции галлия в растворе для обратного захвата, и башня набивается адсорбентом, полученным посредством нанесения на носитель водонерастворимого хелатирующего агента, как правило, 7-(4-этил-1-метилоктил)-8-хинолинол (Kelex 100, торговое наименование Schering Corporation), на синтетическую подложку (Diaion HP20, торговое наименование Mitsubishi Chemical Corporation). Адсорбционная башня 1, как правило, содержит две или более башен, соединенных параллельно, и стадия захвата (ST-1) и стадия обратного захвата (ST-2) работают попеременно или последовательно, и, в целом, стадия захвата и стадия обратного захвата могут работать одновременно.
В этом способе сведения к практическому осуществлению алюминатный раствор, содержащий галлий, вводится в адсорбционную башню 1 из линии 2, жидкость вступает в контакт с адсорбентом в адсорбционной башне 1, галлий в жидкости адсорбируется на адсорбенте, и алюминатный раствор подается через линию 3 в способ Байера, не показанный на блок-схеме.
Адсорбционную башню 1 промывают водой обычным способом, когда работа захвата галлия на ST-1 завершается, раствор для обратного захвата или водный раствор 5,5 мас.% соляной кислоты, содержащий 2×10-3 мас.% замещенного хинолинола (Kelex 100, торговое наименование Schering Corporation), вводится в адсорбционную башню 1 для экстракции галлия, адсорбированного на адсорбенте, в растворе для обратного захвата, раствор для обратного захвата, содержащий галлий, отбирается из линии 4 и вводится в следующую стадию электродиализа (ST-3).
На стадии электродиализа (ST-3) раствор для обратного захвата, содержащий галлий, подвергается электродиализу таким способом, чтобы уменьшить концентрацию кислоты до 0,2 н или меньше и увеличить концентрацию галлия в 1,5 раза или больше, и концентрированный раствор галлия вводится через линию 5 на стадию удаления железа (ST-4), в то время как извлеченный водный раствор соляной кислоты отбирается из линии 6.
В этом способе сведения к практическому осуществлению часть содержащего галлий раствора для обратного захвата, который отбирается из линии 4, как правило, от 40 до 60 мас.% от общего количества, циркулирует через линию 11 в смеситель 9 для повторного использования соляной кислоты, и некоторая часть водного раствора соляной кислоты, отбираемого на линии 6 на стадии электродиализа (ST-3), ответвляется и вводится через линию 10 в смеситель 9. Кроме того, хелатирующий агент извлекается в башне 8 для извлечения хелатирующего агента, предусмотренной на линии 4 для содержащего галлий раствора для обратного захвата, и вводится через линию 11 в смеситель 9, и, если это необходимо, свежая порция хелатирующего агента вводится в таком количестве, чтобы восполнить дефицит, через линию 12 в смеситель 9, и они гомогенно перемешиваются в ней с получением кислотного водного раствора, содержащего замещенный хинолинол (то есть раствора для обратного захвата), и вводятся через линию 13 на стадию обратного захвата (ST-2).
На указанной выше стадии удаления железа (ST-4) концентрированный раствор галлия сначала вводится в танк 14 для регулировки pH, и водный раствор 48 мас.% гидроксида натрия вводится, в качестве агента для регулировки pH, из линии 15 в танк 14 для регулировки pH, и гидроксид железа выпадает в осадок, когда раствор галлия и агент для регулировки pH гомогенно перемешиваются с доведением pH до 10-13. Суспензия, полученная в танке 14 для регулировки pH, направляется в сгуститель 16, твердый продукт отделяется от жидкости в сгустителе 16, и не содержащий железа раствор галлия отбирается из линии 17 и подается на следующую стадию ультрафильтрации (ST-5), в то время как гидроксид железа отбирается из линии 18. Посредством этой операции удаления железа концентрация ионов железа в концентрированном растворе галлия, как правило, снижается до 0,2 м.д. или меньше.
