FR2670803A1 - Process for extracting gallium with substituted hydroxyquinoline - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE D ' EX TRA C TI ON DE GA L L I UM AVEC
DE L'llYDROXYQUINOLEINE SUBSTITUEE
La présente invention concerne un procédé d'extraction du gallium utilisant comme agent extractant une hydroxyquinoléine substituée ou un de ces dérivés.GA LLI UM EX TRA C TI ON PROCESS
SUBSTITUTED llYDROXYQUINOLEIN
The present invention relates to a process for the extraction of gallium using, as extracting agent, a substituted hydroxyquinoline or one of these derivatives.
Elle se rapporte plus particulièrement à un procédé d'extraction du gallium à partir d'une solution basique, comme par exemple une solution d'aluminate de sodium, du procédé de fabrication d'alumine. It relates more particularly to a process for extracting gallium from a basic solution, such as for example a sodium aluminate solution, from the process for manufacturing alumina.
On connaît notamment, d'après les brevets français nO 2.277.897, 2.307.407, 2.307.882, 2.495,601, 2.532,295, 2.532.296 un procédé de récupération du gallium présent dans des solutions aqueuses alcalines par extraction liquide/liquide au moyen d'une phase organique contenant un agent extractant et un solvant organique, et réextraction du gallium par lavage de la phase organique chargée par une solution aqueuse acide. We know in particular, from French patents No. 2,277,897, 2,307,407, 2,307,882, 2,495,601, 2,532,295, 2,532,296 a process for recovering gallium present in aqueous alkaline solutions by liquid extraction / liquid by means of an organic phase containing an extractant and an organic solvent, and re-extraction of the gallium by washing the charged organic phase with an acidic aqueous solution.
Il a également été proposé d'utiliser une résine pour supporter l'agent extractant et extraire le gallium par passage de la solution alcaline sur cette résine. De manière analogue, le gallium est récupéré par lavage de la résine chargée en gallium par une solution acide. Ainsi, les demandes de brevet japonaises nO 60042234 et nO 5896831, européennes nO 258146 et 265356 citent des exemples de résines pouvant être utilisées comme support d'un agent d'extraction identique à celui utilisé dans le procédé d'extraction liquide/liquide. It has also been proposed to use a resin to support the extracting agent and extract the gallium by passing the alkaline solution over this resin. Similarly, the gallium is recovered by washing the resin loaded with gallium with an acid solution. Thus, Japanese patent applications No. 60042234 and No. 5896831, European Nos. 258146 and 265356 cite examples of resins which can be used as a support for an extraction agent identical to that used in the liquid / liquid extraction process.
Ces procédés d'extraction liquide/liquide ou de passage sur résine contenant l'agent extractant consistent, sommairement, à faire passer le gallium contenu dans la solution basique, dans le milieu (phase organique ou résine) contenant l'agent extractant par mise en contact de ces deux milieux. Dans une seconde étape le gallium est réextrait par mise en contact du milieu (phase organique ou résine) chargé en gallium avec une solution aqueuse acide. La solution acide ainsi recueillie peut être ensuite purifiée par de nombreux procédés pour éliminer les cations coextraits avec le gallium, tel que par exemple le sodium et l'aluminium. These liquid / liquid extraction or passage processes on resin containing the extracting agent consist, roughly, in passing the gallium contained in the basic solution, in the medium (organic phase or resin) containing the extracting agent by setting contact of these two environments. In a second stage, the gallium is re-extracted by bringing the medium (organic phase or resin) loaded with gallium into contact with an acidic aqueous solution. The acid solution thus collected can then be purified by numerous methods to remove cations coextracted with gallium, such as for example sodium and aluminum.
A titre d'exemple, on peut citer les procédés de purification décrits dans les brevets français nO 2 495 599, 2 495 600 et 2 495 601 de la demanderesse.By way of example, mention may be made of the purification methods described in French patents Nos. 2,495,599, 2,495,600 and 2,495,601 of the applicant.
La solution purifiée est ensuite utilisée comme matière première pour la production de gallium métal ou de composés contenant du gallium. The purified solution is then used as a raw material for the production of gallium metal or compounds containing gallium.
