початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2293780

СПОСІБ ВИЛУЧЕННЯ ГАЛЛИЯ з металізованих МАТЕРІАЛУ,
ЩО МІСТИТЬ ГАЛІЙ І АЛЮМИНИЙ

Ім'я винахідника: Набойченко Станіслав Степанович (RU); Лебідь Андрій Борисович (RU); Мальцев Геннадій Іванович (RU); Хренніков Олексій Олександрович (RU); Радіонов Борис Костянтинович (RU); Скороходов Володимир Іванович (RU); Шидловська Ірина Петрівна (RU); Дубровін Павло Вікторович
Ім'я патентовласника: Товариство з обмеженою відповідальністю "мідногорськ медносерний комбінат"
Адреса для листування: 462270, Оренбурзька обл., М Медногорск, вул. Заводська, 1, ТОВ "мідногорськ медносерний комбінат"
Дата початку дії патенту: 2005.01.27

Винахід відноситься до металургії рідкісних металів, зокрема до способів вилучення галію, і може бути використано при переробці металізованого матеріалу, що містить галій і алюміній. Технічним результатом є підвищення ступеня вилучення галію в розчин, інтенсифікація процесу, скорочення витрат сірчаної кислоти. Спосіб включає вилуговування вихідного матеріалу у водному розчині сірчаної кислоти з отриманням розчину і твердого осаду. Процес вилуговування ведуть у присутності сернокислой солі металу, що має більш позитивний окислювальний потенціал, ніж алюміній (солі металу, нормальний окислювальний потенціал якого позитивніше алюмінію). Для вилучення і концентрування галію з розчину вилуговування використовують комплексоутворюючі амфоліт з бензілімінодіацетатнимі угрупованнями.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до металургії рідкісних металів, зокрема до способів вилучення галію, і може бути використано при переробці галлійсодержащего металізованого матеріалу.

Відомі способи електрохімічного розчинення галлійсодержащего шламу або анодного сплаву в лужному електроліті [1, 2]. Лужний спосіб розтину галлійсодержащего металізованого матеріалу придатний для електрохімічного виділення галію після попереднього очищення розчину від домішок міді, кремнію, заліза та ін. Основним недоліком даного способу розтину є підвищена витрата лугу і доводиться постійно виконувати вилуговування сплаву, а й попередній випал в окислювальному атмосфері для досягнення необхідної ступеня вилучення галію.

Більш широко відомі кислотні способи розтину галлійсодержащего металізованого матеріалу [3-4, 2, стр.308]. Наприклад [3], в якості розкриває агента використовують соляну кислоту, а для вилучення галію з розчину застосовують іонообмінний або екстракційний метод. До недоліків солянокислого способу розтину і подальшої переробки слід віднести необхідність у високому ступені кислотності (не нижче 4 н. HCl) для ефективної і селективної екстракції та сорбції галію, а й низька витяг галію в розчин, утворення значної кількості нерозчинного осаду, зашламованіе розчинів.

Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб [5, стр.119-120] розтину металізованого матеріалу, що містить галій і алюміній, в 6,2-7,2-н. H ₂ SO ₄ і отримання розчинів з вмістом 6,6 г / дм ³ Al і 0,46-0,48 г / дм ³ Ga з подальшим витяганням галію (96-99,5%) в органічну фазу методом безперервної екстракції бутилацетатом при його питому витрату 0,23 дм ³ / дм ^3. З органічної фази галій реекстрагіруют водою при питомій витраті 0,27 дм ³ / дм ^3, досягаючи повного переходу металу в водну фазу з його концентрацією до 10 г / дм ^3.

Істотними недоліками даного технічного рішення, обраного в якості прототипу, є високі концентрації іонів хлору (до 100 г-іон / дм ³ Cl ^-) в сірчанокисле розчині і високі питомі витрати бутилацетата (до 1 дм ³ / дм ^3), необхідні для кількісного перекладу галію (99,5%) в органічну фазу.

Технічним результатом винаходу є підвищення ступеня вилучення галію і скорочення витрат кислоти.

Поставлена ​​задача вирішується за рахунок технічного результату, який полягає у виділенні ІНТЕРМЕТАЛІЧНОГО складової вихідних матеріалів, що містить алюміній, галій, мідь і інші метали вилуговуванням сірчаною кислотою при додаванні розчинів солей металів, що мають більш позитивний окислювальний потенціал, ніж алюміній. В якості таких додаються солей використовують сірчанокислий солі міді, нікелю, заліза або цинку.

