CN102676829A - 一种刚玉烟尘的回收处理方法 - Google Patents

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路培乾
尹中林
李晓萍
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Abstract

本发明涉及一种从刚玉烟尘中提取镓的方法，其特征在于在一定的搅拌速度和温度下用稀硫酸直接浸取刚玉烟尘，液固分离后，按一定的相比加入萃取剂萃取镓，萃余液经浓缩降温，结晶析出KAl(SO4)2·12H2O，经溶解、中和、沉淀、分离得到Al(OH)3和K2SO4。硫酸浓度为5%～50%，温度为50℃～150℃，液固比为1～20，时间10min～720min，Al(OH)3沉淀pH值为：2～7，萃取体系有TBP（磷酸三丁酯）-煤油、P204（二-（2-乙基己基）磷酸）-煤油-YW100（C7~C9羟肟酸）、TOA（三辛胺）-煤油等体系。用本发明处理刚玉烟尘提取镓，具有易操作，镓提取率高、能耗低、对环境污染小、成本低、工艺简便、副产品易回收等优点。

Description

一种刚玉烟尘的回收处理方法
技术领域
一种刚玉烟尘的回收处理方法，涉及一种综合回收刚玉烟尘中的有价成份的方法。
背景技术
刚玉烟尘是棕刚玉生产过程中，电弧炉高温冶炼排放的烟尘，其成分随着生产原料及工艺的的不同，差异很大。棕刚玉烟尘来源主要有两部分：(1)原料和配料的机械尘。如煅烧铝矾土碎块中的矿物料、铁屑表面的氧化铁粉、无烟煤中的细煤粉和周围环境中吸入的粉尘粒子等。(2)电弧炉高温冶炼过程中产生的化学尘。按刚玉产量估算，我国每年的刚玉烟尘量约4～6万t。大量高浓度烟尘的排放，对环境、生态造成严重危害。随着各种环保法规的陆续出台和对环境保护的重视，我国新建的大型刚玉冶炼炉均设计了除尘系统。随着除尘系统投入运行，大量烟尘的收集及堆放，将给工厂造成新的危害。所以对刚玉烟尘的研究及利用是烟尘收集后提出的一个新课题。
镓是一种很重要的稀散金属，作为半导体化合物，特别是砷化镓，广泛应用于电子工业及其他高科技领域，如集成电路、信息存储、微波器件、远程通讯、太阳能电池等。随着高科技领域的飞速发展，被誉为“电子金属”的镓将会受到越来越重视。
镓在地壳中的含量为0.0005%～0.0015%，是典型的稀散金属。很少形成有工业价值的独立矿床，它通常以类质同象进入到铝土矿、闪锌矿、硫化铜矿、锗石、钒钛磁铁矿和煤中。经研究发现：铝土矿中镓含量在0.003%～0.01%，闪锌矿和硫化铜矿约含镓0.01%～0.02%，锗石中含镓0.1%～0.8%。由于镓在这些矿石中含量非常低，因此迄今为止镓的生产都是其他金属产品的副产物。其中近90%的镓是从氧化铝生产中回收的，约10%是从湿法炼锌渣中回收的。
在刚玉烟尘中镓得到富集，含量达到0.15%左右，是铝土矿中镓含量（平均0.008%）的15倍多，是一种新的镓资源。如何从中经济地提取镓及其他有价元素，不仅具有显著的经济效益，而且环境效益也很大。
目前，从刚玉烟尘中提取镓的报道有：盐酸-萃取法工艺提镓；CaCO3+K2CO3+烟尘高温烧结法提镓。用盐酸-萃取法工艺处理刚玉烟尘提取镓，主要存在环境污染严重，镓提取率低，副产品难以回收等缺点。CaCO3+K2CO3+烟尘高温烧结法提镓，由于需要高温焙烧工序，目前燃料价格高，导致能耗高、成本高，工艺复杂。
发明内容
本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能够有效提高镓提取率，工艺简单易操作，环境污染小，有效降低能耗和成本，并能综合回收其他有价成分的刚玉烟尘的回收处理方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于其过程是采用硫酸溶液浸出刚玉烟尘，浸出液进行萃取提镓，萃余液经浓缩降温，结晶析出钾明矾KAl(SO4)2·12H2O，结晶析出的KAl(SO4)2·12H2O经溶解、中和、沉淀、分离得到Al(OH)3和K2SO4。
本发明的一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于所述的浸出过程的硫酸溶液的浓度为5%～60%。
本发明的一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于所述的浸出过程的浸出固液比mL/g为1～20：1。
本发明的一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于所述的浸出过程的浸出时间10min～720min。
本发明的一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于所述的浸出过程的浸出温度为为50℃～150℃。
本发明的一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于浸出后的浸出液的分离方式为：沉降分离、带压过滤或常压过滤。
本发明的一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于所述的浸出液进行萃取提镓的萃取体系包括：TBP（磷酸三丁酯）-煤油、P204（二-（2-乙基己基）磷酸）-煤油- YW100（C7~C9 羟肟酸）、TOA（三辛胺）-煤油等萃取体系。
本发明的一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于所述的萃余液结晶得到的钾明矾用水溶解后，在用氢氧化钾溶液中和生成Al(OH)3沉淀的pH值为：3～6。
本发明的方法用硫酸浸取刚玉烟尘中的镓、铝、钾等有价成分，用TBP（磷酸三丁酯）-煤油、P204（二-（2-乙基己基）磷酸）-煤油- YW100（C7~C9 羟肟酸）、TOA（三辛胺）-煤油等萃取体系萃取镓，萃余液经浓缩降温结晶可得到钾明矾（KAl(SO4)2·12H2O）。结晶析出的KAl(SO4)2·12H2O可经溶解、中和、沉淀、分离得到Al(OH)3和K2SO4。具有易操作，镓提取率高、能耗低、对环境污染小、成本低、工艺简便、副产品易回收等优点。
具体实施方式
一种刚玉烟尘的回收处理方法，其过程是采用硫酸溶液浸出刚玉烟尘，浸出液进行萃取提镓，萃余液经浓缩降温，结晶析出钾明矾KAl(SO4)2·12H2O，结晶析出的KAl(SO4)2·12H2O经溶解、中和、沉淀、分离得到Al(OH)3和K2SO4。
结合实例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种刚玉烟尘料，其化学组成如表1。
表1  刚玉烟尘化学成分
Figure 89605DEST_PATH_IMAGE001
 将上述刚玉烟尘料与5%硫酸按液固比（mL/g）为10的比例混合，在60℃温度下，搅拌加热溶出4h，趁热进行液固分离，滤液和残渣分别送样分析。镓的溶出率为80.95%，溶出液中Ga浓度为：0.081g/L。
实施例2
一种刚玉烟尘料，其化学组成如表2。
表2 刚玉烟尘化学成分
Figure 294934DEST_PATH_IMAGE002
 将上述刚玉烟尘料与15%硫酸按液固比（mL/g）为10的比例混合，在90℃温度下，搅拌加热溶出2h，趁热进行液固分离，滤液和残渣分别送样分析。镓的溶出率为83.33%，溶出液中Ga浓度为：0.10g/L。
实施例3
一种刚玉烟尘料，其化学组成如表3。
表3  刚玉烟尘化学成分
 
