Физико-химические основы экстракции галлия и алюминия из щелочно-карбонатных растворов азотсодержащими экстрагентами фенольного типа (1092027), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Так как в процессещелочнойреэкстракциипроисходитпостепенноеснижениещелочностиреэкстрагента NaOH, то для поддержания его концентрации на всех ступенях нениже 4 моль/л, концентрация исходного раствора NaOH равнялась 6 моль/л,Полученные экспериментальные данные представлены в таблице 43.Таблица 43 – Экспериментальные показатели реэкстракции Ga в режимепротивотока. Состав исходного экстракта: CGa = 1,4 г/л, CАl = 7,32 г/л,СНБЭА-0 = 0,3 моль/л.№ ступени1234Фаза реэкстрактаХGa, г/л1,680,950,760,35ХAl, г/л3,292,490,240,18Фаза экстрактаХAl/ ХGa5,16,80,81,3YGa, г/л0,930,790,290,08YAl, г/л6,322,970,160,00YAl/ YGa17,49,71,4−В результате реэкстракции в режиме противотока экстракт содержит0,08 г/л Ga и почти не содержит алюминия.
Помимо этого, удалось получитьреэкстракт, с содержанием галлия CGa = 1,68 г/л, а алюминия CАl = 3,29 г/л. Уже натретьей ступени противоточной реэстракции удалось получить водный раствор, в115котором содержание галлия CGa = 0,76 г/л, превышает содержание алюминия CАl =0,24 г/л. Это значит, что произошло значительное концентрирование галлия иразделение металлов: в итоге соотношение Ga:Al изменяется от 1:14 в исходномэкстракте до 1:5 в конечном реэкстракте. Таким образом, на выходе был полученщелочной раствор, проведение цементации из которого на галламе алюминияпозволит не только сэкономить большие количества алюминия, но и получитьдостаточно большой выход галлия.Экстракт с четвертой стадии противотока, который содержит 0,08 г/л Ga ипочти не содержит алюминия, в технологии подвергается процедуре регенерацииэкстрагента.3.2.8.
Цементация галлияСогласно анализу литературных данных [19], для успешного проведенияцементации разница между металлом цементатором и восстанавливаемымметаллом должна быть больше 0,3 В. Проводить цементацию галлия на алюминииэкономически невыгодно вследствие близости потенциала выделения водорода(перенапряжения водорода) на алюминии (-1,36 В) к потенциалу выделения галлия (Ga/[Ga(OH)4]- = -1,2 В). В этом случае потребуется большой расходалюминия. Стоит отметить, что электрохимический потенциал Al/[Al(OH)4]- = 2,35 В.В данной работе цементацию проводили, используя растворы алюминия вгаллии – галламу алюминия с содержанием алюминия 3 % от галлия по массе.
Вэтом случае условия цементации галлия более эффективны: потенциал алюминияв галламе ниже, чем потенциал чистого алюминия, в то время как значениепотенциала выделения водорода на галламах больше (на галламе с концентрацией0,3% Аl перенапряжение водорода равно -1,82 В),116Процесс цементации описывается общим уравнением (24), на катодных участкахцементатора протекают реакции (25, 26) и одновременно на анодных реакция(27):2Al+Na2O+3Н2O=2NaAlO2+3Н2(24)[Ga(OH)4]- + 3e → Ga + 4OH-(25)2H2O + 2e → H2↑ + 2OH-(26)Al + 4OH- - 3e → [Al (OH)4]-(27)Галламуалюминияготовилидобавлениемстружкиалюминияврасплавленный галлий при температуре 60°С под тонким слоем слабо-щелочногораствора при постоянном перемешивании.
Содержание алюминия в галламесоставило 3% по массе (для приготовления галламы было взято 30 грамм галлия и1,5 грамм алюминия).В традиционной технологии галлия цементацию проводят из щелочныхрастворов после двухстадийной карбонизации и отделения от примесей (схема 1),так как присутствие ионов железа, хрома, ванадия существенно снижают выходгаллия при цементации. Цементацию проводят из растворов, состава: ~200 моль/лNa2O, 43 г/л Al2O3 и 0,33 г/л Ga2O3 [105]. В работе [106; 107] сообщается оцементациинацинковойстружке,однаковысокопродуктивным вследствие невысокогоэтотметодвыхода галлиянеявляетсяивведениядополнительного компонента – цинка – в систему.В настоящей работе выделение галлия из фазы реэкстракта (1,68 г/л Ga,~3,29 г/лAl,~4,0 моль/лNaOH)методомцементациипроводиливтермостатическом стеклянном сосуде объемом 1 л с погруженной мешалкой нагалламе алюминия.
Для интенсификации процесса эксперимент проводили притемпературе 40°С, которую создавали и поддерживали, используя водяную банюпри постоянном перемешивании. Время проведения процесса цеменатциисоставило 45 минут. После цементации раствор отделяли от цементного осадкадекантацией и анализировали на содержание галлия и алюминия.
За времяпроцесса в раствор перешло около 99% галлия. Расход алюминия составил 7117граммовна1граммгаллия.Такиевысокиепоказателицементацииобуславливаются отсутствием примесных элементов, а также значительнойконцетрации галлия реэкстракте – растворе для цементации.Полученный цементный осадок промывали водой для удаления из негоалюминия, при этом галлий остается в нем в виде металла.
