NL8602997A

NL8602997A - Werkwijze voor de bereiding van gallium.

Info

Publication number: NL8602997A
Application number: NL8602997A
Authority: NL
Original assignee: Elkem As
Priority date: 1985-12-16
Filing date: 1986-11-25
Publication date: 1987-07-16
Also published as: GB2184108B; FR2591582A1; JPS642654B2; NO854797L; NO158028C; GB2184108A; GB8629961D0; ES2002227A6; AU572412B2; AU6658886A; NZ218419A; FR2591582B1; BR8606230A; DE3640381A1; JPS62156238A; NO158028B; CA1309869C

Description

Γ Ν034176 1

Werkwijze voor de bereiding van gallium

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze ter bereiding van gallium uit stof dat in gasreinigingssysternen (stof-vangers) in installaties voor de elektrolytische vervaardiging van aluminium uit een mengsel van bauxiet en kryoliet wordt verzameld.

5 De hoofdbestanddelen van dit stof zijn koolstof en oxiden van aluminium, natrium en ijzer. Het stof bevat gewoonlijk ongeveer 0,2 tot ongeveer 0,5 gew.% gallium.

Bekend is de winning van de gallium uit het bovenomschreven stof door menging van het stof met een overmaat van een carbonaat van een 10 alkalimetaal of een hydroxide van een alkalimetaal, behandeling van dit mengsel bij verhoogde temperatuur in een oxiderende atmosfeer, waarna het behandelde produkt wordt uitgeloogd met een waterige oplossing waardoor het gallium in oplossing wordt gebracht. Vervolgens wordt gallium bijvoorbeeld door middel van vloei stof-vloei stof-extractie uit het 15 waterextract geëxtraheerd. Het winningspercentage van gallium is echter laag en ligt doorgaans beneden 70%.

Verder is bekend dat klei (aluminiumsilicaat) dat kleine hoeveelheden gallium bevat, voor het extraheren van het gallium kan worden behandeld met zoutzuur en dat het gallium weer uit dit extract kan worden 20 geëxtraheerd door middel van vloeistof-vloei stof-extractie met een amine als extractiemiddel. Het gallium wordt vervolgens uit de organische fase gestript met een zoutzuur bevattende stripopiossing, waarbij een oplossing van galliumchloride wordt verkregen. Het aluminiumsilicaat is echter zeer verschillend van het in stofvangers in installaties 25 voor de elektrolytische bereiding van aluminium verzamelde stof.

Tenslotte is bekend dat gallium uit afgewerkte oplossingen van de germaniumproduktie kan worden geëxtraheerd door middel van verdund tributyl fosfaat (TBP) als organisch extraktiemiddel. Dergelijke oplossingen zijn mengsels van zwavelzuur en zoutzuur en om een selectieve 30 extractie van gallium te verkrijgen moet een organisch extractiemiddel worden gebruikt dat 10% TBP, opgelost in een alifatisch verdunningsmid-del, omvat. Dat betekent het gebruik van grote hoeveelheden organische oplossing.

Doel van de uitvinding is het verschaffen van een eenvoudige en 35 goedkope werkwijze voor het bereiden van gallium waarbij zeer zuiver gallium kan worden gewonnen uit stof afkomstig uit stofvangers in installaties voor de elektrolytische bereiding van aluminium.

De uitvinding heeft daarom betrekking op een werkwijze voor de 8602997 2 selectieve extractie van gallium uit stof dat is verzameld in gasrei-nigingssystemen in installaties voor de elektrolytische bereiding van aluminium, waarbij het stof bij een temperatuur van 50-120°C wordt uitgeloogd met zoutzuur waardoor gallium als galliumchloride wordt 5 geëxtraheerd, waarna uit dit extract het galliumchloride selectief wordt geëxtraheerd met behulp van een organische fase die uit onverdund tri-n-butylfosfaat bestaat en gallium vervolgens weer uit de organische fase wordt gestript met behulp van water of een natrium-hydroxide-oplossing die een concentratie tussen 0,1 en 3 mol/1, bij 10 voorkeur tussen 1 en 2 mol/1, heeft.

Het stof wordt bij voorkeur uitgeloogd met zoutzuur met een zuur-sterkte van 3 tot 8 mol/1, bij een temperatuur van 95 tot 105°C. Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding worden eventuele ijzer(III)ionen die met het gallium in oplossing komen tot ijzer(II) 15 gereduceerd door toevoeging van een reduktiemiddel, bij voorkeur ijzer-poeder, voordat het extract met de organische extractiefase in contact wordt gebracht.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt het stof voor de eerste extractiestap bij een temperatuur van 500-1000°C in 20 een oxiderende atmosfeer gebracht. Door deze behandeling worden koolstof, fluoriden en teer uit het stof verwijderd waarbij het gewicht van het stof met ongeveer 50¾ wordt verminderd.

Met de werkwijze volgens de uitvinding wordt een hoge extract!e-opbrengst aan gallium van meer dan 80% bereikt en wordt gallium selec-25 tief met behulp van onverdund TBP geëxtraheerd. Gebruik van onverdund TBP betekent een belangrijke vermindering van het volume aan organisch extractiemiddel vergeleken met de bekende werkwijze waarin een organische fase die 10% TBP in een alifatisch verdunningsmiddel omvat wordt gebruikt.

30 De uitvinding wordt verder beschreven aan de hand van de volgende voorbeelden.

Voorbeeld I

200 g stof verzameld uit stofvangers in een installatie voor de elektrolytische bereiding van aluminium werd bij 100°C uitgeloogd met 35 1000 ml 6M zoutzuur.