Порівняльний аналіз відомих технічних рішень і винаходу дозволяє зробити висновок, що винахід невідомо з рівня техніки і відповідає критерію «новизна».

Заявляється спосіб вилучення галію з металізованого матеріалу, що містить галій і алюміній, відповідає всім критеріям для отримання патенту.

Пропоноване для патентного захисту винахід має винахідницький рівень, тому що його сутність для фахівця, що займається металургією рідкісних і розсіяних металів, явно не випливає з відомого рівня техніки, тобто не встановлені рішення, що мають ознаки, що збігаються з відмінними ознаками заявляється способу, а значить, і не може бути підтверджена популярність відмінних ознак на зазначений заявником технічний результат.

Заявляється винахід є промислово придатним, тому що воно може бути використано у виробництві за своїм прямим призначенням, тобто для переробки галлійсодержащего металізованого матеріалу. Жоден ознака, взятий окремо, не вся сукупність ознак способу не суперечать можливості їх застосування в промисловості і не перешкоджають досягненню вбачається заявником технічного результату.

Приклади ВИКОНАННЯ СПОСОБУ

приклад 1

Металізований матеріал, що містить галій і алюміній, складу,%: Al ~23; CuO ~20; Ga ~0,2, піддають дробленню в ланцюжку апаратів: щокові дробарка - валковая дробарка, потім просівають через сито з розміром осередків 2,0 мм. Отримують дві фракції з виходом: 28% +2,0 мм і 72% -2,0 мм. Хімічний склад фракцій,%: 1,06 Cu; 1,8 Fe; 70,2 Al; 0,37 Si; <0,01 Ga (+2,0 мм); 16,3 Cu; 5,5 Fe; 27,5 Al; 3,7 Si; 0,22 Ga (-2,0 мм).

У склянку об'ємом 600 мл заливають 180 мл розчину, що містить 5 г 92% сірчаної кислоти і 10 г мідного купоросу CuSO ₄ · 5H ₂ O, або відповідну кількість іншого сернокислой солі металу. Розчин нагрівають до 50 ° С і при перемішуванні повільно вводять 20 г анодного залишку (фракція -2,0 мм). Пульпу перемішують протягом 1 години, витримуючи температуру 50 ° С. Потім повільно вводять ще 34,2 г сірчаної кислоти. Температуру пульпи з Т: Ж = 1: 10 підвищують до 95-100 ° С і проводять вилуговування протягом 6 годин при перемішуванні, а потім фільтрують. Нерозчинний залишок промивають водою. Отриманий фільтрат при необхідності нейтралізують і очищають від міді за допомогою великої фракції (+2,0 мм) анодного залишку. Для цього в склянку об'ємом 600 мл заливають 200 мл фільтрату від вилуговування анодного залишку (фракції -2,0 мм), нагрівають до 50 ° С і при перемішуванні вводять 10 г великої фракції. Нейтралізацію ведуть до досягнення залишкової концентрації сірчаної кислоти в розчині, зазвичай 3-10 г / дм ^3, не більше 2-3 годин, після чого фільтрують або декантіруют.Остаточное вміст міді в розчині становить менше 0,01 г / дм ^3. Отримані результати наведені в табл.1.

Таблиця 1 - Результати сірчанокислотного вилуговування металізованого матеріалу, що містить галій і алюміній, з добавками солей металів і без них

Згідно з наведеними даними вилуговування анодного залишку в присутності сірчанокислих солей металів дозволяє підвищити витяг галію в розчин на 15-20% в порівнянні з чисто сернокислотним і знизити вміст вільної сірчаної кислоти в фильтратах.

приклад 2

Відрізняється від прикладу 1 тим, що концентрацію сірчаної кислоти варіювали в межах 0,2-0,8 М, а зміст сернокислой солі міді становило 0,01-0,1 М. Отримані результати наведені в табл.2.

