Способ извлечения галлия из маточных и оборотных растворов процесса байера

Способ извлечения галлия из маточных и оборотных растворов процесса Байера, включающий цементацию на галламе алюминия с предварительной очисткой растворов от примесей, отличающийся тем, что, с целью увеличения извлечения галлия и снижения затрат на его производство, очистку ведут путем обработки маточного раствора известью из расчета 20-60 г/л активной окиси кальция в течение 0,5-1,0 ч, смешивания полученной пульпы с оборотным раствором в соотношении к маточному (1,0-0,5):1, перемешивания в течение 0,5-2,0 ч и декантации с последующим отстаиванием и направлением осадка в процесс Байера, а раствора на цементацию.

Изобретение относится к цветной металлургии, к гидрометаллургии галлия и может быть использовано для получения галлия из маточных и оборотных растворов, получаемых при переработке бокситов на глинозем способом Байера.
Известен способ извлечения галлия из маточного и оборотного растворов процесса Байера цементацией на галламе алюминия с предварительной очистной этих растворов от примесей, в котором оборотный раствор охлаждают до 58-65^oC с кристаллизацией соды, мышьяка, фтора и органических веществ, фильтрат смешивают с маточным раствором в соотношении 0,9-0,5:1 и охлаждают до 20-25^oС с кристаллизацией ванадий-фосфорных соединений, а затем выделяют галлий цементацией последовательно на нескольких галламах.
Недостатками этого способа являются
многостадийность,
применение дорогостоящего принудительного охлаждения растворов с использованием, как правило, экологически вредного фреона,
высокая остаточная концентрация ванадия при очистке растворов (0,16- 2 г/л V₂O₅), что увеличивает количество цементаторов и объем металла в незавершенном производстве,
отсутствие очистки от кремнезема, что понижает извлечение галлия на 6-8%
Указанные недостатки известного способа снижают извлечение галлия и делают его производство дорогим.
Известен также способ извлечения галлия из растворов процесса Байера с очисткой растворов от примесей перед восстановлением по патенту США N 442115, приоритет 30.09.81 г. кл. С 25 С 1/00, опубл. 20.12.83 г. В соответствии с патентом для очистки растворов используют:
принудительное охлаждение с последующей кристаллизацией солей ванадия, фосфора, оксалатов и др.
окисление органических веществ воздухом,
ввод сорбента в виде активированного угля,
обработку известью в количестве эквивалентном содержанию в растворах карбонатов,
обработку сульфидом натрия и сульфатом меди,
дополнительную упарку после очистки.
Различным сочетанием указанных приемов получают технологические режимы, при которых очистка растворов от примесей обеспечивает извлечение галлия при электролизе от 46,1 до 78,4% (по раствору).
Недостатками этого способа являются также многостадийность и сложность процесса очистки растворов и, как следствие, высокий уровень затрат на производстве галлия.
Более близким к заявляемому способу является способ извлечения галлия из оборотных и маточных растворов процесса Байера по а.с. N 510848, который принят за прототип.
Недостатками прототипа являются многостадийность процесса очистки растворов, необходимость применения принудительного охлаждения, недостаточная очистка от ванадия и отсутствие очистки от кремнезема.
Кроме того, в прототипе к проблемам очистки растворов не привлекается известь, вводимая в процессе Байера в количестве до 4% от веса боксита. Указанные недостатки прототипа снижают извлечение галлия и делают его производство дорогим.
Целью изобретения является увеличение извлечения галлия растворов и, снижение затрат на его производство.
Цель достигается тем, что маточный раствор обрабатывают известью из расчета 20-60 г/л активной окиси кальция в течение 0,5-1,0 ч, полученную пульпу смешивают с оборотным раствором в соотношении с маточным 1-0,5:1, вновь перемешивают 0,5-2,0 ч, декантируют, раствор отстаивают и направляют осадок в процесс Байера, а раствор на цементацию.
Сущность, технического решения заключается в том, что известь, вводимую в процесс Байера для технологических целей в количестве 3-4% от веса боксита, первоначально используют для комплексной очистки оборотного и маточного растворов выделенных для получения галлия. Известь вводится в маточный раствор из расчета 20-60 г/л активной окиси кальция. Маточный раствор является менее концентрированным по сравнению с оборотным, в связи с чем каустификация карбонатной щелочи в нем протекает полнее, чем в смеси маточного и, оборотного растворов. Кроме того, оборотный раствор смешивают с состоящей из маточного раствора и извести пульпой, в которой присутствует уже образовавшаяся фаза гидрограната кальция. В этих условиях образуется гидрогранат кальция, отличающийся большим насыщением кремнезема и высокими сорбционными свойствами.