Dans ces procédés, il a été trouvé que l'utilisation prolongée d'hydroxyquinoléine substituée dans une unité d'extraction du gallium conduit à une dégradation progressive due notamment au caractère basique du milieu d'extraction. In these methods, it has been found that the prolonged use of substituted hydroxyquinoline in a gallium extraction unit leads to progressive degradation due in particular to the basic nature of the extraction medium.
Pour limiter cet inconvénient, il a été proposé de choisir une hydroxyquinoléine substituée présentant un substituant hydrocarboné saturé. To limit this drawback, it has been proposed to choose a substituted hydroxyquinoline having a saturated hydrocarbon substituent.
Il a également été proposé, dans le certificat d'addition n02 397 464, de réaliser l'extraction du gallium sous atmosphère d'azote pour éviter l'oxydation des composants de la phase organique, notamment de l'hydroxyquinoléine substituée. It has also been proposed, in the certificate of addition n02 397 464, to carry out the extraction of gallium under a nitrogen atmosphere to avoid the oxidation of the components of the organic phase, in particular of the substituted hydroxyquinoline.
La présente invention a notamment pour but de proposer un procédé qui permet de limiter la dégradation de l'hydroxyquinoléine substituée dans les procédés d'extraction du gallium, permettant de compléter le résultat obtenu sous atmosphère d'azote, ou même d'éviter l'utilisation d'une atmosphère d'azote. The object of the present invention is in particular to propose a process which makes it possible to limit the degradation of the substituted hydroxyquinoline in the processes for extracting gallium, making it possible to complete the result obtained under a nitrogen atmosphere, or even to avoid the use of a nitrogen atmosphere.
A cet effet, l'invention propose un procédé d'extraction du gallium contenu dans une solution aqueuse basique par mise en contact de la solution aqueuse avec un matériau insoluble dans l'eau comprenant principalement au moins une hydroxyquinoléine substituée comme agent extractant du gallium par passage du gallium depuis la phase aqueuse dans ledit matériau, caractérisé en ce que la mise en contact dudit matériau avec la phase aqueuse basique contenant le gallium est réalisée en présence d'un agent réducteur présentant un potentiel rédox inférieur à celui de l'agent extractant, l'hydroxyquinoléine substituée, dans le milieu considéré, c'est à dire la solution aqueuse basique ou le mélange matériau/solution aqueuse basique. To this end, the invention provides a method of extracting gallium contained in a basic aqueous solution by bringing the aqueous solution into contact with a water-insoluble material mainly comprising at least one hydroxyquinoline substituted as a gallium extracting agent by passage of gallium from the aqueous phase into said material, characterized in that bringing said material into contact with the basic aqueous phase containing gallium is carried out in the presence of a reducing agent having a lower redox potential than that of the extracting agent , substituted hydroxyquinoline, in the medium under consideration, that is to say the basic aqueous solution or the material / basic aqueous solution mixture.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'agent réducteur est contenu dans la solution aqueuse basique. Ainsi, cet agent réducteur peut être ajouté dans la solution aqueuse basique de préférence, avant sa mise en contact avec le matériau contenant l'agent extractant. According to a first embodiment of the invention, the reducing agent is contained in the basic aqueous solution. Thus, this reducing agent can preferably be added to the basic aqueous solution, before it is brought into contact with the material containing the extracting agent.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, l'agent réducteur est contenu dans le matériau contenant l'agent extractant. According to a second embodiment of the invention, the reducing agent is contained in the material containing the extracting agent.
Dans ce mode de réalisation l'agent extractant est introduit soit à l'état pur, soit avantageusement sous forme d'une solution réalisée avec un solvant soluble à l'eau comme les alcools légers tel que le méthanol, l'éthanol, par exemple. In this embodiment, the extracting agent is introduced either in the pure state, or advantageously in the form of a solution produced with a water-soluble solvent such as light alcohols such as methanol, ethanol, for example .
I1 est également possible d'ajouter directement cet agent réducteur dans le mélange solution aqueuse basique / matériau, ou une combinaison des différents modes de réalisation décrits ci-dessus. It is also possible to add this reducing agent directly to the basic aqueous solution / material mixture, or a combination of the various embodiments described above.