8502997 3

De chemische samenstelling van het stof was als volgt: koolstof 33 gew.% 5 fluor 17 gew.% zuurstof 17 gew.% aluminium 13 gew.% natrium 9 gew.% ijzer 6 gew.% 10 zwavel 3 gew.% calcium 1,5 gew.% gallium 0,47 gew.%

De chemische samenstelling van het zoutzuurextract was als volgt: 15 gallium 0,8 g/1 ijzer 13,4 g/1 aluminium 25,0 g/1 natrium 17,4 g/1 20 fluor 29,4 g/1 chloor 212 g/1

Het extract!erendement van deze stap was voor gallium dus 85%.

Aan het zoutzuurextract werd ijzerpoeder toegevoegd teneinde 25 ijzer(III) te reduceren tot ijzer(II). Het ijzergehalte in het extract steeg daardoor tot 18,4 g/1.

Vervolgens werd het zoutzuurextract met onverdund tri-n-butylfosfaat behandeld in een volumeverhouding van 5 delen waterige fase tot 1 deel organische fase waarbij gallium in de organische fase werd 30 geëxtraheerd. Het galliumgehalte in het zoutzuurextract daalde daarbij van 0,8 g/1 tot minder dan 0,02 g/1. Dat betekent dat meer dan 97,5% van het gallium met het onverdunde TBP uit het zoutzuurextract werd geëxtraheerd.

Vervolgens werd het gallium uit de organische fase gestript door 35 deze tweemaal met water met pH 7 te behandelen. De volumeverhouding water/organische fase was 1:1. De verkregen gallium bevattende oplossing in water werd weer met TBP in een volumeverhouding water/organische fase van 5/1 in contact gebracht. Het gallium werd vervolgens uit de organische fase gestript door behandeling met water op dezelfde wij-40 ze als boven beschreven.

8602997 £ 4

? V

De uiteindelijke oplossing had de volgende samenstelling: gallium 5 g/1 5 ijzer ^ 0,05 g/1 aluminium 0,05 g/1 natrium 0,054 g/1 fluor 0,026 g/1 10 Terwijl de verhouding Ga/Fe in het zoutzuurextract dus 0,06 was, was de verhouding Ga/Fe in de eindoplossing groter dan 100.

Voorbeeld II

In een proefinstallatie voor de continue bereiding van gallium uit 15 stof dat uit stofvangers in installaties voor de elektrolytische bereiding van aluminium wordt verzameld, werd per uur 12 kg stof uitgeloogd met 30 liter 6M HC1. De extract!etemperatuur werd op 100°C gehouden.

Het zoutzuurextract had de volgende gemiddelde samenstelling: 20 gallium 1,1 g/1 aluminium 35 g/1 ijzer 20 g/1 natrium 25 g/1 fluor 50 g/1 25 chloor 212 g/1

Ijzer(III) in het zoutzuurtextract werd gereduceerd tot ijzer(II) door toevoeging van elementair ijzer. Het gemiddelde ijzer-gehalte in het zoutzuurextract steeg daarbij tot 40 g/1.

30 Het zoutzuurextract werd vervolgens in een meng/bezinkapparaat be handeld met onverdund tri butyl fosfaat. De volumeverhouding tussen zoutzuurextract en TBP werd op 5/1 ingesteld. Gallium werd daarbij in de organische fase geëxtraheerd. Het galliumgehalte in het zoutzuurextract daalde daarbij tot beneden 0,02 g/1. Dit betekent dat meer dan 35 98,1% van het gallium in de organische fase werd geëxtraheerd. Telkens werd 1/4 van de organische fase afgetapt teneinde het gallium daaruit te extraheren.

De organische fase werd na het strippen teruggevoerd naar de extract! estap.

40 Gallium werd uit de organische fase gestript door behandeling van 8602997 5 de organische fase met water in een volumeverhouding 1:1.

Nadat de proefinstallatie zolang was gebruikt dat evenwicht was bereikt, was de samenstelling van de stripopi ossing als volgt: 5 gallium 15 g/1 ijzer 0,05 g/1 aluminium 0,003 g/1 fluor 0,25 g/1 chloor 40 g/1 10

Terwijl de verhouding Ga/Fe in het zoutzuurextract 0,06 bedroeg, was deze verhouding in de eindoplossing 300. Hiermee is aangetoond dat met de werkwijze volgens de uitvinding een zeer selectieve extractie van gallium wordt verkregen.

8602997

Claims

1. Werkwijze voor de selectieve extractie van gallium uit stof afkomstig uit gasreinigingssystemen in installaties voor de elektrolyti- 5 sche bereiding van aluminium, met het kenmerk, dat men het stof uitloogt met zoutzuur waarbij gallium wordt opgelost als galliumchloride, waarna men galliumchloride selectief uit het zoutzuurextract extraheert door middel van een organische fase die bestaat uit onverdund tri-n-butylfosfaat en dat men gallium uit de organische fase stript met water 10 of met een oplossing van natriumhydroxide met een concentratie NaOH tussen 0,1 en 3 mol/1, bij voorkeur tussen 1 en 2 mol/1 ·

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men het stof uitloogt met zoutzuur met een zuursterkte van 3-8 mol/1 en dat men de temperatuur van deze behandeling tussen 50 en 120°C, bij voorkeur 15 tussen 95 en 105°C houdt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat ijzer(III) in het zoutzuurextract wordt gereduceerd tot ijzer(II), door voordat het zoutzuurextract met de organische fase in contact wordt gebracht, een reduktiemiddel toe te voegen. 20

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men het stof, voorafgaande aan het uitlogen met zoutzuur, bij een temperatuur tussen 500 en 1000°C aan een oxiderende atmosfeer blootstelt. *m992.