При таком режиме ввода реагентов достигается комплексная очистка растворов от ванадия, кремнезема, мышьяка, фосфора, органических веществ. Извлечение галлия цементацией на галламе алюминия из маточных и оборотных растворов процесса Байера очищенных предлагаемым способом достигается 90%
Такой совокупности признаков как в заявляемом способе, а именно:
маточный раствор обрабатывают предназначенной для использования в процессе Байера известью из расчета 20-60 г/л активной окиси кальция в течение 0,5-1,0 часа,
в известковую пульпу вводят оборотный раствор в соотношении к маточному 1,0-0,5:1 и вновь перемешивают 0,5-2,0 часа,
осадок известковой обработки декаптируют и направляют в процесс Байера вместо первоначальной извести, а раствор отстаивают и используют на цементации галлия, в известных технических решениях нет.
Примеры конкретного выполнения способа.
Было поставлено 2 серии опытов.
1. Первая серия опытов.
В маточные раствор состава, г/л: Na₂О_ку 166,6; Na₂O_об186,0; Al₂O₃ 199,6; _ку2,5; Са 0,20; Si0₂ 0,76; V₂O₅ 0,16, ввели активную окись кальция (известь) в количестве 20 г/л пo CaО_акт. Полученную пульпу перемешивали 0,5 час, после чего в нее ввели оборотный раствор состава, г/л: Nа₂0_ку 224,8; Na₂O_об 236,0; Al₂O₃ 137; _ку2,7; СаO,27; SiO₂ 1,1; V₂O₅ 0,20 в соотношении к маточному раствору 1:1 (по объему). После этого перемешивание продолжали 1ч. Затем пульпу отфильтровали. Осадок использовали вместо извести на вскрытии бокситов. Очищенный раствор состава, г/л: Na₂O_ку 200,5; Na₂O_об 220,2; Аl₂О₃ 125,8; _ку2,62;; Ga 0,23; SiO₂ 0,60; V₂O₅ 0,08, после отстаивания использовали для цементации галлия на галламе алюминия, извлечение галлия из раствора получили 65,5%
На таком же составе маточного и оборотного растворов поставили ряд опытов с разной дозировкой извести, разной продолжительностью перемешивания пульп и разным соотношением смешиваемым растворов.
Данные сведены в табл.2.
2. Вторая серия опытов была поставлена на растворах следующего состава, г/л (табл.1).
Данные по опытам сведены в таблицу 2.
Результаты опытов показывают, что по предлагаемому способу в пределах заявляемых параметров извлечения галлия выше, чем по прототипу.
Выход за пределы заявляемых параметров приводит к снижению извлечения галлия за счет неэффективной очистки растворов в случае выхода за нижний предел параметров.
В случае выхода за их верхний предел снижение извлечения галлия объясняется высокой концентрацией общей щелочи растворов. Кроме того, при этом имеет место большой расход извести, ухудшается отстаиваемость растворов, наблюдается шламирование галлия при цементации.
Осадки после очистки растворов состоят из гидрограната, гидроксида кальция и следов известняка.
Частичная замена извести используемой в процессе Байера на этот осадок не вызывала снижения извлечения оксида аллюминия на выщелачивании боксита и не осложняла процесс фильтрации алюминатного раствора.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет предназначенную для процессе Байера известь первоначально использовать для очистки маточных и оборотных растворов с целью получения галлия, повышает эффективность очистки, увеличивает извлечение галлия до 70% против 50% по прототипу.
Использование: извлечение галлия из маточных и оборотных растворов процесса Байера цементаций на галламе алюминия с предварительной очисткой растворов от примесей. Сущность: маточный раствор обрабатывают СаО в количестве 20-60 г/л в течение 0,5-1,0 с последующим смешением полученной пульпы с оборотным раствором в соотношении (1-0,5):1 в течение 0,5-2,0 часа с последующим отстаиванием пульпы с получением очищенного раствора и кальциевого осадка; последний направляют на приготовление исходной бокситовой пульпы процесса Байера, а очищенный раствор на извлечение галлия. 2 табл.