СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГАЛЛИЯ ИЗ АНОДНОГО ОСАДКА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2004 года по МПК C22B58/00 

Изобретение относится к металлургии редких металлов, в частности к получению галлия, и может быть использовано при переработке анодных осадков, образующихся в производстве алюминия высокой чистоты.

Известен способ переработки галлийсодержащих шламов, предусматривающий выщелачивание шлама щелочью (25% раствор) при температуре до 100°С (Авторское свидетельство СССР №600203, кл. С 22 В 58/00, 1978, Иванова Р.В. Химия и технология галлия, - М., Металлургия, 1973, с. 326-340). Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает высокого извлечения галлия из бедных по галлию (до 0,4%) и богатых по меди (до 30%) анодных осадков производства алюминия высокой чистоты, а его применение возможно только для богатых по галлию (не менее 90%) осадках. При этом извлечение галлия не превышает 80%.

Наиболее близким техническим решением является способ извлечения галлия щелочным раствором при температуре 100°С. Процесс проводят в автоклавах при давлении 1,5-4,5 атм, с подачей воздуха со скоростью 240-280 л/час (RU 2064518 С1). Извлечение галлия этим способом составляет 75-98%, однако указанный диапазон извлечения относится к процессу выделения галлия из его оксида, а не к общему процессу переработки анодных осадков. В этом случае сквозное извлечение галлия снижется до 50-70% из-за присутствия в растворе трудно растворимых медно- и галлийсодежащих интерметаллидов, в которых находится около 40-45% галлия (зависит от состава анодных осадков). Нерастворенные интерметаллиды, извлекаемые вместе с кеком, составляют основные потери галлия в производстве. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение технико-экономических показателей процесса, а также комплексное использование анодных осадков в результате попутного получения черновой меди, являющейся, по существу, товарным продуктом. Технический результат достигается пирометаллургической переработкой материала с целью получения продукта, извлечение галлия из которого возможно известными способами (выщелачивание с цементацией или электролизом). Данный продукт получается путем расплавления анодного осадка, насыщения расплава кислородом и переводом галлия в форму оксида. Плавку проводят с флюсом, состоящим из кальцинированной соды Na₂CO₃ и оксида кремния SiO₂. Для введения в расплав кислорода используют добавку оксида меди Cu₂O.

Переработку галлийсодержащих анодных осадков ведут в расплаве при температуре 1180-1260°C с целью полного перевода галлия в оксидную форму Gа₂O₃, что не возможно в щелочных растворах из-за присутствия трудно растворимых медно- и галлийсодержащих интерметаллидов. В расплаве галлий находится в ионном виде и легко переходит в оксидную форму, связываясь с кислородом.

Введение флюса Na₂CO₃ и SiO₂ необходимо, с одной стороны, для предотвращения нежелательного преждевременного окисления компонентов сплава при их плавлении, с другой стороны, он используется как извлекающая фаза для оксида галлия. Соотношение Na₂CO₃ к SiO₂ находится в пределах от 2:0,75 до 2:1 по массе и зависит от содержания кремния в исходном сырье. При изменении пределов соотношения меняются свойства шлака (увеличивается температура плавления, снижается поверхностное натяжение на границе раздела фаз), что существенно увеличивает механические потери галлия. Суммарный расход флюсов на плавку составляет 70-120% от массы анодных осадков, обеспечивая формирование шлаковой фазы и полного перехода галлия в оксидную форму. Температура процесса 1180-1260°С выбрана исходя из температуры плавления исходного сырья и полученных продуктов (при богатом по меди анодном осадке).

В качестве источника кислорода использовали оксид меди Сu₂О, поскольку продувка расплава кислородсодержащим дутьем не обеспечивает желаемого результата. При высоком содержании алюминия (больше 7%) в исходном сырье в процессе продувки на границе газовой фазы с металлом образуется прочная пленка оксида алюминия Аl₂О₃, которая препятствует проникновению кислорода в массу металла и, таким образом, блокирует процесс окисления. Количество добавляемого оксида меди рассчитывают, учитывая потребность кислорода на окисление галлия, алюминия, кремния и железа с избытком 0,5-5,0% по массе. Общее количество Сu₂О составляет 90-110% от массы анодных осадков и зависит от состава сырья. При повышенном расходе Сu₂O увеличиваются потери меди со шлаком, что нецелесообразно. При пониженном расходе Cu₂O часть не окисленного галлия остается в металле, тем самым снижая степень его извлечения. По достижении заданной температуры (~1200-1250°С) расплав выдерживают 30-40 минут, затем извлекают из печи. Продукты плавки - слиток металла, представляющий собой черновую медь и шлак, легко отделяемый от металла. Содержание галлия в шлаке составило 2,0-2,5%. Извлечение меди в металл - 90%, но в принципе, возможно, его повышение, например, за счет перемешивания расплава. Часть полученной меди можно направить на окисление по известной технологии с целью получения Cu₂O, идущего в основной процесс. Извлечение галлия в шлак составило 94-99%, что значительно выше, чем в прототипе. Сравнительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается от известного принципиально новым подходом к рассматриваемой проблеме комплексной переработки анодных осадков. Процесс извлечения из галлийсодержащего анодного осадка ведут в расплаве при температуре 1180-1260°С с флюсом Na₂СО₃ и Si₂O (70-120% от массы исходного сырья) и добавлением оксида меди Сu₂О (90-110% от массы исходного сырья) в качестве источника кислорода, необходимого на окисление галлия, алюминия, кремния и железа.

В работе использовались анодные осадки состава: 10% Аl, 2,0% Si, 2,0% Fe, 84% Сu и 2% Ga.

Примеры осуществления способа приведены в таблице.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при получении галлия из анодных осадков, образующихся при электролитическом рафинировании алюминия. Сущность предложенного изобретения заключается в том, что окисление галлия осуществляется в результате плавки анодных осадков при температуре 1180-1260°С с флюсом Na₂CO₃ и SiO₂ с добавкой в качестве окислителя Cu₂O. Расход флюса на плавку составляет 70-120% от массы анодных осадков при соотношении Na₂CO₃ и SiO₂ как 2:(0,75-1). Добавление оксида меди в качестве окислителя составляет 90-115% от массы исходного сырья. Способ позволяет повысить извлечение галлия в шлак (~на 30%) и попутно получить черновую медь. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ извлечения галлия из анодных осадков электролитического рафинирования алюминия, включающий перевод галлия в оксидную форму и выщелачивание с последующим выделением металлического галлия из щелочного раствора, отличающийся тем, что окисление галлия осуществляют в результате плавки анодных осадков при температуре 1180-1260°С с флюсом Na₂CO₃ и SiO₂ с добавкой в качестве окислителя Сu₂О.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход флюса Nа₂СО₃ и SiO₂ на плавку составляет 70-120% от массы анодных осадков при соотношении Nа₂СО₃ и SiO₂ как 2:(0,75-1).3. Способ по п.1, отличающийся тем, что добавление оксида меди Сu₂O в качестве окислителя составляет 90-115% от массы исходного сырья.