Затем осадокрастворяли в 3 М NaOH при нагревании и анализировали на содержание галлия иалюминия. В результате проведенной цементации были полученны качественныеэкспериментальные данные, свидетельствующие об успешном прохождениипроцесса цементации из полученного в режиме противотока реэкстракта.3.2.9. Принципиальная технологическая схемаНаоснованииполученныхэкспериментальныхданныхможнопредположить принципиальную схему (схема 5) экстракционного извлечениягаллия из щелочно-карбонатных растворов нефелинового производства.118Поташный маточный раствор (Ga:Al = 1:50)Разбавление до СК2СО3 = 2 моль/лH2OЭкстрагент 0,3МНБЭА-0 в октане с20% об.
добавкойоктанолаЭкстракция в режиме перекрестноготока. Vв:Vо = 1:1РафинатЭкстракт (Ga:Al = 1:14)Реэкстракция в режиме противотока.Vв:Vо = 3:1~ 6М NaOHЭкстракт с Al~ 3М NaOHРеэкстракт раствор Na[Ga(OH)4]Ga:Al = 1:5Реэкстракция AlVв:Vо = 1:1ЭкстрагентРаствор Na[Al (OH)]4]галламаалюминияЦементация GaNaHCO3РегенерацияэкстрагентаВ производствоглиноземаGaметаллическийРаствор послецементацииРегенерированныйэкстрагентСхема 5 – Принципиальная технологическая схема экстракционного извлечениягаллия из щелочно-карбонатных растворов с использованием НБЭА-0 в качествеэкстрагента.119По предлагаемой схеме поташный маточный раствор после стадииразбавления до оптимальной концентрации карбоната калия поступает наэкстракцию галлия ~0,3 М раствором НБЭА-0 в смеси разбавителей октана с 20%об.
добавкой октанола при Vв:Vо ~ 1:1. Экстракция осуществляется методомперекрестного тока: экстрагент контактирует на каждой ступени со свежейпартией водного раствора, постепенно насыщаясь галлием. Рафинат послеэкстракциивозвращаютРеэкстракциюпроводятнавстадиюрежимеразбавленияпоташногопоследовательногоматочника.противотока~6 Мраствором NaOH, благодаря чему на данном этапе осуществляется отделениегаллия от алюминия, который остается в органической фазе. Алюминий изорганической фазы на следующем этапе реэкстрагируют ~3 М раствором NaOH инаправляютвпроизводствополученияконкретныхсоединений.Изпротивоточного реэкстракта – щелочного раствора Na[Ga(OH)]4 проводятцементацию на галламе алюмиия с получением металлического галлия.Щелочной раствор после цементации направляют на стадию реэкстракции.120СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙKк – константа кислотности;Kосн – константа основности;CМисх – исходная концентрация металла, где М – Ga, Al;Cкуисх – исходная концентрация каустической щелочи;Cкарбисх – исходная концентрация карбонатной щелочи;XM – равновесная концентрация металла в водной фазе, где М – Ga, Al, Na, K;YM – равновесная концентрация металла в органической фазе,где М – Ga, Al, Na, K;Xку – равновесная концентрация каустической щелочи в водной фазе;Yку – равновесная концентрация каустической щелочи в органической фазе;Xкарб – равновесная концентрация карбонатной щелочи в водной фазе;Yкарб – равновесная концентрация карбонатной щелочи в органической фазе;Vв, Vо – объемы водной и органической фаз;∆х – доверительный интервал;DM – коэффициент распределения металла, где М – Ga, Al, Na, K;βM1/M2 = DM1/DM2– коэффициент разделения металлов, где М – Ga, Al;EM – (Yм100% )-степень извлечения металла при экстракции, где М – Ga, Al, Na,СисхмK;RM – (Xм100% )-степень извлечения металла при реэкстракции, где М – Ga, Al,СоргмNa, K;[Na2Oку, моль]αку= –––––––––––––––––––––––– –каустический модуль раствора;[Al2O3, моль]+[Ga2O3, моль]ДМСО – диметилсульфоксид;Cyanex 923 и 925 – три(н-гексил)фосфиноксид, три(н-октил)фосфиноксид, ноктил-ди(н-гексил)фосфиноксид и н-гексил-ди(н-октил)-фосфиноксид;121"101Л" и БАФФО – п-третбутилфенолформальдегидне олигомеры (техническаямарка азотсодержащего олигомера "Яррезин Б", "ЯРБ");ВМС – высоко-молекулярное соединение;ТАМАМС – сульфат триалкилметиламмония;ЭДТА – этилендиаминтетрауксусная кислота;ПАН – пиридилазо-2-нафтол;КЧ – с координационное число;ЧАС – соль четвертичного аммониевого основания;НБЭА-0 – N-(2-гидрокси-5-нонилбензил)-,-дигидроксиэтиламин;НБЭА-2 – N-(2-гидрокси-5-нонилбензил)--гидроксиэтилметиламин.122ВЫВОДЫ1.Для извлечения, концентрирования и отделения галлия от алюминия изпоташных маточных растворов глиноземного производства рекомендованэкстрагент НБЭА-0.2.Определены основные закономерности экстракции галлия и алюминия изиндивидуальныхщелочно-карбонатныхрастворов.Установленысоставыэкстрагируемых комплексов Ga и Al.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
