RU2667592C1 - Способ разделения галлия и алюминия на слабоосновном анионите d-403 из щелочных растворов - Google Patents

Способ разделения галлия и алюминия на слабоосновном анионите d-403 из щелочных растворов Download PDF

Info

Publication number
RU2667592C1
RU2667592C1 RU2018106769A RU2018106769A RU2667592C1 RU 2667592 C1 RU2667592 C1 RU 2667592C1 RU 2018106769 A RU2018106769 A RU 2018106769A RU 2018106769 A RU2018106769 A RU 2018106769A RU 2667592 C1 RU2667592 C1 RU 2667592C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gallium
aluminum
exchange resin
anion exchange
concentration
Prior art date
Application number
RU2018106769A
Other languages
English (en)
Inventor
Ольга Владимировна Черемисина
Татьяна Евгеньевна Литвинова
Вадим Насырович Сагдиев
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Priority to RU2018106769A priority Critical patent/RU2667592C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2667592C1 publication Critical patent/RU2667592C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B58/00Obtaining gallium or indium
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области гидрометаллургии редких металлов, а именно к способам разделения галлия и алюминия в виде анионных гидроксокомплексов из щелочных растворов с привлечением ионообменных смол. Способ заключается в проведении сорбционного процесса извлечения галлия из щелочных алюминатных растворов, содержащих 50-55 г/л NaO, от 0,06 до 10,97 г/л галлия и алюминия 8,2 г/л в присутствии хрома и ванадия концентрацией 1,38 г/л и 2,57 г/л соответственно. Процесс ведут при соотношении твердой и жидкой фаз 1:30 на макропористой хелатной анионообменной смоле D-403 при перемешивании со скоростью встряхивания не менее 50 кол/мин не более 1,5 часов при комнатной температуре. Десорбцию ведут раствором серной кислоты концентрацией 1 моль/л. Техническим результатом является отделение галлия от алюминия вплоть до мольного отношения компонентов 1:150 и достижение значения емкости более 27 г галлия на 1 кг ионообменной смолы, что увеличивает производительность процесса. 3 ил., 3 табл., 5 пр.

