СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГАЛЛИЯ ИЗ ПЫЛЕЙ ЭЛЕКТРОЛИЗА АЛЮМИНИЯ Советский патент 1995 года по МПК C22B58/00 

Изобретение относится к редким металлам, в частности к технологии извлечения галлия из пылей электролиза алюминия.

Целью предлагаемого изобретения является повышение степени извлечения галлия и отделение его от фтора при переработке пылей электролиза алюминия.

Поставленная цель достигается тем, что в способе извлечения галлия из пылей электролиза алюминия, включающем высокотемпературный обжиг пыли с получением галлийсодержащего огарка и последующим его выщелачиванием, согласно изобретению, огарок перед выщелачиванием подвергают сульфатизации при скорости подачи серной кислоты, равной 0,8-1,2 дм³/кг ˙ ч, а выщелачивание ведут водой.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. В пылях электролиза алюминия галлий частично присутствует в виде комплексных фторидов типа Na₃GaF₆, Na₅Ga₃F₁₄ и Na₁₃GaG₂₃, которые не разрушаются при высокотемпературном обжиге пыли и плохо растворяются при следующем выщелачивании в минеральных кислотах
При проведении по предлагаемому способу сульфатизации огарка перед выщелачиванием при заданной скорости подачи серной кислоты комплексные фториды галлия вначале разлагаются до образования простых фторидов галлия и фтористого водорода, например, по реакции:
2Na₃GaF₆+3H₂SO₄ ___→ 3Na₂SO₄+2GaF₃+6HF
Далее серная кислота разлагает простые фториды с образованием сульфатов и фтористого водорода. При этом образуется сульфат галлия, хорошо растворимый в воде при последующем водном выщелачивании огарка, за счет чего и происходит повышение степени извлечения галлия.

Таким образом, после высокотемпературного обжига огарок, содержащий практически весь галлий и фтор, поступает по предлагаемому способу на сульфатизацию. При сульфатизации огарка заданной скорости подачи серной кислоты также происходит деление галлия от фтора. Фтор, присутствующий в пылях в основном в виде комплексных фторидов алюминия, при сульфатизации разлагается аналогично комплексным фторидам галлия по реакции:
2Na₃Al₆+3H₂SO₄ ___→ 3Na₂SO₄+2AlF₃+6HF
При этом фтор удаляется в газовую фазу в виде фтористого водорода с последующим улавливанием водой. Галлий после сульфатизации полностью остается в огарке и при последующем выщелачивании переходит в раствор. При этом достигается повышение степени извлечения галлия из исходной пыли в раствор до 91% и высокая степень разделения галлия от фтора с одновременным получением качественного, не содержащего примесей, фторсодержащего продукта фтористоводородной кислоты. Далее эта кислота может быть использована для получения криолита высокого качества, используемого при электролите алюминия.

Повышение скорости подачи серной кислоты более 1,2 дм³/кг ˙ ч приведет к тому, что комплексные фториды галлия свяжутся с серной кислотой в сложные сульфатфторокомплексы. Растворимость таких соединений невысокая, что соответственно отрицательно повлияет на степень извлечения галлия.

Также повышение скорости подачи кислоты более 1,2 дм³/кг ˙ ч приведет к тому, что при разложении комплексных фторидов алюминия выделяющийся фтористый водород не успевает удалиться в газовую фазу, так как свяжется с серной кислотой в сложные сульфатфторокомплексы алюминия. При этом степень отделения галлия от фтора снизится.

Уменьшение скорости подачи серной кислоты менее 0,8 дм³/кг ˙ ч приведет к затуханию процесса, поскольку, если начавшаяся реакция не будет обеспечена новой порцией кислоты, кинетика ее начнет замедляться. Степень извлечения ценных компонентов снизится.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает:
высокую степень извлечения галлия из исходной пыли 89-91% (по прототипу 47-50%);
высокую степень разделения галлия от фтора за счет полного удаления последнего в газовую фазу;
получение качественного фторсодержащего продукта фтористоводородной кислоты.

