CN1375564A - 从刚玉电弧炉冶炼烟尘中提取金属镓的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从刚玉电弧炉冶炼烟尘中提取金属镓的方法,它在刚玉烟尘中加入配料CaCO3和K2CO3,然后经制料、焙烧、磨细、碱浸、分离、碱浸、电解、精炼提纯而制得金属镓,CaCO3的加入量按与刚玉烟尘的重量比为:刚玉烟尘∶CaCO3=1.00∶1.30～1.45;K2CO3的加入量按与刚玉烟尘的重量比为:刚玉烟尘∶K2CO3=1.00∶0.14～0.19。本发明采用碱法从刚玉烟尘中提取金属镓产品,它具有工艺简单、成本低、提取率高、产品纯度高、对环境污染小、并能回收利用其副产品的优点。

Description

从刚玉电弧炉冶炼烟尘中提取金属镓的方法
目前，在现有技术中仅有采用盐酸—萃取法工艺从刚玉电弧冶炼烟尘中提取金属镓，用盐酸—萃取法工艺处理高硅刚玉烟尘提取金属镓时，主要存在着工艺复杂、成本高、对环境污染大、提取率低、并且所产生的副产品难于回收利用等缺点，因此采用盐酸—萃取法工艺从刚玉烟尘中提取金属镓，由于在技术上、工艺上、环保上还有一系列的问题存在，至今未实现工业化生产。
本发明的目的是：提供一种工艺简单、成本底、提取率高、对环境污染小、并能综合回收利用其副产品的从刚玉电弧炉冶炼烟尘中提取金属镓的方法。
本发明是这样实现的：它在刚玉烟尘中加入配料CaCO3和K2CO3，然后经制料、焙烧、磨细、碱浸、分离、碱浸、电解、精炼提纯而制得金属镓，配料中的CaCO3和K2CO3加入量根据刚玉烟尘中SiO2、Al2O3、K2O、SO4 2-、Fe2O3的含量确定，并且K2CO3采用循环母液中的K2CO3补充，CaCO3和K2CO3的加入量还应满足焙烧中K2O·Al2O3·K2O、Ga2O3、β-2CaO·SiO2、K2O·Fe2O3新相生成时CaO和K2O的反应计量要求，配料中CaCO3和K2CO3的具体加入量以及各道工序的具体方法如下：
CaCO3的加入量按与刚玉烟尘的重量比为：
                           刚玉烟尘∶CaCO3＝1.00∶1.30～1.45
K2CO3的加入量按与刚玉烟尘的重量比为：
                           刚玉烟尘∶K2CO3＝1.00∶0.14～0.19
制料时，将加入配料的刚玉烟尘混匀后经12小时以上陈化处理再压制成型，使其含水量为12％～14％，然后再用半干法加压成型制块；
焙烧时，将制块在300℃以下温度经脱水处理后再在1200℃～1250℃的高温下焙烧，使其完成新相转化反应；
将焙烧料粉碎后研磨至小于200目，然后将其放入碱浸液中进行搅拌浸出，在搅拌浸出时，控制其液固比为3∶1，浸出温度大于80℃，浸出时间20分钟～40分钟，然后将浸出渣在上述参数下再洗涤一次，并将洗水返回下批料浸出使用，浸出液和用于浸出的循环母液中的K2CO3含量控制在10～20克/升，将所得的硅钙渣送混凝土制品厂直接作原料使用。
分离时，将浸出液净化脱硅后加Al(OH)3晶种在40℃～50℃温度下慢速搅拌，用晶种分解法分离大部分Al，使K2O·Al2O3大部分以Al(OH)3形式水解析出分离，以CO2为碳酸化剂，在40℃～50℃温度下进行深度碳酸化处理5～6小时，终点PH值控制在8.5～9.0，使残留于溶液中的Al转化为K2O·Al2O3·2CO2·2H2O组成与K2O·Ga2O3·2CO2·2H2O一道以沉淀形式析出，而获得富镓产品；
