DE1201565B

DE1201565B - Apparatus for producing a gallium-sodium amalgam from aluminate liquors and a method for operating the apparatus

Info

Publication number: DE1201565B
Application number: DEV26614A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Klaus-Hagen Reisner; Dr Karl-Heinz Starosta
Original assignee: CHEMIEWERK LAUTA VEB
Current assignee: CHEMIEWERK LAUTA VEB
Priority date: 1964-08-20
Filing date: 1964-08-20
Publication date: 1965-09-23

Description

Vorrichtung zur Herstellung eines Gallium-Natrium-Amalgams aus Aluminatlaugen und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austausch des Alkalimetallanteils eines Alkalimetall-Amalgams gegen Gallium, wobei das Amalgam den Boden eines oben offenen, um seine Achse rotierenden Behälters bedeckt.Apparatus for the production of a gallium-sodium amalgam from aluminate liquors and method for operating the device. The invention relates to a device to replace the alkali metal part of an alkali metal amalgam with gallium, the amalgam in the bottom of an open-topped container rotating about its axis covered.

Von den Verfahren zur Abtrennung von mit Gallium angereicherten Anteilen aus Aluminatlaugen ist ein elektrochemisches, bei dem in Alkalimetall-Amalgam Alkalimetall gegen Gallium ausgetauscht wird, technisch durchführbar. Innerhalb eines Quecksilberkreislaufes ist an einer Stelle eine normale Elektrolysezelle angeordnet, in der durch Zersetzung von in Wasser gelöstem Alkalichlorid oder -carbonat das Quecksilber mit Alkalimetall beladen wird.Of the processes for the separation of fractions enriched with gallium from aluminate liquor is an electrochemical, in which alkali metal amalgam is alkali metal is exchanged for gallium, technically feasible. Within a mercury cycle a normal electrolytic cell is placed in a place where decomposition of alkali chloride or carbonate dissolved in water, mercury with alkali metal is loaded.

An einer anderen Stelle des Kreislaufes wird das gebildete Amalgam mit galliumhaltiger Aluminatlauge in Berührung gebracht und das Alkalimetall teilweise gegen Gallium ausgetauscht. Nach Umsetzung des Alkalimetall-Gallium-Amalgams mit alkalischen oder sauren Lösungen zur Extraktion des Galliums wird das Quecksilber in den Kreislauf zurückgeführt.The amalgam is formed at another point in the cycle brought into contact with gallium-containing aluminate and partially the alkali metal exchanged for gallium. After conversion of the alkali metal gallium amalgam with alkaline or acidic solutions to extract the gallium will add the mercury returned to the cycle.