Description

Изобретение относится к области гидрометаллургии редких металлов, а именно к способам разделения галлия и алюминия в виде анионных гидроксокомплексов из щелочных растворов. Изобретение может быть использовано в технологии получения галлия и отделения его от алюминия при переработке бокситовых и нефелиновых руд по методу Байера из оборотных и промывных растворов. Способ отделения галлия от алюминия включает ионообменный метод разделения с использованием слабоосновного анионита D-403.
Известен способ извлечения галлия из растворов (патент RU №2336349, опубл. 20.10.2008), в том числе алюминатных щелочных галлийсодержащих растворов глиноземного производства. Данный способ позволяет снизить затраты при извлечении галлия за счет использования в качестве сорбента шлама и пыли, уловленной в процессе газоочистки отходящих газов от электролизеров при получении алюминия. Процесс извлечения проводился при температуре 80°С и соотношении фаз Ж:Т=2:1. В изобретении приведено 2 примера, в которых степень извлечения галлия составила 25% и 18%, соответственно.
Недостатками данного способа являются низкие степени извлечения галлия, повешенные температуры проведения сорбционного процесса, а также невозможность (регенерации) вторичного использования сорбента.
Известен способ комплексной переработки галийсодержащих алюминатных растворов (патент RU №2049825, опубл. 10.12.1995), включающий выделение из алюминатных щелочных растворов основной массы алюминия путем обработки силикатом натрия и последующую сорбцию галлия ионообменником из полученной пульпы или маточника после фильтрации.
Недостатком данного способа является многостадийность процесса, необходимость предварительной очистки от ряда примесных компонентов: ванадия, мышьяка, фосфора, фтора, а также большой расход сопутствующих реагентов.
Известен способ извлечения галлия из растворов хлорида алюминия (патент CN 104018012 (А), опубл. 16.04.2014) на ионообменной смоле. Способ заключается в пропускании раствора, содержащего галлий и алюминий через сорбционную колонку с последующим элюированием раствором соляной кислоты, промыванием водой и вторичном элюировании водным раствором щелочи.
Недостатками способа являются многостадийность процесса и дополнительное использование восстанавливающих агентов для устранения сорбции ионов железа(3+).
Известен ионообменный способ извлечения галлия (патент CN 103031449, опубл. 28.12.2012) из маточных растворов глиноземного производства. Процесс извлечения галлия включается в себя 6 стадий: сорбцию, центрифугирование, промывание, элюирование и повторное центрифугирование. Общее время проведения процесса составляет 30-80 минут, скорость пропускания маточного раствора 9,5 м/ч.
Недостатком этого способа являются многостадийность процесса и совместная сорбция алюминия и галлия, что осложняет дальнейший процесс их разделения.
Известен способ утилизации галлия из маточного раствора Байеровского производства (патент CN 102534214, опубл. 04.07.2012) с использованием хелатной смолы имеющей функциональные группы амидоксима. Способ заключается в пропускании маточного раствора через сорбционную колонку, с последующей десорбцией кислотными растворами и параллельным осаждением примесей. Для повторного использования ионита производят промывание его водой до рН=6-8. Сорбционная способность составила 300 мг/л.
Недостатками метода являются необходимость промывания хелатной смолы до низких значений рН=6-8, что влечет высокий расход воды, и незначительная емкость ионита.
Известен способ извлечения галлия сорбцией из щелочных алюминийсодержащих растворов глиноземного производства (патент RU №2112814, опубл. 10.06.1998), принятый за прототип, который позволяет извлекать галлий из щелочных растворов с предварительной карбонизацией раствора для связывания основной массы алюминия и последующей сорбцией галлия на комплексообразующем ионообменнике. При выделении около 50% алюминия из раствора в осадок за счет карбонизации емкость ионита возрастает почти в два раза, а при выделении в осадок более 90% алюминия емкость по галлию увеличивается более чем в 6 раз и составляет 4,9 г/л при соотношении фаз 1:20.