在富镓料浸出时，浸出在高浓度KOH溶液中进行，并在80℃～90℃温度下搅拌浸出，而且根据富镓料中K2O·Al2O3·2CO2·2H2O以及K2O·Ga2O3·2CO2·2H2O和KHCO3化学组成和计量，计算其浸出中KOH的耗量，确保浸出中上述组分分别转化为KAlO2、KGaO2、K2CO3新相进入溶液；
在电解提取金属镓时，将电解液温度控制在35℃～50℃，槽电压为5～6V，电流密度为0.3～0.5A/cm2，以Ni板为阳极，不锈钢板为阴极；在Al2O3含量小于150g/L，Ga大于2g/L时，可在αk～1.6溶液中，直接进行电解；
将上述工艺中获得的粗镓进一步电解提纯，提纯时，在25％～30％的KOH水溶液介质中进行，并以粗镓为阳极，用铂金作为阴极，其它条件与电解提取镓相同。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有的盐酸—萃取法工艺相比，本发明采用了完全不同于现有技术的方法，本发明采用碱法从刚玉烟尘中提取金属镓产品，不仅实现了废弃物资源化目标，开辟了富镓资源的新来源，还实现了将刚玉烟尘中Ga、K、Al、Si等有价成分的分步综合回收利用，此外，本发明在工艺上采用的主要原辅料CaCO3、CO2等价格便宜、取材容易，并且整个工艺流程实现了闭路循环、不产生二次污染、易于操作、能耗底，其电解回收率平均为84.7％，每克镓的电解耗电量为0.56度，提取的粗镓纯度可达99.0％，粗镓经进一步电解提纯后，其纯度可达到99.98％，因此本发明具有工艺简单、成本底、提取率高、产品纯度高、对环境污染小、并能回收利用其副产品的优点。
本发明的实施例：取刚玉烟尘100克，按刚玉烟尘与CaCO3的重量比为：刚玉烟尘∶CaCO3＝1.00∶1.30～1.45的公式加入CaCO3量140克，
并按刚玉烟尘与K2CO3的重量比公式：刚玉烟尘∶K2CO3＝1.00∶0.14～0.19加入K2CO3量16克，将加入配料CaCO3和K2CO3的刚玉烟尘混匀后经12小时以上陈化处理压制成型，使其含水量为13％，然后再用半干法加压成型得块料；将块料在300℃温度下经脱水处理后再在1200℃～1250℃的高温下焙烧，使其完成新相转化反应；将焙烧料粉碎后研磨至小于200目，然后将研磨后的料放入碱浸液中进行搅拌浸出，在搅拌浸出时，控制其液固比为3∶1，并将浸出温度保持大于80℃，浸出时间为30分钟，将其浸出渣在上述参数下再洗涤一次，并将洗水返回下批料浸出使用，浸出液和用于浸出的循环母液中的K2CO3含量控制在12克/升，并将所得的硅钙渣送混凝土制品厂作原料使用；将浸出液净化脱硅后加Al(OH)3晶种在45℃温度下慢速搅拌，用晶种分解法分离大部分Al，使K2O·Al2O3大部分以Al(OH)3形式水解析出分离，以CO2为碳酸化剂，在40℃～50℃温度下进行深度碳酸化处理5～6小时，终点PH值控制在8.5～9.0，使残留于溶液中的Al转化为K2O·Al2O3·2CO2·2H2O组成与K2O·Ga2O3·2CO2·2H2O一道以沉淀形式析出，从而获得富镓产品；在富镓料浸出时，浸出在高浓度KOH溶液中进行，并在80℃～90℃温度下搅拌浸出，而且根据富镓料中K2O·Al2O3·2CO2·2H2O、K2O·Ga2O3·2CO2·2H2O和KHCO3化学组成和计量，计算其浸出中KOH的耗量，确保浸出中上述组分分别转化为KAlO2、KGaO2、K2CO3新相进入溶液；在电解提取金属镓时，将浸出液温度控制在35℃～50℃，槽电压为5～6V，电流密度为0.3～0.5A/cm2，以Ni板为阳极，不锈钢板为阴极；在Al2O3含量小于150g/L，Ga大于2g/L时，可在αk～1.6溶液中，直接进行电解；将上述工艺中获得的粗镓再进一步电解提纯，提纯时，在25％～30％的KOH水溶液介质中进行，并以粗镓为阳极，用铂金作为阴极，其它条件与电解提取镓相同即可。

