Способ переработки отходов электролиза алюминия Советский патент 1993 года по МПК C22B7/00 C22B58/00 

Изобретение относится к производству металлического алюминия, к технологии комплексной переработки отходов этого производства с целью получения обогащенных галлием возгонов, фтористоводородной кислоты и остатка пирогидролиза, содержащего алюминий и натрий.

Целью изобретения является повышение степени извлечения галлия в возгоны из отходов электролиза алюминия. Кроме того, данный способ предусматривает комплексное извлечение ценных компонентов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки отходов электролиза алюминия пирогидролиз ведут в присутствии карбоната кальция в количестве 16-27,5 мас.% при температуре 1250-1300° С.

Это объясняется следующим образом.

В присутствии карбоната кальция горение углерода начинает протекать при более высоких температурах (900-1300° С) нежели в известных способах переработки отходов

электролиза алюминия пирогидролизом (750-1050° С), т.е. в присутствии СаСОз происходит некоторое выравнивание температур горения углерода и температуры пирогидролиза. При этом выделяющийся на первой стадии пирогидролиза комплексных фторидов галлия оксид галлия, а также исходный, содержащийся в перерабатываемых отходах, взаимодействуя с углеродом, а также с продуктом неполного горения, в присутствии паров воды, - мсноксидом углерода, почти весь восстанавливается до летучего монооксида галлия, концентрируясь в возгонах, не успевая связаться с оксидом натрия, образующимися на 2-ой стадии пирогидролиза, в галлат натрия, как это проис-; ходит по способу-прототипу.

Таким образом присутствие карбоната кальция при ведении процесса способствует повышению степени извлечения галлия в возгоны.

00

ы о

ь О

ю

ы

Кроме того, введение карбоната кальция оказывает благоприятное влияние на извлечение и других ценных компонентов, образующихся в результате переработки данных отходов. Так, оксид алюминия, обра- зующийся на первой стадии пирогидролиза комплексных фторидов алюминия, взаимодействует с оксидом кальция, образующемся как в результате разложения карбоната кальция, так и его взаимодействия с парами воды, При этом образующиеся оксиды кальция и алюминия с еще несформировавшимися полностью кристаллическими решетками обладают повышенной поверхностной активностью и, вступая в активное взаимодействие, образуют однокэльциевый алюминат, хорошо растворимый в растворах щелочи сразу же после первой стадии пирогидролиза. Переработка его по методу Байера позволяет аналогично известному способу-прототипу получать глинозем.

Выделяющийся в газовую фазу по предлагаемому способу фтористый водород можно перерабатывать в дальнейшем на фтористоводородную кислоту. Следова- тельно, предлагаемый способ наряду с основной целью обеспечивает также комплексное извлечение ценных компонентов.

Карбонат кальция, как установлено экс- периментально, необходимо вводить в количестве 16-27,5 мас.%. Содержание карбоната кальция 16 мас,% ведет к снижению степени извлечения галлия в возгоны. Это связано с тем, что при недостатке СаСОз в системе горение углерода протекает раньше, чем реакция пирогидролиза. Поэтому выделяющийся на первой стадии пирогидролиза комплексных соединений оксид галлия не весь восстанавливается до летучего монооксида, а остается в остатке пирогидролиза, связываясь с оксидом натрия в галлат натрия. Кроме того, понижение содержания карбоната кальция также влияет на комплексное извлечение ценных компонентов, поскольку процесс оплавления образующихся алюминатов и галлатов натрия происходит в больше степени и в результате чего при последующем выщелачивании остатка пирогидролиза извлечение алюминия и натрия в раствор уменьшается.

Повышение содержания СаСОз более 27,5 мас.% ведет к избытку этого соединения. Избыточное содержание влияет на процесс пирогидролиза за счет блокиров- ки поверхности соединений комплексных фторидов. Доступ пара воды к реагируе- мым соединениям уменьшается. Это соответственно приводит к снижению образования оксидов галлия, и тем самым,

к снижению степени извлечения галлия в возгоны. Кроме того, повышение содержания СаСОз ведет к снижению извлечения и других ценных компонентов при переработке отходов.

Из-за блокировки поверхности соединений комплексных фторидов их разложение уменьшается, вследствие этого снижается извлечение фтора в газовую фазу. В остатке пирогидролиза увеличивается содержание оксида кальция, которое влияет на извлечение алюминия и натрия в раствор при последующем выщелачивании спека из- за экранирования частиц ценных компонентов.

Процесс по данному способу, когда о системе присутствует карбонат кальция, следует вести при 1250-1300° С,

Понижение температуры ниже 1250° С не обеспечит полного проведения процесса, поскольку в присутствии карбоната кальция пирргидролиз комплексных фторидов не будет протекать до конца, углерод не достаточно выгорит, следовательно, недостаточно образуется оксида галлия и, тем самым, степень извлечения галлия в возгоны уменьшится. Также, уменьшится извлечение фтора в газовую фазу. Кроме того, при этих температурах не будет достаточно полного образования однокальциевого алюмината, и вследствие этого при последующем выщелачивании спека снизится также извлечение алюминия.

Повышение температуры более 1300° С будет способствовать образованию прочных алюминатов кальция ионого состава и строения плохо растворимых в водных растворах щелочей и кислот. При их образовании в решетку внедряется галлий. Это соответственно приведет к снижению степени извлечения галлия.

Таким образом, совокупность отличительных признаков предлагаемого избё р тр- ния - пирогидролиз в присутствии карбоната, кальция в количестве 16-27,5 мас.% при температуре 1250-1300° С - позволяет достичь поставленную цель, а именно повысить степень извлечения галлия в возгоны. Кроме того, предлагаемый способ позволяет комплексно извлечь другие элементы - получить фтористоводородную кислоту и остаток пирогидролиза, содержащий алюминий и натрий, при переработке которого методом Байера можно получить глинозем.