На стадии ультрафильтрации (ST-5) не содержащий железа раствор галлия сначала вводится в танк 19 нейтрализации, водный раствор соляной кислоты подается в танк из линии 20 для нейтрализации раствора галлия, с доведением pH до 7, при этом образуется гидроксид галлия, и суспензия гидроксида галлия, образующаяся в танке 19 нейтрализации, направляется в устройство 21 ультрафильтрации, содержащее мембранный модуль с вращающимся диском, в устройстве ультрафильтрации концентрация галлия увеличивается в 30-70 раз, и концентрированная суспензия гидроксида галлия отбирается из линии 22 и подается на следующую стадию повторного растворения (ST-6), в то время как практически нейтральный отработанный раствор отбирается из линии 23.
На стадии повторного растворения водный раствор 48 мас.% гидроксида натрия добавляется из линии 24 к концентрированной суспензии для растворения твердых продуктов (гидроксида галлия) в суспензии, с получением щелочного электролитического раствора галлия, у которого концентрация галлия составляет, как правило, от 35 до 45 г/л, этот электролитический раствор вводится на следующую стадию электролиза (ST-7) и подвергается электролизу, и металлический галлий отбирается из линии 25, в то время как водный раствор гидроксида натрия отбирается из линии 26 и вводится в танк 28 для утилизации отработанного раствора.
На указанной выше стадии обратного захвата (ST-2) чистящая жидкость, состоящая из разбавленного водного раствора соляной кислоты с концентрацией кислоты от 0,04 до 1,8 мас.%, вводится на стадию, и отработанный раствор после операции очистки, который отбирается из линии 29, вводят в указанный выше танк 28 для утилизации отработанного раствора и нейтрализуют посредством указанного выше водного раствора гидроксида натрия, вводимого из линии 26. Нейтральный отработанный раствор, образующийся посредством обработки для нейтрализации в танке 28 для утилизации отработанного раствора, отбирается из линии 30.
Операции, осуществляемые в соответствии с блок-схемой, показанной на чертеже, описываются ниже в примере 1 и в сравнительном примере.
[Пример 1]
Способ по настоящему изобретению сводится к практическому осуществлению в режиме, показанном на чертеже, и скорость потока, концентрация галлия, концентрация ионов железа, количество обработанного галлия и количество обработанного железа показаны в таблице 1 для каждого алюминатного раствора, вводимого на стадию захвата (ST-1), раствора для обратного захвата, содержащего галлий, отбираемого со стадии обратного захвата (ST-2), концентрированного раствора галлия, отбираемого на стадии электродиализа (ST-3), не содержащего железа раствора галлия, отбираемого со стадии удаления железа (ST-4), суспензии гидроксида галлия, отбираемой из танка 19 нейтрализации на стадии ультрафильтрации (ST-5), концентрированной суспензии, отбираемой из устройства 21 ультрафильтрации на стадии ультрафильтрации (ST-5), и щелочного электролитического раствора галлия, полученного на стадии повторного растворения (ST-6).
На стадии электролиза (ST-7) используется двухкамерная электролитическая ячейка, состоящая из одной пластины из нержавеющей стали (SUS316), в качестве катода, расположенной между двумя никелевыми пластинами, в качестве анода, при межэлектродном расстоянии 5 см, и электролиз осуществляют посредством приложения постоянного тока плотностью тока 0,13 A/см2, в целом, 300 A, в то же время поддерживая напряжение 4,2 В, сначала, и 3,6 В - при 50°C, и температуру ячейки при 50°C во время электролиза, и определяют скорость извлечения галлия (скорость извлечения Ga), средний КПД тока и количество нейтральной соли (NaCl), образующейся в танке 28 для утилизации отработанного раствора. Результаты показаны в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| Скорость потока (м3/день) | Концентрация Ga (г/л) | Концентрация Fe (мг/л) | Количество обработанного Ga (кг/л) | |
| Алюминатный раствор | 540 | 0,12 | - | 64,8 |
| Раствор для обратного захвата, содержащий галлий | 36 | 1,06 | 15 | 38,2 |
| Концентрированный раствор галлия | 29,41 | 1,24 | 15 | 36,47 |
| Раствор галлия, не содержащий железа | 29,81 | 1,2 | <0,2 | 35,77 |
| Суспензия гидроксида галлия | 29,87 | 1,2 | <0,2 | 35,84 |
| Концентрированная суспензия | 0,7 | 50 | 2,3 | 35,41 |