Таблиця 2 - Результати сірчанокислотного вилуговування металізованого матеріалу, що містить галій і алюміній, з добавками сірчанокислої міді різної концентрації

приклад 3

Металізований матеріал, що містить галій і алюміній, вищенаведеного складу в кількості 1 т послідовно розмелювали спочатку в щековой, а потім в молотковій дробарках з проміжним відділенням шляхом просіювання фракції -1,5 мм. Після розмелювання отриману масу знову просівали і отримали в результаті 0,219 т фракції +1,5 мм, що складається переважно з корольків металевого алюмінію і є сировиною для отримання останнього і 0,781 т фракції -1,5 мм, переважно акумулюючої з'єднання галію.

У порцію (0,75 т) фракції -1,5 мм заливали 1,5 м ³ розчину (Т: Ж = 1: 2), що містить 0,15 т CuSO ₄ · 5H ₂ O і 0.01 т H ₂ SO _4. Тривалість контакту становила 1 годину при Т = 80-90 ° С. Надалі в отриману 1,88 м ³ пульпи (Т: Ж = 1: 5) додавали 0,72 т Н ₂ SO _4, піднімали температуру до 85 ° С і проводили вилуговування протягом 6 годин при постійному перемішуванні реакційної маси, по закінченні першій стадії вилуговування отримали 2,5 м ³ пульпи (Т: Ж = 1: 6), що містить 2,155 м ³ розчину складу, г / дм ^3: Ga 0,142; Al 26,3; Cu 0,72; Fe 16,0; H ₂ SO ₄ 45,5 і 0,345 т (сухий.) Кеку, складу,%: Ga 0,11; Al 7,63; Cu 34,77; Fe 3,21. Після фільтрації отримали 1,6 м ³ розчину складу, г / дм ^3: Ga 0,0753; Al 26,1; Cu 0,325; Fe 16,0; H ₂ SO ₄ 48,5. Отриманий кек направляли на пірометалургічний переділ, а фільтрат на другу стадію вилуговування свіжою порцією анодного залишку в кількості 0,28 т з метою збільшення вилучення галію. Для цього в 1,6 м ³ фільтрату додавали 0,28 т анодного залишку, 0,4 ^м3 води і 0,125 т мідного купоросу протягом години при температурі 55-60 ° С, після чого додавали 0,5 концентрованої H ₂ SO ₄ і процес вилуговування вели при Т = 75 ° С протягом 6 годин. В результаті отримали 2,6 м ³ пульпи (Т: Ж = 1: 12), що містить 2,4 м ³ розчину складу, г / дм ^3: Ga 0,105; Al 36,3; Cu 0,297; Fe 16,69; Н ₂ SO ₄ 42,9 і 0,2 т кеку (сухий.) Складу,%: Ga 0,11; Al 16,34; Cu 11,88; Fe 1,12. Отриману пульпу подавали на фільтрацію при температурі 60-70 ° С. Після фільтрації отримали 1,925 м ³ розчину складу, г / дм ^3: Ga 0,123; Al 36,3; Cu 0,39; Fe 16,69; H ₂ SO ₄ 26,3, який направляли на нейтралізацію надлишкової сірчаної кислоти і очищення від міді, а кек - на пірометалургічний мідний переділ. Для нейтралізації до 1,925 м ³ фільтрату додавали 0,165 т анодного залишку фракції +1,5 мм (Т: Ж = 1: 12), яку проводили при Т = 45-50 ° С і тривалістю ~5,5 годин. Закінчення процесу нейтралізації контролювали за залишковою концентрації вільної сірчаної кислоти, яка дорівнює 6,1 г / дм ^3. Одночасно з нейтралізацією розчину анодним залишком (фракція +1,5 мм) відбувалася цементація міді. Після фільтрації пульпи отримали 1,95 м ³ розчину складу, кг / м ^3: Ga 0,19; Al 34,3; Cu 0,057; Fe 15,0, який направляли на сорбцію галію. Нерозчинний залишок в кількості 0,14 т складу,%: Ga 0,05; Al 5,72; Cu 13,5; Fe 1,68 використовували при повторних операціях нейтралізації розчину після вилуговування анодних залишків.

Сорбцію галію з отриманого розчину здійснювали за допомогою амфоліти АНКБ-35 з імінодіацетатнимі угрупованнями, поміщеного в трехколоночной апарат із завантаженням амфоліти в кількості 3,7 дм ³ (за масою 3,36 кг в кожну), фільтрат пропускали із середньою об'ємною швидкістю ~7 дм ³ / год. Величину і ступінь сорбції галію контролювали за залишковою концентрації металів в розчині після сорбції, яка визначається щогодини. Всього через три колонки за 140 годин сорбції пропущено 837,6 дм ³ розчину, що містить 159,1 г галію. Залишковий вміст галію в розчині після сорбції склало 32,4 г, а сорбційна ємність амфоліти АНКБ-35 дорівнює 12,5 г на 1 кг іоніту або 11,4 г / дм ^3. Після закінчення сорбції ионит промивали 15 дм ³ деионизированной води протягом години, а промивну воду направляли на стадію розкладання вихідної сировини.