К недостаткам данного способа относится относительно низкая емкость анионита по галлию, соответственно низкая производительность сорбционного процесса, и невысокая степень отделения от алюминия, которая понижается с ростом концентрации алюминия в фильтрате после проведения процесса карбонизации и/или декомпозиции.
Техническим результатом изобретения является непосредственное разделение алюминия и галлия на ионообменной смоле D-403 в процессе сорбционного извлечения галлия из оборотных растворов Байеровского производства после проведения карбонизации или декомпозиции и из промывных вод с концентрацией галлия от 0,08 до 0,84 г/л, 50-55 г/л Na2O и алюминия от 3,25 до 10 г/л в присутствии хрома и ванадия концентрацией 0,31-1,38 г/л и 0,31 до 2,57 г/л, соответственно.
Технический результат достигается тем, в качестве комплексообразующего анионита используется макропористая хелатная анионообменная смола D-403, отделение галлия от алюминия в присутствии хрома и ванадия проводится при соотношении фаз Т:Ж 1:30, скорости встряхивания не менее 50 колебаний в минуту, комнатной температуре, времени контакта фаз до достижения насыщения не более 1,5 часов и в качестве десорбирующего агента используется раствор серной кислоты концентрацией 1 моль/л.
Способ поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - график изотермы сорбции анионных комплексов галлия на слабоосновном анионите D 403, переведенного в гидроксоформу, в присутствии 3,25 г/л (0,12 моль/кг) алюминия и температуре 2°С;
фиг. 2 - график зависимости концентрации галлия от времени при различной скорости встряхивания
фиг. 3 - график зависимости емкости анионита по галлию от соотношения твердой и жидкой фаз.
Способ разделения галлия и алюминия осуществляется следующим образом. Щелочной алюминатный раствор, соответствующий оборотным растворам Байеровского производства, с содержанием Na2O 50-55 г/л, галлия от 0,06 до 10,97 г/л, алюминия 8,2 г/л, ванадия и хрома концентрацией 1,38 г/л и 2,57 г/л, соответственно, в пластиковых контейнерах емкостью 500 см3, помещенных в лабораторный встряхиватель SHR-1D (производитель Daihan Scientific, Корея) со скоростью встряхивания 50 колебаний в минуту при комнатной температуре и соотношении фаз Т:Ж=1:30 в статических условиях в течение 1,5 часов уравновешивают макропористой хелатной анионообменной смолой D-403 в гидрософорме, используемой в качестве комплексообразующего анионита. В качестве десорбирующего агента используются растворы серной кислоты концентрацией 1 моль/л.
В ходе эксперимента по сорбции галлия на анионите D-403 при увеличении содержания алюминия в растворе вплоть до мольного соотношения к галлию 150:1, характерное для технологических алюминатных щелочных растворов, не наблюдается извлечение гидроксоалюминат-ионов в твердую фазу анионита. Установлено, что химическое сродство тетрагидроксогаллат ионов к твердой фазе смолы D-403 выше сродства тетрагидроксокомплексов алюминия в силу более высокого электростатического взаимодействия ионов галлия во внутреннем электролите ионообменной смолы и дополнительным ковалентным эффектом химической связи гидроксокомплексов галлия за счет неподеленной электронной пары атома азота ионообменного материала по сравнению с алюминием, хромом и ванадием.
Полученное значение полной обменной емкости смолы в статических условиях по отношению к галлию составило 27-29 г/кг. Способ поясняется следующей фигурой.
Способ поясняется следующими примерами.
Пример 1. Щелочной раствор с содержанием Na2O 50-55 г/л, галлия от 0,06 до 10,42 г/л и алюминия 8,1 г/л объемом 200 см3 приводили в равновесие со смолой объмом 20 см3 (7,2 г) в пластиковых контейнерах емкостью 500 см3 при комнатной температуре. Емкости плотно закрывали крышками и обеспечивали скорость встряхивания 50 кол/мин с помощью лабораторного встряхивателя SHR-1D. Сорбцию проводили в статических условиях при соотношении фаз т:ж=1:30 в течение 1,5 ч. После окончания сорбции растворы отделяли от ионита, направляя твердую фазу на регенерацию.