| Щелочной электролитический раствор галлия | 0,97 | 36 | 2 | 35,24 |
| Скорость извлечения Ga | 97 мас.% | |||
| Средний КПД тока | 20% | |||
| количество образующейся нейтральной соли | 4,7 кг/день |
[Сравнительный пример 1]
Раствор для обратного захвата, содержащий галлий, полученный на стадии обратного захвата, нейтрализуют, доводя pH до 7, с образованием суспензии гидроксида галлия, суспензию концентрируют выпариванием в испарителе со смачиваемой стенкой, концентрированный водный раствор гидроксида натрия добавляют к концентрированной суспензи для получения щелочного электролитического раствора галлия, и щелочной электролитический раствор галлия фильтруют через 0,3 мкм мембранный фильтр, а затем подвергают электролизу, как в указанном выше примере 1, и подобным же образом определяют скорость извлечения галлия (скорость извлечения Ga), средний КПД тока и количество образующейся нейтральной соли (NaCl). Результаты показаны в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||
| Скорость потока (м3/день) | Концентрация Ga (г/л) | Концентрация Fe (мг/л) | Количество обработанного Ga (кг/л) | |
| Алюминатный раствор | 533 | 0,12 | - | 64,0 |
| Раствор для обратного захвата, содержащий галлий | 35,6 | 1,06 | 15 | 37,74 |
| После концентрирования выпариванием | 1,51 | 25 | 350 | 37,75 |
| Щелочной электролитический раствор галлия | 1,99 | 20 | 280 | 39,8 |
| После ультрафильтрации | 1,99 | 20 | 15 | 39,8 |
| Скорость извлечения Ga | 75 мас.% (Другие: губчатый Ga: 22 мас.%) | |||
| Средний КПД тока | 16% | |||
| Количество образующейся нейтральной соли | 72 кг/день |
Промышленное применение
Способ по настоящему изобретению делает возможным повторное использование кислоты без образования отработанной кислоты в больших количествах, повышает КПД тока во время электролиза, уменьшает количество отработанного раствора и сводит к минимуму образование губчатого галлия, тем самым заметно повышая скорость извлечения галлия, и является исключительно полезным для промышленного извлечения галлия из алюминатного раствора.
1. Способ извлечения галлия, включающий контактирование алюминатного раствора с хелатирующим агентом, состоящим из водонерастворимого замещенного хинолинола, для захвата галлия, содержащегося в алюминатном растворе, приведение в контакт кислотного водного раствора, содержащего замещенный хинолинол, с хелатирующим агентом, содержащим галлий, для экстракции галлия в растворе для обратного захвата, и извлечение металлического галлия из раствора для обратного захвата, содержащего галлий, следующими стадиями: стадией электродиализа, в которой указанный выше раствор для обратного захвата, содержащий галлий, подвергают электродиализу для концентрирования галлия и извлечения кислоты; стадией удаления железа, в которой концентрированный раствор галлия, полученный на стадии электродиализа, доводят до заданного рН, отделяют осадок гидроксида железа и удаляют его с получением не содержащего железа раствора галлия; стадией ультрафильтрации, в которой не содержащий железа раствор галлия нейтрализуют с образованием суспензии гидроксида галлия, и суспензию подвергают ультрафильтрации с получением концентрированной суспензии гидроксида галлия; стадией растворения, в которой концентрированную суспензию гидроксида галлия растворяют в щелочном растворе с образованием щелочного электролитического раствора галлия; и стадией электролиза, в которой щелочной электролитический раствор галлия подвергают электролизу с извлечением металлического галлия.
2. Способ по п.1, в котором водный кислотный раствор для обратного захвата галлия представляет собой водный раствор соляной кислоты, и электродиализ раствора для обратного захвата, содержащего галлий, на стадии электродиализа осуществляют до тех пор, пока концентрация соляной кислоты в растворе для обратного захвата галлия не станет равной 0,20 н или меньше.
3. Способ по п.1 или 2, в котором концентрированный раствор галлия демонстрирует рН от 10 до 13 после регулировки рН на стадии удаления железа.
4. Способ по п.1 или 2, в котором концентрацию ионов железа в не содержащем железа растворе галлия понижают до 0,2 м.д. (миллионной доли) или меньше на стадии удаления железа.
5. Способ по п.1 или 2, в котором концентрацию галлия в суспензии гидроксида галлия увеличивают в 30-70 раз на стадии ультрафильтрации.
