Физико-химические основы экстракции галлия и алюминия из щелочно-карбонатных растворов азотсодержащими экстрагентами фенольного типа (1092027), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Соотношение объемов фаз Vо:Vв изменяли от 1:1 до 1:3.Полученные результаты приведены в таблице 39.Таблица 39 – Влияние соотношения объемов фаз на экстракцию галлия изщелочно-карбонатных растворов в присутствии алюминия. СНБЭА-0 = 0,30 моль/л,СGaисх = 0,40 г/л, СAlисх = 5,27 г/л, Скуисх=0,80-1,00 моль/л, Скарбисх = 233-300 г/л.№Vо : VвВодная фазаХGa, г/л ХAl, г/л1231:11:21:30,110,120,124,164,212,70ОрганическаяфазаYGa, г/л YAl, г/л0,290,550,271,082,052,54DGaDAlEGa,%EAl, %βGa/Al2,704,402,180,260,490,9472,868,852,320,619,638,410,48,982,31108Согласно проведенным экспериментам, можно заметить концентрированиегаллия в орагнической фазе при двукратном преобладании водной фазы надорганической, однако максимальное значение EGa = 72,8% соответсвует равнымобъемам фаз, а максимум EAl соответствует Vо : Vв = 1:3.Стоит отметить, что показатели экстракционного извлечения для галлияпревышают аналогичные показатели извлечения алюминия. Самое высокоезначение βGa/Al = 10,4 достигается при соотношение объемов фаз Vо : Vв = 1:1.Этот факт является предпослыкой возможности вытеснении алюминия галлиемпри осуществлении многоступенчатого контакта исходной водной фазы сэкстрактом предыдущей, то есть исследование экстракции методом перекрестноготока.3.2.6.
Применение перекрестного тока при экстракции галлия из щелочнокарбонатных растворов в присутствии алюминияДля подтверждения возможности улучшения процесса извлечения галлия засчетвытесненияималюминиябыла проведена экстракцияв режимемногоступенчатого перекрестного тока. Принципиальная схема данного процессаприведена на схеме 3.FS1R1FE12R2FE2En-1nEnRnСхема 3 – Принципиальная схема многоступенчатого перекрестного тока.
Fисходный водный раствор, S- исходный экстрагент, Rn- рафинат n-ой ступени,Еn- экстракт n-ой ступени.109При осуществлении экстракции с использованием перекрестного токаводный раствор делится на n-ое количество одинаковый частей. Каждый водныйраствор подвергают экстракции с органической фазой на каждой ступенипроцесса перекрестного тока. Рафинаты Rn выводят из системы после каждойступени экстракции. В то время как органическая фаза после контакта с воднойнаправляется на следующую ступень, где происходит контакт с новой порциейводного раствора и т.д.
Таким образом, экстракт выводится из системы толькопосле окончания всего процесса. В настоящем эксперименте осуществилипятиступенчатый процесс. Экстракцию галлия и алюминия проводили 0,30 моль/ли 0,50 моль/л (для сравнения) растворами НБЭА-0 из водных растворовсодержащих 4,33 ммоль/л (0,30 г/л) галлия, 210 ммоль/л (5,67 г/л) алюминия и 0,81,0 моль/л NaOH, 2,19 моль/л (300 г/л) K2CO3. Для моделирования процесса быловыбрано соотношение фаз Vо:Vв=1:1. Результаты эксперимента представлены втаблице 40 и на рисунках 54 – 56.Экстрагент0,5 М НБЭА-0Экстрагент0,3 М НБЭА-0Таблица 40 – Применение режима перекрестного тока при экстракциигаллия из щелочно-карбонатных растворов в присутствии алюминия.
СGaисх =0,30 г/л (4,33 ммоль/л), СAlисх = 5,67 г/л (210 ммоль/л), Скуисх=0,8-1,0 моль/л, Скарбисх= 300 г/л (2,19 моль/л).№ступени1234512345Водная фазаХGa, г/лХAl, г/л0,012,150,044,830,014,050,024,320,045,670,022,150,043,810,030,030,063,325,375,37Органическая фазаYGa, г/лYAl, г/л0,293,510,564,350,845,971,137,321,397,320,293,510,555,370,821,091,337,728,028,32DGaDAlβGa/Al32,115,060,560,037,717,014,31,630,901,471,691,291,631,4119,716,741,135,429,210,410,123,934,723,92,331,491,5510,323,215,4110Рисунок 54 – Зависимости УGa от числа ступеней перекрестного тока приэкстракции 1 - 0,3 М НБЭА-0, 2 - 0,5 М НБЭА-0.Рисунок 55 – Зависимости УAl от числа ступеней перекрестного тока приэкстракции 1 - 0,3 М НБЭА-0, 2 - 0,5 М НБЭА-0111Рисунок 56 – Зависимости βGa/Al от числа ступеней перекрестного тока приэкстракции 1 - 0,3 М НБЭА-0, 2 - 0,5 М НБЭА-0Согласнополученнымданным,прииспользованииконцентрацииэкстрагента 0,3 моль/л содержание галлия в органической фазе после пятогоконтакта фаз (YGa = 1,39 ммоль/л) превалирует над его содержанием ворганической фазе в случае использования НБЭА-0 концентрации 0,5 моль/л (YGa= 1,33 г/л).
