Физико-химические основы экстракции галлия и алюминия из щелочно-карбонатных растворов азотсодержащими экстрагентами фенольного типа, страница 14

В результате реэкстракции выпадает осадок гидроксидовметаллов Ga(OH)3 и Al(OH)3, который концентрируется на границе раздела фаз,что делает этот процесс не приемлемым.1003.2. ЭКСТРАКЦИЯ ГАЛЛИЯ И АЛЮМИНИЯ НБЭА-0 ИЗ СОВМЕСТНЫХЩЕЛОЧНО-КАРБОНАТНЫХ РАСТВОРОВПосле изучения экспериментальных данных по экстракции галлия иалюминия из индивидуальных щелочно-карбонатных растворов следующимлогичным этапом по поиску оптимальных параметров процесса извлечения,концентрирования галлия и отделения от алюминия из поташных маточныхрастворовглиноземногопроизводстваявляетсяисследованиеэкстракцииметаллов из совместных растворов 1.

Основной задачей данного раздела являетсяподбор таких параметров экстракциии и реэкстракци галлия из щелочнокарбонатных растворов с 50-кратным преобладанием алюминия, чтобы врезультате получить щелочной раствор реэкстракта, пригодного для ффективногопроведения цементации галлия.3.2.1. Влияние времени контакта фаз на экстракцию галлиявприсутствии алюминияПри определении времени контакта фаз при экстракции галлия 0,30 МНБЭА-0 использовали щелочно-карбонатные растворы, в которых, как ипромышленных поташных маточниках, содержание алюминия превышалосодержание галлия примерно в 50 раз. Результаты исследования приведены нарисунке 49 и в таблице 35.1Поскольку задача раздела заключается в определении технологическихпараметров, то большинство экспериментальных значений будут указываться вразмерности г/л.101Рисунок 49 – Зависимость коэффциента распределения галлия и алюминия отвремени контакта фаз при экстракции 0,3 М НБЭА-0 из щелочно-карбонатныхрастворов в присутствии алюминия.Таблица 35 – Влияние времени контакта фаз на экстракцию галлия 0,3 МНБЭА-0 из щелочно-карбонатных растворов в присутствии алюминия.

Составводных растворов: CGaисх = 0,28 г/л (4,02 ммоль/л), CAlисх = 5,99 г/л (222 ммоль/л),Скуисх=1,30 моль/л, Скарбисх = (277 г/л), 2,02 моль/л.№Времяконтакта,мин12345510156090Водная фазаОрганическаяфазаХGa,г/лХAl,г/лYGa,г/лYAl,г/л0,050,040,040,040,041,871,461,291,371,410,230,230,230,240,244,134,524,704,384,58DGaDAlEGa,%EAl, %βGa/Al4,715,705,676,146,022,213,103,653,383,2582,585,785,086,085,868,975,678,577,276,52,131,841,551,821,85Согласно экспериментальным данным равновесие при экстракции галлия впристутсвии алюминия достигается за 10 минут контакта фаз, при этом степеньизвлечения галлия (EGa) составиляет ~85%.

При этом очевидно преобладаниеизвлечения галлия над извлечением алюминия, несмотря на значительноеколичество в растворе последнего. Такое небольшое время контакта позволяет102осуществлять технологическую экстракцию галлия путем непрерывного процесса.Дальнейшие эксперименты по экстракции галлия из щелочно-карбонатныхрастворов в присутствии алюминия будут проводиться при времени контакта фаз,равного 10 минутам, если иное не будет оговорено особо.3.2.2.