Claims (1)

1、一种从刚玉电弧炉冶炼烟尘中提取金属镓的方法，其特征在于：它在刚玉烟尘中加入配料CaCO3和K2CO3，然后经制料、焙烧、磨细、碱浸、分离、碱浸、电解、精炼提纯而制得金属镓，配料中的CaCO3和K2CO3加入量根据刚玉烟尘中SiO2、Al2O3、K2O、SO4 2-、Fe2O3的含量确定，并且K2CO3采用循环母液中的K2CO3补充，CaCO3和K2CO3的加入量还应满足焙烧中K2O·Al2O3·K2O、Ga2O3、β-2CaO·SiO2、K2O·Fe2O3新相生成时CaO和K2O的反应计量要求，配料中CaCO3和K2CO3的具体加入量以及各道工序的具体方法如下：
CaCO3的加入量按与刚玉烟尘的重量比为：
                           刚玉烟尘∶CaCO3＝1.00∶1.30～1.45
K2CO3的加入量按与刚玉烟尘的重量比为：
                           刚玉烟尘∶K2CO3＝1.00∶0.14～0.19
制料时，将加入配料的刚玉烟尘混匀后经12小时以上陈化处理再压制成型，使其含水量为12％～14％，然后再用半干法加压成型制块；
焙烧时，将制块在300℃以下温度经脱水处理后再在1200℃～1250℃的高温下焙烧，使其完成新相转化反应；
将焙烧料粉碎后研磨至小于200目，然后将其放入碱浸液中进行搅拌浸出，在搅拌浸出时，控制其液固比为3∶1，浸出温度大于80℃，浸出时间20分钟～40分钟，然后将浸出渣在上述参数下再洗涤一次，并将洗水返回下批料浸出使用，浸出液和用于浸出的循环母液中的K2CO3含量控制在10～20克/升；
分离时，将浸出液净化脱硅后加Al(OH)3晶种在40℃～50℃温度下慢速搅拌，用晶种分解法分离大部分Al，使K2O·Al2O3大部分以Al(OH)3形式水解析出分离，以CO2为碳酸化剂，在40℃～50℃温度下进行深度碳酸化处理5～6小时，终点PH值控制在8.5～9.0，使残留于溶液中的Al转化为K2O·Al2O3·2CO2·2H2O组成与K2O·Ga2O3·2CO2·2H2O-道以沉淀形式析出，而获得富镓产品；
在富镓料浸出时，浸出在高浓度KOH溶液中进行，并在80℃～90℃温度下搅拌浸出，而且根据富镓料中K2O·Al2O3·2CO2·2H2O以及K2O·Ga2O3·2CO2·2H2O和KHCO3化学组成和计量，计算其浸出中KOH的耗量，确保浸出中上述组分分别转化为KAlO2、KGaO2、K2CO3新相进入溶液；
在电解提取金属镓时，将电解液温度控制在35℃～50℃，槽电压为5～6V，电流密度为0.3～0.5A/cm2，以Ni板为阳极，不锈钢板为阴极；在Al2O3含量小于150g/L，Ga大于2g/L时，可在αk～1.6溶液中，直接进行电解；
将上述工艺中获得的粗镓进一步电解提纯，提纯时，在25％～30％的KOH水溶液介质中进行，并以粗镓为阳极，用铂金作为阴极，其它条件与电解提取镓相同。
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