При этом согласно значениям коэффициентов разделения имеет местопроцесс вытеснения алюминия галлием из фазы экстракта в ходе процесса. Прииспользовании перекрестного тока уже на третьей ступени происходитзначительное разделение металлов, βGa/Al = 41.Таким образом, полученные результаты подтверждают выбор оптимальнойконцентрации экстрагента 0,3 моль/л. В результате процесса получают экстракт,содержащий 20 ммоль/л (1,40 г/л) Ga, 271 ммоль/л (7,32 г/л) Al – то естьсоотношение Ga : Al = 1:14. Учитывая, что в исходном поташном маточнике Ga :Al ≈ 1:50, для технологических целей извлечения, концентрирования галлия иотделения его от алюминия применение перекрестного тока является весьмаэффективным методом.1123.2.7. Реэкстракция галлия из экстрактов в присутствии алюминияЗадачей экспериментов по реэкстракции является получение конечногореэкстракта, пригодного для эффективного выделения из него галлия посредствомцементации.Поэтомунеобходимоопределитьтакиепараметрыреэкстракционного процесса, в результате которого произойдет максимальноеконцентрирование галлия в водной фазе и отделение его от алюминия.Исходя из экспериментальных данных по исследованию зависимостиизвлечения галлия от концентрации каустической щелочи в растворе (раздел3.1.4),исследованийпоустановлениюконцентрацииреэкстрагентаприреэкстракции галлия из фаз экстрактов без пристутствия алюминия (раздел 3,1.14)а также проведенных исследований по изучению реэкстракции галлия взависимости от концентрации реэкстрагента NaOH из фаз экстрактов сприсутствием алюминия (таблица 41), для реэкстракции галллия была выбранаконцентрация 4 моль/л NaOH.Таблица 41 – Зависимость степени реэкстракции галлия от концентрацииреэкстрагента из экстрактов с присутствием алюминия.
Состав органическойфазы: СНБЭА-0 = 0,3 моль/л, СGaисх(орг) = 0,93 г/л (13,3 ммоль/л), СAlисх(орг) = 13,1 г/л(486 ммоль/л). Реэкстрагент: NaOH. Время реэкстракции 15 минут.№12345СNaOH,моль/л12345Водная фазаХGa, г/лХAl, мМ0,155,350,117,180,096,990,207,750,188,69Органическая фазаYGa, г/лYAl, г/л0,777,800,825,940,846,160,735,370,754,43RGa,%RAl, %β/AlGa16,511,49,6822,019,340,754,853,259,066,33,408,5011,45,138,52С целью наиболее эффективного извлечения и концентрирования галлиябыли проведены исследования по изучению степени реэкстракции галлия иалюминия в зависимости от соотношения объемов фаз экстракта и реэкстрагента.В таблице 42 приведены экспериментальные данные.113Таблица 42 – Влияние соотношения объемов фаз на реэкстракцию Ga из изэкстрактов с присутствием алюминия.
Состав органической фазы: СНБЭА-0 =0,3 моль/л, СGaисх(орг) = 1,0 г/л (14,3 ммоль/л), СAlисх(орг) = 12,75 г/л (472 ммоль/л) .Реэкстрагент: СNaOH = 6 моль/л. Время реэкстракции 15 минут.Водная фазаОрганическая фаза№Vо : VвХGa, г/лХAl, г/лYGa, г/лYAl, г/лRGa, %RAl, %12341:12:13:14:10,200,470,610,647,7512,612,512,50,730,760,790,845,406,488,599,6122,0424,720,316,158,9949,332,724,5Для установления параметров концентрирования галлия в фазе реэкстрактабыли проведены исследования по реэкстракции галлия и алюминия в зависимостиот соотношения объемов фаз. Состав исходных растворов: СНБЭА-0 = 0,3 М,СGaисх(орг) = 14,3 ммоль/л (1,0 г/л), СAlисх(орг) = 472 ммоль/л (12,75 г/л) .Реэкстрагент: СNaOH = 4 М.
Судя по полученнным результатам (таблица 42), приизменении объемов фаз в пользу органической концентрирования галлия непроисходит, ЕGa ≈ 20%. Для уменьшения объемов рабочих растворов в технологииизвлечения галлия решено было выбрать соотношение объемов фаз Vo:Vв = 3:1при его реэкстракции, в результате которой полученные растворы будутиспользоваться при цементации галлия.С целью повышения степени извлечения галлия и отделения его оталюминияопробованареэкстракцияосуществляетсямногократнымреэкстрагента.Количествоврежимеконтактированиемступенейпротивотока,экстрактаопределеноскотораярастворомпредварительнымиисследованиями.
При противоточном режиме реэкстракции (принципиальнаясхема процесса представлена на схеме 4) на первую ступень попадает исходныйэкстракт с перекрестного тока (Уисх), насыщенный галлием и алюминием (CGa =1,4 г/л, CАl = 7,32 г/л), то есть CGa:CАl=1:14.114хисхyисхx1y2y112x2y33x3x4y44Схема 4 – Принципиальная схема осуществления противоточной реэкстракцииГде: Хисх – исходный раствор реэкстрагента, Х1-Х4 – фазы реэкстрактов, Уисх –исходный экстракт, насыщенный галлием и алюминием, У1-У4 – фазы экстрактов.Весь реэкстрагент подается на конечной, в нашем случае четвертой, стадии.После контактирования на последней ступени экстракт выводится из системы, аобразовавшийся реэкстракт переходит на предпоследнюю стадию противотока.Реэкстрагент – свежий 6 М раствор NaOH (в схеме Хисх).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