Предлагаемый способ был опробован в лабораторных условиях Института металлургии и обогащения АН КазССР.

П р и м е р 1, Отходы электролиза алюминия, содержащие, мас.%: Ga - 0,047; 18,9; Na20-15,6; F - 20.6; С - 40.4 в

количестве 100 г смешивали с 19 г карбоната кальция 99% СаСОз (16 мас.%). Смесь помещали в трубчатую печь и подвергали пмрогидролизу. Процесс вели пропусканием воздуха, содержащего 75% пароа воды, при температуре 1250° С в течение часа.

Получили:

18 г возгона, содержащего, мас.%: Ga - 0,183: - 15,75; N920 - 13,0; F - 8,3; С - 35.84; СаО- 10,11;

42 г остатка пирогидролиза, содержащего, мас.%: Ga - 0,039; AiiOa - 38,25; NsaO - 31,57; F-0,49; С - 0,028; СаО-21,0;

50 мл раствора после улавливания газовой фазы, содержащего 397,8 г/л фтора ;(41,8% HF).

Степень извлечения галлия в возгоны составила 70% (см. табл.).

П р и м е р 2. Отходы электролиза алюминия, содержащего, мас.%: Ga - 0,06; А 20з-38,07; N320-16,9; F-19,5; С-20,7 в количестве 100 г смешивали с 37,70 г карбоната кальция 99% СаСОз (27,5 мас.%). Смесь помещали в трубчатую печь и подвергали пирогидролизу. Процесс вели пропусканием воздуха, содержащего 75% паров воды, при температуре 1300° С в течение часа.

Получили:

27,5 г возгона, содержащего, мас.%: Ga - 0,15; - 27,49; Na20 - 9,22; F - 7,8; С-18,43: СаО-15,84;

66 г остатка пирогидролиза, содержащего, мас.%: Ga - 0,029; - 46,79; N320-21,77; F-0,3; С-0,03; СаО-25,16;

50 мл раствора после улавливания газовой фазы, содержащей 343,2 г/л фтора (36,1%HF).

Степень извлечения галлия в возгоны составила 67,8% (см. табл.).

ПримерЗ. Отходы электролиза алюминия, содержащего, мас.%: Ga - 0,06;

-25,6; Na20 - 18,8; F - 25,6; С - 26,3 в количестве 100 г смешивали с 25,35 г карбоната кальция 99% СаСОз (20,22 мас.%).

Смесь помещали в трубчатую печь и

подвергали пирогидролизу. Процесс вели

пропусканием воздуха, содержащего 75%

паров воды, при температуре 1275° С в течениечаса.

Получили:

20 г возгона, содержащего, мас.%: Ga - 0,171; AU03-20,48; Na20 - 16,92; F- 11,0; С-21,04; СаО-11,25;

58 г остатка пирогидролиза, содержащего, мас.%: Ga-0,027; А Оз-37,08; Na20

-26,58; F - 0,32; С - 0,025; СаО - 20,36;

100 мл раствора после улавливания газовой фазы, содержащей 233,36 г/л фтора ( 24,5% HF).

Степень извлечения галлия в возгоны составила 68,5% (см. табл.).

В таблице сведены также результаты запредельных значений вводимого количе- ства карбоната кальция и температур проведения процесса.

Таким образом, как видно из данных таблицы, по предлагаемому способу степень извлечения галлия в возгоны состави- ла 67,8-70%,

Формула изобретения

Способ переработки отходов электро- лиза алюминия пирогидролизом, отличающийся тем, что, с целью повышения степени извлечения галлия в возгоны, пиро- гидролиз ведут в присутствии карбоната кальция в количестве 16-27,5 мас.% при 1250-1300° С.

Использование: область производства металлического алюминия, в частности комплексная переработка отходов этого производства с получением галийсодержащих возгонов, фтористоводородной кислоты и остатка пирогидролиза, содержащего алюминий и натрий. Целью изобретения является повышение степени извлечения галлия в возгоны. Кроме того, по способу предусматривается комплексное извлечение ценных компонентов. Сущность: способ переработки отходов электролиза алюминия предполагает осуществлять лирогидролиз в присутствии карбоната кальция в количестве 16-27.5 мас.% при 1250-1300° С. 1 табл,

1CaCOj(16) 19 г

2СзСО-)(27,5) 37,70г

3СаСО}(20,22) 25,35г

4СаССк Юг (9,09)

5CaCOj

47,43 г (32,1

6СаСО} (27,5) 37,70 .

По предлагаемому

10,9 15,6 20,6 40,4 (00(8,0

33,07 16,9 19,5 20,7 10027,5

25,6 13,3 25,6 26,3 10020,0

Запредельные

1В.9 15,6 20,6 40,4 10016,5

42 66 58

50 41 ,8

50 36,1

100 25,5

0,047 18,915,6 20,6 40,4 100

28

0,06 33.07 16,9. 19,5 20,7 100 27,0 0,06 ЗС,07 16,9 19,5 20,7 100 26,0

гПо.предлагаемому

10,183 15,75 13,0 .A3/35,34 10,110,03933,2531,570,490,02821,070,0

20,15 27,49 9,22 7,818,43 15,840,02946,7921,770,300,0325,1667,8

Запредельные

40,108 17,18 14,18 7,536,73 4,070,1142,2834,891,080,03212,9738,0

50,059 14,18 11,1.4 6,630,3 32,790,06431,1126,002,96,0436,2135,0

60,083 26,6 12,52 7,915,33 15,370,05646,0320, t81,480,0325,4737,4

70,081 29,08 11,7 8,515,92 16,760,05946,1521,01,480,0325,1635,2

, Продолжение таблицы