Ainsi, l'agent réducteur piège l'oxygène présent dans le système et donc limite la dégradation de l'agent extractant. Thus, the reducing agent traps the oxygen present in the system and therefore limits the degradation of the extracting agent.
Les agents réducteurs convenables pour l'invention doivent avoir un caractère réducteur plus fort que celui de l'agent extractant dans le milieu d'extraction, mais également ne doivent pas perturber ou que de manière insignifiante le procédé d'extraction du gallium, par exemple la cinétique d'extraction. The reducing agents suitable for the invention must have a stronger reducing character than that of the extractant in the extraction medium, but also must not disturb or only insignificantly the process for extracting gallium, for example the kinetics of extraction.
Les agents réducteurs convenables pour l'invention sont notamment les composés organiques présentant un potentiel rédox inférieur à 0,5 V environ, dans les conditions standards du test de référence suivant
- "5 mg de composé à tester sont ajoutés dans de l'acétonitrile contenant du perchlorate de tétraéthylammonium à une concentration de 0,1 M et de l'hydroxyde de cérium à 10-2 M. Le potentiel à courant nul de la solution est mesurée avec une électrode de platine par rapport à une électrode de référence Ag/Ag+".The reducing agents suitable for the invention are in particular organic compounds having a redox potential of less than approximately 0.5 V, under the standard conditions of the following reference test.
- "5 mg of test compound are added to acetonitrile containing tetraethylammonium perchlorate at a concentration of 0.1 M and cerium hydroxide at 10-2 M. The zero current potential of the solution is measured with a platinum electrode with respect to a reference electrode Ag / Ag + ".
Ils sont avantageusement choisis dans le groupe comprenant l'hydroxyquinone, le pyrogallol, le thiobenzamide, la phénylhydrazine ou un mélange de ceux-ci. They are advantageously chosen from the group comprising hydroxyquinone, pyrogallol, thiobenzamide, phenylhydrazine or a mixture of these.
Quand l'agent réducteur est ajouté dans la solution basique contenant le gallium, il est avantageusement ajouté en quantité suffisante pour consommer notamment l'oxygène contenu dans la solution basique. When the reducing agent is added to the basic solution containing the gallium, it is advantageously added in an amount sufficient to consume in particular the oxygen contained in the basic solution.
Toutefois, cette concentration est de préférence comprise entre 10-2 mole/l et 0,25 mole/l pour, par exemple, éviter de perturber les conditions d'extraction du gallium. Cette concentration est également limitée par la solubilité de l'agent réducteur dans la solution aqueuse. However, this concentration is preferably between 10-2 mol / l and 0.25 mol / l to, for example, avoid disturbing the gallium extraction conditions. This concentration is also limited by the solubility of the reducing agent in the aqueous solution.
Les hydroxyquinoléines substituées convenant pour l'invention sont celles pouvant extraire le gallium par complexation dans les conditions du procédé de l'invention, c'est à dire, notamment en milieu basique, et de plus doivent être solubles en milieu organique et insolubles, ou nettement moins solubles en milieu aqueux. The substituted hydroxyquinolines suitable for the invention are those which can extract the gallium by complexing under the conditions of the process of the invention, that is to say, in particular in basic medium, and moreover must be soluble in organic medium and insoluble, or significantly less soluble in an aqueous medium.
Ainsi, les hydroxyquinoléines substituées convenant aux fins de l'invention sont notamment celles de formule générale suivante
dans laquelle R1, R2, R3, R4, R5, R6 identiques ou différents sont choisis parmi le groupe constitué par l'hydrogène, les halogènes, les radicaux alkyle, alcényle, alicyclique, aryle ; R1, R2, R3, R4, Rg, R6 ne pouvant représenter simultanément l'hydrogène. Parmi ces hydroxyquinoléines substituées, celles convenant particulièrement bien aux fins de l'invention sont notamment les a-alcényl hydroxy-8 quinoléines, les ss-alcényl hydroxy-8 quinoléines et les alkyl hydroxy-8 quinoléines.Thus, the substituted hydroxyquinolines suitable for the purposes of the invention are in particular those of the following general formula
wherein R1, R2, R3, R4, R5, R6 identical or different are chosen from the group consisting of hydrogen, halogens, alkyl, alkenyl, alicyclic, aryl radicals; R1, R2, R3, R4, Rg, R6 cannot simultaneously represent hydrogen. Among these substituted hydroxyquinolines, those which are particularly suitable for the purposes of the invention are in particular α-alkenyl hydroxy-8 quinolines, ss-alkenyl hydroxy-8 quinolines and alkyl hydroxy-8-quinolines.