Wenn Natriumamalgam für den genannten Kreislauf flüssig gehalten werden soll, darf sein Natriumgehalt nicht über eine nur 0,2 bis 0,311/o betragende Höchstgrenze gesteigert werden. Andererseits wachsen die Geschwindigkeit und die Vollständigkeit des Austausches von Natrium gegen Gallium mit dem Natriumgehalt des Amalgams, so daß der Zersetzungsprozeß des Amalgams im Kreislauf zwangsweise unter Aufwand großer Mengen Quecksilber in großen Reaktionsbehältern in einem für die Reaktion ungünstigen Konzentrationsbereich durchgeführt werden muß. Wenn die Umsetzungsgeschwindigkeit gesteigert werden soll, ist es notwendig, die Berühiungsfläche zwischen dem Amalgam und der Aluminatlauge so groß wie irgend möglich zu gestalten. Durch Versprühen des Amalgams in der Aluminatlauge oder durch Eindüsen der Lauge in das Amalgam wird dieses Ziel nur unvollkommen erreicht, weil durch die feine Verteilung, die das Amalgam hierbei in jedem Fall erfährt, und durch die damit verbundene Wasserstoffentwicklung erhebliche Verluste an Quecksilber, das fortgespült wird, eintreten. Die Verluste erhöhen sich noch, wenn das Amalgam Verunreinigungen aus der Aluminatlauge aufgenommen hat. Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, in der ein Amalgam mit einem Gehalt bis zu 1 % Natrium oder einem entsprechenden Gehalt an einem anderen Alkalimetall, d. h. bis zum beginnenden teigigen Zustand, mit kontinuierlich durch die Vorrichtung geschickter Aluminatlauge umgesetzt wird. Die bisher in verschiedenen Apparaturen getrennt durchgeführte Herstellung des Amalgams und seine Umsetzung mit der Aluminatlauge erfolgen erfindungsgemäß in einem einzigen Aggregat, in dem das Quecksilber nicht im Kreislauf geführt wird, sondern als zusammenhängende Schicht 1 den Boden eines rotierenden Reaktionsbehälters 2 bedeckt, über dem ein stationärer Deckel 3 angebracht ist, der unter anderem eine in das Quecksilber 1 eintauchende isolierte Stromzuführung 4 für die Kathode trägt. Durch das Rohr 5 kann das Quecksilber 1 aus dem Behälter 2 abgezogen und durch den Trichter 6 frisches Ouecksilber nachgefüllt werden. Durch den Trichter 6 wird ferner kontinuierlich Natriumsalzlösung von optimaler Konzentration dem die Stromzuführung für die Anode 8 und ein Gasableitungsrohr 9 in seinem Dekkel tragenden Zylinder 7 zugeführt. Die verbrauchte Natriumsalzlösung fließt kontinuierlich durch das Rohr 10 ab. Das wie der Zylinder 7 in dem stationären Deckel 3 fest montierte Rohr 11 dient der Zuführung von galliumhaltiger Aluminatlauge zu dem rotierenden Behälter 2, in dessen Achsverlängerung in der Mitte ein Gasableitungsrohr 12 angebracht ist. Das Ableitungsrohr für die Aluminatlauge 13 ist ebenfalls im Deckel 3 fest montiert.If sodium amalgam is to be kept liquid for the cycle mentioned, its sodium content must not be increased above a maximum limit of only 0.2 to 0.311 / o. On the other hand, the speed and completeness of the exchange of sodium for gallium increase with the sodium content of the amalgam, so that the decomposition process of the amalgam in the circuit must necessarily be carried out in large reaction vessels in a concentration range that is unfavorable for the reaction with the use of large amounts of mercury. If the rate of conversion is to be increased, it is necessary to make the contact area between the amalgam and the aluminate liquor as large as possible. By spraying the amalgam in the aluminate liquor or by injecting the liquor into the amalgam, this goal is only incompletely achieved, because the fine distribution that the amalgam undergoes in each case and the associated hydrogen development, considerable losses of mercury are washed away will occur. The losses increase even more if the amalgam has absorbed impurities from the aluminate liquor. The invention relates to a device in which an amalgam with a content of up to 1 % sodium or a corresponding content of another alkali metal, i. H. until the beginning of the doughy state, is reacted with aluminate liquor continuously sent through the device. The production of the amalgam, which was previously carried out separately in different apparatus, and its conversion with the aluminate liquor take place according to the invention in a single unit in which the mercury is not circulated, but rather as a coherent layer 1 covers the bottom of a rotating reaction vessel 2, above which a stationary Cover 3 is attached, which carries, among other things, an insulated power supply 4 for the cathode, which is immersed in the mercury 1. The mercury 1 can be withdrawn from the container 2 through the tube 5 and fresh mercury can be refilled through the funnel 6. Furthermore, sodium salt solution of optimal concentration is continuously fed through the funnel 6 to the cylinder 7 carrying the power supply for the anode 8 and a gas discharge pipe 9 in its cover. The used sodium salt solution flows continuously through the pipe 10 . The tube 11 , which is fixedly mounted in the stationary cover 3 like the cylinder 7, is used to supply gallium-containing aluminate liquor to the rotating container 2, in the axis of which a gas discharge tube 12 is attached in the center. The discharge pipe for the aluminate liquor 13 is also firmly mounted in the cover 3.

Die Menge des Quecksilbers 1 ist so bemessen, daß der unten offene Zylinder 7 mit Sicherheit verschlossen ist, auch wenn das Amalgam durch Aufnahme größerer Natriummengen eine teigige Beschaffenheit angenommen hat. Als Anode im Zylinder 7 dient eine Eisen- oder vorzugsweise Nickelscheibe. Die Zelle wird mit einer Gleichspannung von etwa 2,5 bis 5 V betrieben, wobei das erforderliche Natriumamalgarn ununterbrochen mit einer Stromausbeute von 90 bis 95 % erzeugt wird.The amount of mercury 1 is such that the cylinder 7 , which is open at the bottom, is definitely closed, even if the amalgam has assumed a pasty consistency due to the uptake of larger amounts of sodium. An iron or preferably nickel disk is used as the anode in the cylinder 7. The cell is operated with a direct voltage of about 2.5 to 5 V, with the necessary sodium amalgarn being generated continuously with a current yield of 90 to 95 %.