П р и м е р 1. 420 г пылей электролиза алюминия состава, мас. Ga 0,075; Al₂O₃ 28,9; Na₂O 15,96; C 28,4; F 18,46; CaO 0,53; MgO 0,6; Fе₂O₃ 3,57 подвергали обжигу при 650^оС в течение 2 ч. Получили галлийсодержащий огарок массой 294 г следующего состава, мас. Ga 0,107; Al₂O₃ 41,29; Na₂O 22,8; MgO 0,86; CaO 0,76; C 3,8; F 24,53; Fе₂O₃ 5,1.

56 г галлийсодержащего огарка направили на сульфатизацию, 33,6 мл серной кислоты (d 1,83 г/см³) подавали со скоростью 0,8 дм³/кг ˙ ч. Процесс вели при 250^оС в течение часа. Полученный галлийсодержащий огарок после сульфатизации выщелачивали водой при соотношении Т:Ж 1:4, температуре 80^оС в течение 1 ч.

Получили 360 мл раствора состава, г/л: Ga 145,6 мг/л; Al 13,6; Na 20,81; Mg 0,52; Ca н/о; F 1,14; 36 г кека состава, мас. Ga 0,018; Al₂O₃ 35,03; Na₂O 7,42; MgO 0,47; CaO 1,18; C 5,91; F 3,06; 40 мл раствора после улавливания газовой фазы. Содержание F в растворе составляет 305,6 г/л ( ≈32% HF).

Извлечение из исходной пыли составило: галлия в раствор 88,5% фтора в газовую фазу 82,77%
П р и м е р 2. 56 г галлийсодержащего огарка, полученного по примеру 1, направили на сульфатизацию, 33,6 мл серной кислоты (d 1,83 г/см³) подавали со скоростью 1,0 дм³/кг ˙ ч. Процесс вели при 250^оС в течение часа.

Полученный галлийсодержащий огарок после сульфатизации выщелачивали водой при соотношении Т: Ж 1:4, температуре 80^оС в течение часа.

Получили 354 мл раствора состава, г/л: Ga 151,92 мг/л; Al 13,31; Na 21.43; Mg 0,51; Ca следы; F 1,17; 37,2 г кека состава, мас. Ga 0,016; Al₂O₃ 34,83; Na₂O 6,83; MgO 0,48; СaO 1,14; C 5,62; F 2,39; 60 мл раствора после улавливания газовой фазы. Содержание фтора в растворе составило 218,06 г/л (≈ 22% HF).

Извлечение из исходной пыли составило: галлия в раствор 89,63% фтора в газовую фазу 84,16%
П р и м е р 3. 56 г галлийсодержащего огарка, полученного по примеру 1, направили на сульфатизацию, 33,6 мл серной кислоты (d 1,83 г/см³) подавали со скоростью 1,2 дм³/кг ˙ ч. Процесс вели при 250^оС в течение часа.

Полученный галлийсодержащий огарок после сульфатизации выщелачивали водой при соотношении Т:Ж 1:4, температуре 80^оС в течение часа.

Получили 350 мл раствора состава, г/л: Ga 155,22 мг/л; Al 14,13; Na 21,65; Mg 0,53; Ca н/о; F 1,29; 38 г кека состава, мас. Ga 0,014; Al₂O₃ 32,63; Na₂O 6,72; MgO 0,45; CaO 1,12; C 5,6; F 0,74;
50 мл раствора после улавливания газовой фазы. Содержание фтора в растворе составило 249,8 г/л (≈ 25% HF).

Извлечение из исходной пыли составило: галлия в раствор 90,55% фтора в газовую фазу 84,57%

Использование: извлечение галлия из пылей электролиза алюминия. Сущность: пыли подвергают высокотемпературному обжигу, полученный огарок направляют на сульфатизацию при скорости подачи серной кислоты 0,8-1,2 дм³/кг·ч с последующим выщелачиванием водой.

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГАЛЛИЯ ИЗ ПЫЛЕЙ ЭЛЕКТРОЛИЗА АЛЮМИНИЯ, включающий высокотемпературный обжиг пыли с получением галлийсодержащего огарка и последующим его выщелачиванием, отличающийся тем, что, с целью повышения степени извлечения галлия и отделения его от фтора, огарок перед выщелачиванием подвергают сульфатизации при скорости подачи серной кислоты, равной 0,8-1,2 дм³/кг.ч, а выщелачивание ведут водой.