Les a alcényl hydroxy-8 quinoléines préférées selon ltinvention ont pour formule générale
dans laquelle R1, R2, R3 représentent un hydrogène ou un groupement hydrocarboné. Parmi celles-ci on utilisera notamment celles de formule générale
The preferred alkenyl hydroxy-8-quinolines according to the invention have the general formula
in which R1, R2, R3 represent a hydrogen or a hydrocarbon group. Among these we will use in particular those of general formula
Les ss alcényl hydroxy-8 quinoléines préférées selon l'invention ont pour formule générale
dans laquelle R1, R2, R3, R4, R5 représentent un hydrogène ou un groupement hydrocarboné.The ss 8-alkenyl hydroxy-quinolines preferred according to the invention have the general formula
in which R1, R2, R3, R4, R5 represent a hydrogen or a hydrocarbon group.
Les alkyl hydroxy-8 quinoléines préférées selon l'invention ont pour formule
dans laquelle n est compris entre 1 et 20, et, de préférence, entre 5 et 15.The preferred 8 hydroxy alkyl quinolines according to the invention have the formula
in which n is between 1 and 20, and preferably between 5 and 15.
Ces hydroxyquinoléines peuvent être mises en oeuvre selon l'invention, seules ou en mélange. These hydroxyquinolines can be used according to the invention, alone or as a mixture.
Ces agents extractants peuvent être contenus dans un matériau formé soit par un solvant organique dans lequel l'extractant est solubilisé, l'extraction étant réalisée selon le procédé appelé "extraction liquide/liquide", soit par un substrat poreux retenant l'agent extractant, l'extraction étant réalisée par passage de la solution contenant le gallium sur ce substrat poreux chargé en agent extractant. These extracting agents may be contained in a material formed either by an organic solvent in which the extractant is dissolved, the extraction being carried out according to the process called "liquid / liquid extraction", or by a porous substrate retaining the extracting agent, the extraction being carried out by passing the solution containing the gallium over this porous substrate loaded with extracting agent.
Dans la première variante du procédé, le solvant d'extraction est une phase organique contenant un diluant organique non miscible à l'eau et un ou plusieurs agents extractants tels que définis ci-dessus. In the first variant of the process, the extraction solvent is an organic phase containing an organic diluent immiscible with water and one or more extracting agents as defined above.
Les diluants organiques convenables et habituellement utilisés sont, par exemple, les diluants mis en oeuvre en extraction liquide/liquide, utilisés seuls ou en mélange. Parmi ceux-ci, on peut citer les hydrocarbures aliphatiques comme, par exemple, l'heptane et les coupes pétrolières du type kérosène ; les hydrocarbures aromatiques comme, par exemple, le benzène, le toluène, le xylène et les coupes du type SOLVESSO (marque déposée par la société EXXON) et, enfin, les dérivés halogénés de ces composés comme, par exemple, le chloroforme et le tétrachlorure de carbone, le dichloroéthane et le trichloropropane. Suitable organic diluents usually used are, for example, diluents used in liquid / liquid extraction, used alone or as a mixture. Among these, there may be mentioned aliphatic hydrocarbons such as, for example, heptane and petroleum fractions of the kerosene type; aromatic hydrocarbons such as, for example, benzene, toluene, xylene and cuts of the SOLVESSO type (trademark registered by the company EXXON) and, finally, the halogenated derivatives of these compounds such as, for example, chloroform and tetrachloride carbon, dichloroethane and trichloropropane.
La proportion d'agents extractants dans la phase organique n'est pas critique et peut varier dans de larges limites. The proportion of extracting agents in the organic phase is not critical and can vary within wide limits.
