Способ получения германиевого концентрата из ископаемых углей

Авторы патента:

Y02P10/20 -

C01B3/50 - Неметаллические элементы; их соединения

Владельцы патента RU 2785550:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к способу переработки германийсодержащего сырья, в качестве которого используют германийсодержащий уголь или лигнит. Способ получения германиевого концентрата из ископаемых углей включает термообработку угля при подаче воздуха снизу и получении зольного уноса, содержащего синтез-газ и шлак, при этом термообработку угля проводят в аппарате циркулирующего кипящего слоя при температуре 800-900°С, скорость движения зоны горения поддерживают путем регулирования расхода воздуха при коэффициенте избытка воздуха α=0,2-0,3, a синтез-газ и мелкие частицы шлака на выходе направляют в тканевый фильтр для разделения на германиевый концентрат и синтез-газ. Изобретение обеспечивает большее извлечение германия в концентрат и большую калорийность синтез-газа (горючего газа) при упрощении процесса. 2 ил., 2 пр.

Изобретение относится к способу переработки германийсодержащего сырья, в качестве которого используют германийсодержащий уголь или лигнит.

Известен способ переработки германийсодержащего сырья (патент RU 2616751 Опуб. 18.04.2017 Бюл. №11), включающий его термическую обработку с использованием кислородосодержащего газа и водного раствора минеральной кислоты для извлечения германия. В качестве германийсодержащего сырья используют уголь или лигнит, в качестве раствора минеральной кислоты используют водный раствор разбавленной серной кислоты. Термическую обработку проводят в две стадии с извлечением дополнительно к германию иттрия и скандия. При этом на первой стадии первоначально проводят пиролиз в инертной среде при температуре 800-700°C с получением твердого остатка, на второй стадии сжигают этот остаток при температуре 750-700°C и коэффициенте избытка воздуха α=1,05-1,1, образования осадка Fe(OH)₃, в который переходит германий, содержавшийся в растворе, осадок отфильтровывают и сушат при 120-130°C.

Недостатками данного способа являются сложность его осуществления, отсутствие в продуктах переработки синтез-газа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения германиевого концентрата из ископаемых углей (патент RU 2293133 Опубликовано: 10.02.2007 Бюл. №4) включающий термообработку ископаемого германийсодержащего угля. Термообработку угля осуществляют с получением зольного уноса в аппарате шахтного типа путем подачи воздуха и нагрева верхнего слоя угля до температуры горения, после создания устойчивой зоны горения нагрев верхней зоны прекращают, а температуру в горящем слое не ниже 1000°C и в слое огарка не ниже 700°C, а скорость движения зоны горения поддерживают регулированием расхода воздуха при его удельной подаче 250-300 нм³ (м²ч) и при достижении зоны горения нижней части аппарата подачу воздуха прекращают.

Задачей изобретения является упрощение процесса получения германиевого концентрата из ископаемых углей при большей степени извлечения германия в концентрат и калорийности синтез-газа (горючего газа) по сравнению с прототипом.

Решение поставленной задачи достигают тем, что согласно заявленному способу получения германиевого концентрата из ископаемых углей, включающий термообработку угля с использованием воздуха и получением зольного уноса. Термообработку угля проводят в аппарате циркулирующего кипящего слоя при температуре 800-900°C, а скорость движения зоны горения поддерживают путем регулирования расхода воздуха при его подаче с коэффициентом избытка α=0,2-0,3 с получением зольного уноса содержащего синтез-газ и шлак, мелкие частицы которого на выходе поступают в тканевый фильтр для разделения на германиевый концентрат и синтез-газ.

Нижний предел температуры 800°C связан с протеканием реакций восстановления оксида германия до оксида GeO:

GeO₂+CO→GeO↑+CO₂,

GeO₂+H₂→GeO↑+H₂O.

Поскольку в продуктах реакции газификации присутствуют водород и оксид углерода образуется из твердого диоксида германия газообразный оксид германия.

Верхний предел температуры 900°C выбран для предотвращения спекания твердых частиц шлака в печи кипящего слоя.

Коэффициентом избытка воздуха в пределах α=0,2-0,3 выбран в связи с оптимальными значениями газификации угля в аппарате кипящего слоя и при α в области 0,2-0,3 изменения компонентов в смеси практически не наблюдаются фиг. 1.

Для проведения опытов изготовлена установка, показанная на фиг. 2. Установка собрана по схеме переработки угля в циркулирующем кипящем слое (ЦКС), которая сделана из кварцевого стекла и работает следующим образом.

Установка состоит из кварцевого корпуса 1 и перфорированного дна 2. За счет воздуха поступающего снизу через перфорированное дно создается кипящий слой (ЦКС) из горящих угольных частиц, которые на выходе поступают в циклон. В циклоне крупные частицы угля и золы осаждаются и поступают в оборот. Туда же поступает уголь на переработку. Мелкие частицы на выходе поступают в тканевый фильтр, где идет разделение на германиевый концентрат и синтез газ.

Преимущество циркулирующего кипящего слоя состоит в том, что на выходе газов из аппарата кипящего слоя установлен циклон, где осаждается грубый концентрат, содержащий крупные частички угля и золы, который подается назад в оборот. За счет этого повышается извлечение германия в тонкий концентрат на тканевом фильтре.