Влияние концентрации экстрагента на извлечение галлияв присутствии алюминияДля изучения влияния алюминия на извлечение галлия при различныхконцентрацияхэкстрагентабылиизученызависимостикоэффициентовраспределения металлов от концентрации экстрагента. Исходные водныерастворы содержали 0,30 г/л Ga и ~6 г/л Al (мольное соотношение ~50), Скуисх =0,80 моль/л, Скарбисх = 300 г/л. Экстракцию проводили растворами НБЭА-0 вдиапазоне концентраций 0,05-0,70 моль/л. Результаты представлены на рисунках50, 51 и в таблице 36.Рисунок 50 – Зависимость коэффициентов распределения галлия и алюминия отконцентрации экстрагента.βGa/Al103Рисунок 51 – Зависимость степени разделения галлия и алюминия отконцентрации экстрагента.Таблица 36 – Влияние концентрации экстрагента НБЭА-0 на экстракциюгаллия из щелочно-карбонатных растворов в пристутствии алюминия.

СGaисх =0,30 г/л (4,30 ммоль/л), СAlисх = 5,99 г/л (222 ммоль/л), Скуисх=0,80 моль/л, Скарбисх =300 г/л (2,19 моль/л), VО:VВ = 1:1.СНБЭА-0,моль/л№123456780,050,100,200,300,400,500,600,70Водная фазаХGa,г/л0,030,030,020,020,020,020,010,70ХAl,г/л0,961,341,341,341,481,531,611,21ОрганическаяфазаYGa,YAl,г/лг/л0,275,020,274,640,284,640,284,640,284,510,284,460,294,370,294,78DGaDAlEGa,%EAl, %βGa/Al9,6510,615,014,314,718,019,941,85,243,473,463,473,062,912,713,9490,691,493,893,593,694,795,297,784,077,677,677,675,474,473,179,81,843,044,334,134,806,177,3310,6Из полученных данных видно, что EGa = 90,7-97,7% при извлечении изсовместного раствора выше максимальной EGa = 86,5% при его извлечении изиндивидуальных растворов. Значение EAl =73-84%, в свою очередь, превышаетстепень его извлечения из индивидуального раствора примерно в 7-10 раз. Но, какследует из Рисунка 4,2.

DGa больше DAl, а коэффициент разделения металлов при104концентрации НБЭА-0 0,70 моль/л составляет 10,59. Однако использование втехнологии 0,70 М НБЭА-0 затруднительно вследствие существенной вязкостиреагента. Кроме этого высокая концентрация экстрагента экономически невыгодна. Поэтому, для технологической экстракции галлия рекомендованаконцентрация экстрагента 0,3 моль/л.3.2.3. Влияние концентрации каустической щелочи на экстракцию галлияв присутствии алюминияЦелью изучения характера влияния содержания каустической щелочи висходных щелочно-карбонатных растоворах на извлечение галлия являетсяопределениеоптимальнойконцентрацииреэкстрагентаNaOH,атакжепредварительная оценка характера и степени реэкстракции галлия. Растворы дляданного эксперимента имели следующий состав: СGaисх = 0,32-0,39 г/л, СAlисх =5,43-5,60 г/л, Скарбисх= 300 г/л.

Концентрацию каустической щелочи варьировалиот 0,76 до 6,00 моль/л. СНБЭА-0 = 0,3 моль/л. Результаты экспериментов приведеныв таблице 37 и на рисунке 52.Таблица 37 – Влияние концентрации каустическй щелочи в водной фазе наизвлечение галлия из щелочно-карбонатных растворов в присутствии алюминия.СGaисх = 0,32-0,39 г/л (4,59-5,59 ммоль/л), СAlисх = 5,43-5,60 г/л (201-207 ммоль/л),Скарбисх= 300 г/л (2,19 ммоль/л), СНБЭА-0 = 0,3 моль/л.№1234567Скаустисх,моль/л0,761,02,03,04,05,06,0Водная фазаХGa,г/л0,080,080,100,130,180,160,17ХAl,г/л2,622,913,553,834,084,314,49ОрганическаяфазаYGa,YAl,г/лг/л0,252,840,272,700,271,880,251,600,211,300,181,180,181,03DGaDAlEGa,%EAl, %βGa/Al3,323,292,701,871,131,131,061,090,930,530,420,320,270,2376,676,773,065,253,053,051,552,148,134,729,524,121,518,63,053,555,104,473,544,124,65105Рисунок 52 – Влияние концентрации каустическй щелочи в водной фазе наизвлечение галлия из щелочно-карбонатных растворов в присутствии алюминия.(1 – EGa, 2 – EАl).Согласно полученным результатам, из щелочно-карбонатных раствров с 50кратным преобладанием содержания Al над содержанием Ga минимум E Ga=53%достигается при NaOH=4-6 моль/л.