Der Austausch von Natrium gegen Gallium im Amalgam findet an der Grenzfläche Quecksilber-Lauge statt. Die feststehenden Einbauten, die durch zweckentsprechende, nur in die Lauge eintauchende Flüssi-keitszerteiler ergänzt werden können, bewirken eine ausreichende Durchmischung, wobei das Quecksilber weder zerschlagen noch zerstäubt wird. Seine Oberfläche erneuert sich jedoch ständig durch Strömungswirbel, die sich laufend bilden. Die Apparatur wird in der beschriebenen, Quecksilberverluste auf ein Mindestmaß beschränkenden Weise über einen längeren Zeitraum betrieben, bis der Gallium-Phalt des Quecksilbers etwa 0,3 bis 0,5% beträgt. Dann wird bei Stillstand des Behälters 2 die Lauge abgepumpt und das Gallium-Natrium-Amalgam mit reinem heißem Wasser extrahiert, wobei schon nach kurzer Zeit das gesamte Gallium als Natriumgallat gelöst ist. Die Gallatlauge wird zur weiteren Verarbeitung aus dem Behälter 2 abgezogen und das Quecksilber mit einer salzsauren oder salpetersauren Lösung gewaschen. Die Vorrichtung ist dann wieder einsatzbereit.The exchange of sodium for gallium in the amalgam takes place at the interface Mercury lye instead. The fixed installations, which are provided by appropriate, only liquid dividers immersed in the lye can be added sufficient mixing, whereby the mercury neither smashes nor atomizes will. However, its surface is constantly being renewed by flow eddies that develop continuously form. The apparatus is in the described, mercury losses Operated up in a minimally restrictive manner for an extended period of time the gallium content of mercury is about 0.3 to 0.5%. Then at a standstill of the container 2, the lye is pumped out and the gallium-sodium amalgam with pure hot Water extracted, whereby after a short time the entire gallium as sodium gallate is resolved. The gallate liquor is withdrawn from container 2 for further processing and washed the mercury with a hydrochloric or nitric acid solution. the The device is then ready for use again.

Selbstverständlich kann über den entsprechend abgeänderten Trichter 6 und das Rohr 5 das Quecksilber auch kontinuierlich zur Zersetzung und Reinigung geführt werden.Of course, the mercury can also be fed continuously for decomposition and cleaning via the appropriately modified funnel 6 and tube 5.

In der Vorrichtung gemäß Erfindung wird bei aut etwa ein Drittel gegenüber dem bisherigen Kreislaufverfahren eingeschränkter Quecksilbermenge der Ausnutzungsgrad des Natriums oder eines anderen Alkalimetalls erheblich gesteigert. Als besondere Vorteile sind außerdem der geringe Raumbedarf, die einfache Handhabung, die Verringerung der infolge der Quecksilberzerteilung bisher aufgetretenen Wasserstoffabscheidung und Verringerung der Quecksilberverluste zu nennen.In the device according to the invention, about a third is opposite at aut the previous circulatory process with a limited amount of mercury, the degree of utilization of sodium or another alkali metal is significantly increased. As a special Advantages are also the small space requirement, the simple handling and the reduction the hydrogen separation that has so far occurred as a result of the mercury breakdown and reducing mercury losses.

Claims

Claims: 1. Device for producing a gallium-sodium amalgam from aluminate liquors with alkali metal amalgams obtained in the device itself, characterized in that the amalgam in a coherent layer (1) covers the bottom of a container (2 ) covered to the extent that a permanently mounted cylinder (7), open at the bottom, containing the alkali salt solution, supply and discharge lines for the same and an anode provided with an insulated power supply line (8) , safely closed at the bottom by the surrounding amalgam layer (1) while a gallium-containing aluminate solution is continuously passed over the amalgam and a cathode with a permanently mounted, insulated power supply line (4) is immersed in the amalgam (1).

2. The method for operating the device according to claim 1, characterized in that the cementation of gallium with a doughy alkali metal amalgam, preferably sodium amalgam, which contains up to 1. 11 / o sodium, is operated up to a gallium enrichment of 0.5%, a pure and stable sodium gallate solution is obtained immediately by subsequent water leaching. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1115 031; "Zeitschrift für Erzbergbau und Metallhüttenwesen", XII (1959), pp. 173 to 178.