Концентрацию галлия и алюминия в исходных и равновесных фазах измеряли спектрофотометрическим методом и рентгенофлуоресцентным с помощью энергодисперсионного спектрометра Epsilon3 производства PANanalitical. Результаты опытов приведены в табл. 1.
Figure 00000001
Согласно полученным результатам использование анионита D-403 в щелочных растворах, содержащих галлий и алюминий вплоть до мольного соотношения 1:150, позволяет полностью отделить галлий от алюминия при достижении полной обменной емкости по галию в статических условиях 27-29 г/кг.
Пример 2. Сорбцию галлат-ионов проводили из щелочных алюминатных растворов, содержащих от 0,06 до 10,97 г/л галлия, 8,2 г/л алюминия, 2,57 г/л хрома в виде хром-ионов, 1,38 г/л ванадия в виде ванадат-ионов и Na2O 50-55 г/л при комнатной температуре (25°С).
Щелочной раствор с содержанием указанных компонентов объемом 200 см3 уравновешивали смолой D-403 объмом 20 см3 (7,2 г). Сорбцию проводили в статических условиях при скорости встряхивания 50 кол/мин и соотношении фаз т:ж=1:30 в течение 1,5 ч. Результаты опытов приведены в табл. 2.
Figure 00000002
Полная статическая обменная емкость анионита по галлию составила 27-29 г/кг. Присутствие алюминия, хрома и ванадия не оказывает вияние на извлечение галлия из щелочных растворов, что позволяет рекомендовать данный анионит в качестве селективного сорбента по отношению к галлат-ионам.
Пример 3. Щелочной раствор, содержащий Na2O 50-55 г/л, 8,44 г/л галлия объемом 200 см3 уравновешивали смолой D-403 объмом 20 см3 (7,2 г) в статических условиях при соотношении фаз т:ж=1:30 и скорости встряхивания 50 и 100 колебаний в минуту. Через заданные промежутки времени отбирали аликвоты щелочного раствора и определяли в них содержание галлия. Согласно результатам эксперимента, приведенными на фиг. 2., время установления равновесия не превышает 1,5 часа и не зависит от скорости встряхивания, минимальным значением которой, является 50 кол/мин.
Пример 4. Щелочной раствор с содержанием Na2O 50-55 г/л, галлия 10,42 г/л и алюминия 8,1 г/л объемом 200 см3 приводили в равновесие со смолой объмом 20 см3 (7,2 г) при различных соотношениях массы анионита и объема раствора (т:ж): 1:100, 1:50, 1:40, 1:30, 1:20. Сорбцию проводили в статических условиях при скорости встряхивания 50 кол/мин в течение 1,5 ч. Результаты опытов приведены на фиг. 3.
Полная статическая емкость анионита по галлию, равная 27-29 г/кг достигается при использовании соотношения фаз 1:30, дальнейшее уменьшение значения т:ж не влияет на величину емкости. Концентрация алюминия в растворах после контакта с твердой фазой ионообменной смолы не изменилась и составила 8,1 г/л.
Пример 5. В качестве десорбирующего агента использовали раствор серной кислоты концентрацией от 0,5 до 2 моль/л. Для этих целей анионит D-403, насыщенный в условиях примеров 1 и 2, промыли водой, поместили в стекляные сорбционные колонки и десорбировали раствором серной кислоты в динамическом режиме. Раствор, вытекающий из колонок (сорбат) после пропускания 100 мл кислоты, анализировали на содержание галлия. Результаты опыта приведены в таблице 3.
Figure 00000003
Figure 00000004
Согласно полученным результатам степень десорбции галлия в сернокислый раствор составила свыше 95% при использовании серной кислоты концентрации 1 и 2 моль/л, из которых 1 М является оптимальной. Использование сернокислых растворов с концентрацией ниже 1 М не обеспечивает высокую степень десорбции галлия из твердой фазы ионообменной смолы.
Таким образом, использование анионобменной смолы D-403 в процессе сорбции галлия из промышленных щелочных растворов позволяет его отделить от основного сопутствующего компонента алюминия, достичь высокой емкости по галлию вплоть до значения 27-29 г/кг и десорбировать раствором серной кислоты концентрацией 1 моль/л.