Степень экстракции алюминия (EAl=52-18,6 %)ниже, чем у галлия, что объясняется более кислотным характером последнего.При этом максимальная степень разделения металлов βGa/Al=5,2 соотвествуетисходному содержанию каустической щелочи в водном растворе 4-6 моль/л, чтоявляетсяпредпослыкойдлявыбораданнойконцентрацииNaOHприреэкстракции.3.2.4. Влияние концентрации карбоната калия на экстракцию галлияв присутствии алюминияСравнение показателей экстракции галлия и алюминия из индивидуальныхрастворов при различном содержании карбоната калия в них обнаруживаетнекоторые различия в характере поведения металлов при их извлечении (Раздел3,5). Максимальное извлечение металлов происходило при различных исходных106концентрациях карбоната в водной фазе.

Таким образом, необходимо изучениеизвлечения галлия из растворов с присутствием алюминия в зависимости отсодержания карбоната калия для установления оптимальной концентрациипоташа с целью наиболее эффективного извлечения галлия и отделения оталюминия.Полученные экспериментальные данные представлены на рисунке 53 и втаблице 38.Рисунок 53 – Влияние концентрации карбоната калия в водной фазе наизвлечение галлия из щелочно-карбонатных растворов с присутствием алюминия.Таблица 38 – Влияние концентрации карбоната калия в водной фазе наизвлечение галлия из щелочно-карбонатных растворов с присутствием алюминия.СGaисх = 0,30 г/л (4,30 ммоль/л), СAlисх = 4,00-4,27 г/л (148-158 ммоль/л), Скуисх=0,81,5 моль/л, СНБЭА-0 = 0,30 моль/л.Водная фаза№Скарбисх, г/л12345100200249300349ХGa,г/л0,100,100,070,070,07ХAl,г/л2,842,672,673,213,21ОрганическаяфазаYGa,YAl,г/лг/л0,201,070,201,610,231,880,232,150,232,15DGaDAlEGa,%EAl, %βGa/Al2,002,003,343,343,340,370,610,710,670,6766,766,776,976,976,926,837,741,340,140,15,413,284,704,994,99107Согласно полученным экспериментальным данным максимальная степеньизвлечения галлия EGa = 76,9%, а также максимальное значение коэффициентаразделения галлия и алюминия βGa/Al = 4,97, приходится на концентрациюкарбоната калия 300 г/л.

При 50-тикратном превышении содержания алюминиянад концентрацией галлия в исходных растворах, EAl почти вдвое ниже EGa. Вреальных поташных маточниках среднее содержание карбоната примерно 350 г/л,из этого следует, что эффективное извлечение галлия и отделение его оталюминия возможно при относительно небольшом разбавлении исходногопоташного маточного раствора.3.2.5. Влияние соотношения объемов фаз на экстракцию галлия вприсутствии алюминияБылапроверенавозможностьконцентрированиягаллиянастадииэкстракции путем исследования параметров извлечения галлия и алюминия взависимости от соотношения объемов фаз. Было исследовано извлечение галлия иалюминия 0,30 М раствором НБЭА-0 из растворов следующего состава: СGaисх =5,70 ммоль/л (0,40 г/л), СAlисх = 194 ммоль/л (5,27 г/л),, Скуисх=0,8-1,0 5,27 моль/л,Скарбисх = 233-300 5,27 г/л.