Для опытов использован лигнит состава, мас. %: W^a 8.0; А^а 2.6; S^a 0.8; С^а 55.9; Н^а 5.2; N^a 0.8; О^а 26.7. Химический состав золы лигнита, мас. %: SiO₂ - 44.0; Al₂O₃ - 17.5; Fe₂O₃ - 9.1; СаО - 9.1; MgO - 8.0; K₂O - 2.1; Na₂O - 9.4; TiO₂ - 0.8. Содержание германия - 137.0 г/т лигнита. Наименьшая теплота сгорания . При газификации лигнита с α=0,2-0.3 образуются синтез-газ, содержащий, %: 28-32 СО; 16-22 Н₂ и 1-5 СН₄.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1

Из 1 т лигнита, с содержанием германия 137 г/т при температуре 800°C и α=0,2 производится 266 г германиевого концентрата степень извлечения германия 94 против 86% и образуется синтез-газа состава, масс. %: СО - 31,8; Н₂ - 20,5 с калорийностью 6,24 против 4,9 мДж/м³ в прототипе.

Пример 2

Из 1 т лигнита, с содержанием германия 137 г/т при температуре 900°C и α=0,3 производится 264 г германиевого концентрата степень извлечения германия 93 против 86% и образуется синтез-газа состава, масс. %: СО - 32,4; Н₂ - 20,4 с калорийностью 6,03 против 4,9 мДж/м³.

Приведенные примеры не ограничивают возможность осуществления нового способа при других значениях температуры, но в заявляемом интервале. Новый способ позволяет упростить процесс и получать большее извлечение германия в концентрат и большую калорийность синтез-газа (горючего газа) по сравнению с прототипом.

Способ получения германиевого концентрата из ископаемых углей, включающий термообработку угля при подаче воздуха снизу и получении зольного уноса, содержащего синтез-газ и шлак, отличающийся тем, что термообработку угля проводят в аппарате циркулирующего кипящего слоя при температуре 800-900°С, скорость движения зоны горения поддерживают путем регулирования расхода воздуха при коэффициенте избытка воздуха α=0,2-0,3, a синтез-газ и мелкие частицы шлака на выходе направляют в тканевый фильтр для разделения на германиевый концентрат и синтез-газ.

Изобретение относится к химической промышленности и металлургии и может быть использовано для переработки германийсодержащих углей и при переработке лигнитов для генерации электрической и тепловой энергии. Переработка германийсодержащих углей включает термообработку угля в виде слоев путем подачи воздуха в нижнюю часть аппарата и нагрева верхнего слоя угля до температуры горения, создание устойчивой зоны горения, поддержание температуры в горящем слое и в слое огарка.

Способ сорбционного извлечения редких элементов из водных растворов // 2689347

Изобретение относится к гидрометаллургии редких элементов и может быть использовано для извлечения из водных растворов галлия и германия, в том числе для их последующего определения. Проводят сорбционное извлечение редких элементов из водных растворов.

Способ получения слитка германия, очищенного от примесей // 2660788

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к получению полупроводниковых материалов, и может быть использовано в производстве сырьевого германия, применяемого для выращивания монокристаллов для оптического применения. Слиток германия, очищенного от примесей, получают путем диспергирования германия в реакционной камере до капельно-газовой смеси в восстановительной среде.

Способ переработки германийсодержащих материалов // 2660444

Изобретение относится к переработке германийсодержащих отходов оптического волокна. Отходы германийсодержащего оптического волокна подвергают совместному сжиганию с германийсодержащим углем.

Способ получения изотопных разновидностей элементарного германия с высокой изотопной и химической чистотой // 2641126

Изобретение относится к области получения высокочистых веществ и касается разработки способа получения изотопнообогащенного германия, который может быть использован в микроэлектронике, ИК-оптике, нанофотонике, фундаментальных физических исследованиях. Исходным соединением для получения моноизотопных 72Ge, 73Ge, 74Ge, 76Ge является обогащенный одним изотопом германия моногерман, полученный в обогащенном состоянии последовательным выделением при центрифужном разделении моногермана с природным изотопным составом.

Способ переработки германийсодержащего сырья // 2616751

Изобретение относится к способу переработки германийсодержащего сырья, в качестве которого используют уголь или лигнит. Термическую обработку сырья проводят в две стадии для извлечения дополнительно к германию иттрия и скандия.

Способ переработки германийсодержащего сырья // 2616750

Изобретение относится к способу переработки германийсодержащего сырья, в котором в качестве германийсодержащего сырья используют уголь или лигнит. Первоначально проводят высокоскоростную вихревую термоактивацию исходного сырья при 120-220°C продуктами сжигания генераторного газа при 600-800°C и коэффициенте избытка воздуха α=1.1-1.05 с получением твердого остатка.

Способ концентрирования рассеянных элементов // 2553109

Изобретение относится к области получения и концентрирования рассеянных элементов из топочных отходов. Способ концентрирования рассеянных элементов, входящих в состав твердого полезного углеродсодержащего ископаемого, включает возгонку летучих рассеянных элементов при сжигании твердого углеродсодержащего ископаемого с получением первого возгона в виде обогащенной золы-уноса.

Способ извлечения висмута и германия из отходов производства кристаллов ортогерманата висмута // 2514546

Изобретение относится к области гидрометаллургии рассеянных элементов, а именно к способу извлечения висмута и германия из вторичных источников сырья, образующегося при механической обработке оксидных материалов, в частности к способу извлечения висмута и германия из масло-абразивных отходов производства кристаллов ортогерманата висмута.

Способ получения изотопно-обогащенного германия // 2483130

Изобретение относится к технологии получения изотопно-обогащенного германия и может быть использовано для производства полупроводниковых приборов, детекторов ядерно-физических превращений, в медико-биологических исследованиях материалов. .

1,9-(2'-гидроксиметил-1',4'-диоксано)-1,9-дигидро-(с60-ih)[5,6]фуллерен и способ его получения // 2785546

Изобретение относится к области органической химии гетероциклических соединений, в частности, к разработке прекурсора противовирусных и гепатототоксических препаратов. Раскрывается 1,9-(2'-Гидроксиметил-1',4'-диоксано)-1,9-дигидро-(С60-Ih)[5,6]фуллерен формулы (1).