Toutefois, une concentration comprise entre 1 % et 50 % en volume rapportés à la phase organique convient généralement. However, a concentration of between 1% and 50% by volume based on the organic phase is generally suitable.
La phase organique peut également contenir différents additifs tels que, par exemple, des accélérateurs de la vitesse d'extraction du gallium, des agents tensio-actifs à particules. Cette liste n'est pas exhaustive et est donnée uniquement à titre indicatif. The organic phase can also contain various additives such as, for example, accelerators of the gallium extraction speed, particulate surfactants. This list is not exhaustive and is given for information only.
Dans la seconde variante du procédé, le matériau est constituée par un substrat solide et poreux sur lequel est fixé de manière chimique ou physique, l'agent extractant. In the second variant of the method, the material consists of a solid and porous substrate on which is chemically or physically fixed, the extracting agent.
Généralement ce substrat peut être une résine synthétique adsorbante ou échangeuse d'ions, telles que les résines commercialisées sous les noms commerciaux : "Amberlite", les résines "encagées" commercialisées par la société Bayer sous la marque "LEWATIT", les charbons actifs ou analogues. Generally, this substrate can be a synthetic adsorbent or ion exchange resin, such as the resins marketed under the trade names: "Amberlite", the "caged" resins marketed by the company Bayer under the brand "LEWATIT", active carbon or analogues.
Des exemples de résines sont notamment données dans les brevets japonais nO 60042234, 5896831, européens 258146, 265356. Examples of resins are given in particular in Japanese patents Nos. 60042234, 5896831, European patents 258146, 265356.
Les conditions de concentration, rapport de phase, température et pH de l'extraction du gallium depuis la solution basique (A) dans le matériau d'extraction sont habituelles et notamment décrites dans les brevets et demandes de brevet cités ci-dessus. The conditions of concentration, phase ratio, temperature and pH of the extraction of gallium from the basic solution (A) in the extraction material are usual and in particular described in the patents and patent applications cited above.
Par solution basique contenant du gallium, on entend toutes solutions basiques soit artificielles soit provenant de procédés chimiques tels que les procédés de traitement de minerais naturels. The term “basic solution containing gallium” means any basic solution, either artificial or originating from chemical processes such as the treatment of natural minerals.
Ainsi, la solution basique généralement utilisée comme source de gallium est une solution d'aluminate de sodium appelée également "Lessive
Bayer provenant du circuit de traitement des minerais de Bauxite pour en extraire l'alumine, selon le procédé dit Bayer. Cette solution basique est recyclée dans le circuit du procédé Bayer après l'extraction du gallium.Thus, the basic solution generally used as a source of gallium is a sodium aluminate solution also called "Detergent
Bayer from the Bauxite ore processing circuit to extract alumina, according to the so-called Bayer process. This basic solution is recycled in the Bayer process circuit after the extraction of the gallium.
D'autres but, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement au vu des exemples donnés ci-dessous uniquement à titre indicatif. Other objects, characteristics and advantages of the invention will appear more clearly in the light of the examples given below only for information.
Exemple 1 comparatif
Dans un appareil constitué essentiellement par un mélangeur décanteur, on introduit en continu avec un débit de 1l/h une solution basique d'aluminate de sodium contenant 93g/l d'aluminium exprimé en
Al203 et 79g/l de sodium exprimé en Na20, et un solvant d'extraction comprenant 17 % en volume d'une hydroxyquinoléine substituée commercialisée par la Société Schering sous la dénomination "Kelex 100" (composé de formule V avec n= 11) avec un débit de 11/h, 10 % de décanol et 10,5 % d'acide versatic, le complément étant constitué par du kérosène.Comparative example 1
A basic solution of sodium aluminate containing 93 g / l of aluminum expressed in
Al203 and 79g / l of sodium expressed as Na20, and an extraction solvent comprising 17% by volume of a substituted hydroxyquinoline marketed by the Schering company under the name "Kelex 100" (compound of formula V with n = 11) with a flow rate of 11 / h, 10% decanol and 10.5% versatic acid, the balance consisting of kerosene.
Le système est porté à 700C. The system is brought to 700C.