Figure 109306DEST_PATH_IMAGE003
 将上述刚玉烟尘料与25%硫酸按液固比（mL/g）为5的比例混合，在110℃温度下，搅拌加热溶出2h，趁热进行液固分离，滤液和残渣分别送样分析。镓的溶出率为84.52%，溶出液中Ga浓度为：0.20g/L。
实施例4
  一种刚玉烟尘料，其化学组成如表4。
表4  刚玉烟尘化学成分
 将上述刚玉烟尘料与30%硫酸按液固比（mL/g）为5的比例混合，在150℃温度下，搅拌加热溶出1h，趁热进行液固分离，滤液和残渣分别送样分析。镓的溶出率为88.89%，溶出液中Ga浓度为：0.27g/L。
实施例5
在Ga浓度为0.20g/L、硫酸浓度25%的溶出液中，加入KCl溶解后（使溶液中KCl浓度为250g/L），按水相/有机相比为2：1，加入20%TBP（磷酸三丁酯）+80%磺化煤油，在50℃温度下萃取10min。反萃时有机相：水相为3:1，反萃液为5%NaOH溶液。分别取萃原液、萃余液和反萃液进行分析。镓的萃取率达99.5%，反萃率达95.8%。
实施例6
在Ga浓度为0.20g/L、硫酸浓度25%的溶出液中，加入KCl溶解后（使溶液中KCl浓度为250g/L），按水相/有机相比为2：1，加入 20%P204（二-（2-乙基己基）磷酸）+78%磺化煤油+2%YW-100（C7~C9 羟肟酸），在45℃温度下萃取12min。反萃时相比1:1，反萃液为5%NaOH溶液。分别取萃原液、萃余液和反萃液进行分析。镓的萃取率达95.6%，反萃率达93.5%。
实施例7
把Ga浓度为0.10g/L、硫酸浓度15%的溶出液，浓缩2.5倍，在室温（22℃）结晶，经液固分离，分别分析固相和液相成分，结晶中Al占48.6%，K占79.8%，Ga占34.5%，Fe占10.53%。

Claims (8)

1.一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于其过程是采用硫酸溶液浸出刚玉烟尘，浸出液进行萃取提镓，萃余液经浓缩降温，结晶析出钾明矾KAl(SO4)2·12H2O，结晶析出的KAl(SO4)2·12H2O经溶解、中和、沉淀、分离得到Al(OH)3和K2SO4。
2.根据权利要求1所述的一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于所述的浸出过程的硫酸溶液的浓度为5%～60%。
3.根据权利要求1所述的一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于所述的浸出过程的浸出固液比mL/g为1～20：1。
4.根据权利要求1所述的一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于所述的浸出过程的浸出时间10min～720min。
5.根据权利要求1所述的一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于所述的浸出过程的浸出温度为为50℃～150℃。
6.根据权利要求1所述的一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于浸出后的浸出液的分离方式为：沉降分离、带压过滤或常压过滤。
7.根据权利要求1所述的一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于所述的浸出液进行萃取提镓的萃取体系包括：TBP（磷酸三丁酯）-煤油、P204（二-（2-乙基己基）磷酸）-煤油- YW100（C7~C9 羟肟酸）、TOA（三辛胺）-煤油等萃取体系。
8.根据权利要求1所述的一种刚玉烟尘的回收处理方法，其特征在于所述的萃余液结晶得到的钾明矾用水溶解后，在用氢氧化钾溶液中和生成Al(OH)3沉淀的pH值为：3～6。
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