Claims (1)

  1. Способ разделения галлия и алюминия из щелочных растворов, включающий сорбционное извлечение галлия комплексообразующим анионитом, отличающийся тем, что в качестве комплексообразующего анионита используют макропористую хелатную анионообменную смолу D-403, при этом отделение галлия от алюминия ведут в присутствии в растворе хрома и ванадия при соотношении фаз Т:Ж 1:30, скорости встряхивания емкости не менее 50 колебаний в минуту, комнатной температуре и времени контакта фаз до достижения насыщения не более 1,5 часов, а в качестве десорбирующего агента используют раствор серной кислоты концентрацией 1 моль/л.
RU2018106769A 2018-02-22 2018-02-22 Способ разделения галлия и алюминия на слабоосновном анионите d-403 из щелочных растворов RU2667592C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018106769A RU2667592C1 (ru) 2018-02-22 2018-02-22 Способ разделения галлия и алюминия на слабоосновном анионите d-403 из щелочных растворов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018106769A RU2667592C1 (ru) 2018-02-22 2018-02-22 Способ разделения галлия и алюминия на слабоосновном анионите d-403 из щелочных растворов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2667592C1 true RU2667592C1 (ru) 2018-09-21

Family

ID=63668853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018106769A RU2667592C1 (ru) 2018-02-22 2018-02-22 Способ разделения галлия и алюминия на слабоосновном анионите d-403 из щелочных растворов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2667592C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114507778A (zh) * 2022-03-18 2022-05-17 郑州轻工业大学 一种金属镓生产过程中钒渣的综合利用方法
CN115109951A (zh) * 2022-06-28 2022-09-27 郑州轻工业大学 一种氧化铝生产中硫酸脱附含镓液的综合利用方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5852450A (ja) * 1981-09-19 1983-03-28 Sumitomo Chem Co Ltd ガリウムの回収方法
JPS60215721A (ja) * 1984-04-06 1985-10-29 Unitika Ltd ガリウムの回収方法
US4999171A (en) * 1987-04-03 1991-03-12 Sumitomo Chemical Co. Ltd. Process for recovery of gallium by chelate resin
RU2020176C1 (ru) * 1992-04-02 1994-09-30 Донецкий государственный университет Способ обогащения галлием угольной золы-уноса
RU2112813C1 (ru) * 1996-11-20 1998-06-10 Арендное предприятие "Николаевский глиноземный завод" Способ извлечения галлия из растворов при переработке алюминиевого сырья методом спекания
RU2324655C2 (ru) * 2006-04-26 2008-05-20 Институт горючих ископаемых-научно-технический центр по комплексной переработке твердых горючих ископаемых (ФГУП ИГИ) Способ переработки угля
CN101368231A (zh) * 2008-09-25 2009-02-18 吉林大学 从粉煤灰中提取金属镓的方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5852450A (ja) * 1981-09-19 1983-03-28 Sumitomo Chem Co Ltd ガリウムの回収方法
JPS60215721A (ja) * 1984-04-06 1985-10-29 Unitika Ltd ガリウムの回収方法
US4999171A (en) * 1987-04-03 1991-03-12 Sumitomo Chemical Co. Ltd. Process for recovery of gallium by chelate resin
RU2020176C1 (ru) * 1992-04-02 1994-09-30 Донецкий государственный университет Способ обогащения галлием угольной золы-уноса
RU2112813C1 (ru) * 1996-11-20 1998-06-10 Арендное предприятие "Николаевский глиноземный завод" Способ извлечения галлия из растворов при переработке алюминиевого сырья методом спекания
RU2324655C2 (ru) * 2006-04-26 2008-05-20 Институт горючих ископаемых-научно-технический центр по комплексной переработке твердых горючих ископаемых (ФГУП ИГИ) Способ переработки угля
CN101368231A (zh) * 2008-09-25 2009-02-18 吉林大学 从粉煤灰中提取金属镓的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114507778A (zh) * 2022-03-18 2022-05-17 郑州轻工业大学 一种金属镓生产过程中钒渣的综合利用方法
CN115109951A (zh) * 2022-06-28 2022-09-27 郑州轻工业大学 一种氧化铝生产中硫酸脱附含镓液的综合利用方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9102999B2 (en) Methods of recovering scandium from titanium residue streams
RU2667592C1 (ru) Способ разделения галлия и алюминия на слабоосновном анионите d-403 из щелочных растворов
RU2582425C1 (ru) Способ извлечения скандия из скандийсодержащего материала
CN109182791B (zh) 一种有机酸络合-固相吸附从稀土料液中除铝的方法
WO2019143264A1 (ru) Способ получения оксида скандия из скандий-содержащих концентратов
CN108950249A (zh) 一种含钒页岩酸浸液的钒铝分离方法
CN110423902B (zh) 一种高纯碳酸稀土的制备方法及系统
RU2294392C1 (ru) Способ извлечения рения из растворов
RU2196184C2 (ru) Способ переработки скандийсодержащих растворов
RU2226177C2 (ru) Способ сорбционного извлечения урана из растворов и пульп
US20190360073A1 (en) Method for recovering scandium from red mud left from alumina production
Panova et al. Selection of sorption materials for the extraction of nickel and cobalt from the ore of the Gornostaevskoye deposit
CN109811130B (zh) 一种从冶炼酸性废水回收铊和汞的方法
CN111302394B (zh) 一步酸溶法生产氧化铝时所用深度净化药剂的再生方法
RU2427535C1 (ru) Способ извлечения рения из растворов, содержащих молибден
RU2112813C1 (ru) Способ извлечения галлия из растворов при переработке алюминиевого сырья методом спекания
Matyasova et al. Ion-exchange processes in the reprocessing of sulfate solutions and pulps with production of high-purity beryllium compounds
RU2049824C1 (ru) Способ извлечения галлия из щелочных алюминийсодержащих растворов
RU2039011C1 (ru) Способ извлечения мышьяка из растворов
RU2684663C1 (ru) Способ получения концентрата скандия из скандийсодержащего раствора
Ultarakova et al. Recovery of niobium pentaoxide and ammonium sulfate from titanium-magnesium production waste
RU2066697C1 (ru) Способ очистки концентратов химического обогащения от примесей
RU2817727C1 (ru) Способ получения пентаоксида ванадия высокой чистоты
CN113816480B (zh) 一种从含硫酸根和氟离子混合液中脱除氟的药剂和方法
CN113088258B (zh) 一种利用除钙解析液制备融雪剂的方法