Après 166 heures de fonctionnement, la concentration en "KELEX" dans le solvant d'extraction est de 11,5 %, soit un taux de dégradation de 30 %. After 166 hours of operation, the concentration of "KELEX" in the extraction solvent is 11.5%, ie a degradation rate of 30%.
La concentration en "KELEX" est déterminée par chromatographie en phase gazeuse (CPG). The concentration of "KELEX" is determined by gas chromatography (GC).
Exemple 2
L'exemple 1 est répété, mais une solution aqueuse d'hydroquinone à 44g/l est ajoutée dans la solution basique d'aluminate de sodium selon un débit de 0,1 l/h. Example 2
Example 1 is repeated, but an aqueous hydroquinone solution at 44 g / l is added to the basic sodium aluminate solution at a flow rate of 0.1 l / h.
La concentration en Kelex n'a pas varié après 290 heures de fonctionnement. The Kelex concentration did not change after 290 hours of operation.
Exemple 3
L'exemple 1 est répété, mais une solution aqueuse de pyragallol à 15 g/l est ajoutée dans une solution basique d'aluminate de sodium selon un débit de 0,4 l/h. Example 3
Example 1 is repeated, but an aqueous solution of pyragallol at 15 g / l is added to a basic solution of sodium aluminate at a flow rate of 0.4 l / h.
La concentration en KELEX dans le solvant d'extraction est restée constante après 290 heures de fonctionnement. The concentration of KELEX in the extraction solvent remained constant after 290 hours of operation.
Exemple 4
L'exemple 1 est répété, mais en ajoutant dans le solvant d'extraction une solution alcoolique (éthanol) de thiobenzamide à 50 g/l selon un débit de 0,1 l/h. Example 4
Example 1 is repeated, but adding to the extraction solvent an alcoholic solution (ethanol) of thiobenzamide at 50 g / l at a flow rate of 0.1 l / h.
Egalement dans ce cas, on constate que la concentration en KELEX reste constante après 290 heures de fonctionnement. Also in this case, it can be seen that the concentration of KELEX remains constant after 290 hours of operation.
Exemple 5
L'exemple 4 est répété, mais en remplaçant la solution alcoolique de thiobenzamide par une solution alcoolique de phénylhydrazine à 38 g/l, le même résultat est observé.Example 5
Example 4 is repeated, but by replacing the alcoholic solution of thiobenzamide with an alcoholic solution of phenylhydrazine at 38 g / l, the same result is observed.
Exemple 6
Dans un appareil constitué d'une colonne remplie de résine contenant 14,5 % en poids (rapporté à la résine séche) de "KELEX 100", une solution basique identique à celle de l'exemple 1 est alimentée en continu avec un débit de 100 ml/h.Example 6
In an apparatus consisting of a column filled with resin containing 14.5% by weight (relative to the dry resin) of "KELEX 100", a basic solution identical to that of Example 1 is fed continuously with a flow rate of 100 ml / h.
La colonne est portée à 600C. The column is brought to 600C.
Après 130 heures de fonctionnement, la capacité de charge de la résine a diminuée de 13,8 %. After 130 hours of operation, the charge capacity of the resin decreased by 13.8%.
Cette capacité de charge est déterminée après élut ion de la résine avec une solution d'acide sulfurique pour éliminer le gallium et régénérer celle-ci, puis détermination de la capacité de charge avec une solution contenant du cuivre. This load capacity is determined after elution of the resin with a sulfuric acid solution to remove the gallium and regenerate it, then determination of the load capacity with a solution containing copper.
Exemp7e 7
L'exemple 6 est répété, mais en ajoutant dans la solution basique une solution basique une solution aqueuse d'hydroquinone à 44 g/l selon un débit de 0,1 l/h. Example 7
Example 6 is repeated, but adding to the basic solution a basic solution an aqueous solution of hydroquinone at 44 g / l at a flow rate of 0.1 l / h.
La capacité de charge de la résine déterminée selon la méthode décrite à l'exemple 6 n'a pas diminuée après 130 heures de fonctionnement. The load capacity of the resin determined according to the method described in Example 6 did not decrease after 130 hours of operation.
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FR2670803B1 (en) | 1993-03-19 |
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