Десорбцію галію проводили окремо в кожному стовпчику розчином сірчаної кислоти з концентрацією 128 г / дм ³ і об'ємної швидкістю ~3,5 дм ³ / год. В результаті отримали 11,8 дм ³ товарного елюата із середньою концентрацією галію 6,65 г / дм ^3. Оборотний елюат в обсязі 71,6 дм ³ з концентрацією галію 0,15 г / дм ³ направляли на стадію вилуговування анодного залишку. Відмивання ионита після десорбції проводили 15 дм ³ води, яку згодом використовували для приготування розчину сірчаної кислоти.

З отриманого готового елюата складу, г / дм ^3: Ga 8,05; Al 10,45; Cu 8,91; Fe 1,66 проводили осадження гідроксиду галію 0,75 дм ³ 50% -ним розчином NaOH до значення рН 7,4. Випав осад гідроксидів металів в кількості 0,543 кг фільтрували, промивали деионизированной водою, просушували при Т = 100-105 ° С і аналізували на вміст в ньому галію і основних домішок. Склад отриманого продукту наступний,%: Ga 13,0; Al 14,8; Cu 9,2; Fe 2,3.

Таким чином, ступінь перекладу галію в розчин при переробці металізованого матеріалу, що містить галій і алюміній, склала 71,7%, концентрація галію в розчині досягає 0,105-0,190 г / дм ^3, а вміст міді в Кекаха 12-35%. В процесі сорбції ступінь вилучення галію з розчину в фазу смоли склала ~80%, а питома ємність 12,5 г / кг. При десорбції галію отриманий товарний елюат із середнім вмістом галію понад 6,5 г / дм ³ при ступені концентрування, що дорівнює 35. При осадженні з товарного елюата гідроксидів металів отримано первинний 13% -ний галієвий концентрат, який використовується у виробництві металевого галію. Іншими товарними продуктами є: коагулянт - розчин сульфату алюмінію і медьсодержащий кек.

В результаті реалізації запропонованого технічного рішення досягається 72-93% витяг галію в слабокислий розчин, придатний для подальшого сорбційного вилучення і концентрування галію.

Просте сернокислотное вилуговування без додавання каталізують солей (проведених в порівнянних умовах) дозволяє досягти не більше 62,5% вилучення галію, а майже дворазове збільшення тривалості процесу збільшує ступінь вилучення галію лише до 70%.

Залишок від розчинення металізованого матеріалу в основному представляє собою мідний кек з вмістом міді 12-35% і є відвальних за змістом галію продуктом, призначеним в якості мідного сировини.

Промивні води, які утворюються при промиванні нерозчинного осаду, використовуються повторно для приготування витравлюють суміші.

Відмінність запропонованого способу від відомого складається в присутності в витравлюють сірчанокисле розчині однойменної солі металу, що має більш позитивний окислювальний потенціал, ніж алюміній, а останній є головним важко розчинними компонентом ІНТЕРМЕТАЛІЧНОГО системи, який істотно перешкоджає розкриттю такого роду матеріалу. Слід зазначити, що від положення солеобразующіе металу в ряді напруг (табл.3) прямої кореляції активації процесу вилуговування не спостерігається, а для вибору солі каталізує металу слід керуватися практичної і економічною доцільністю.

Практична доцільність в основному диктується наступним впливом цього компонента на здійснення способу вилучення і концентрування галію. Як показує практика, ні солі міді, ні нікелю, заліза і цинку істотно не впливають на реалізацію сорбційної способу вилучення галію, якщо застосовувати в якості сорбенту Комплексообразующєє амфоліт з бензілімінодіацетатнимі угрупованнями.

Зниження рівня кислотності при вилуговуванні металізованого матеріалу відповідно обумовлює зниження кислотності одержуваних галлійсодержащіх розчинів, що, в свою чергу, створює дуже сприятливі умови для подальшої переробки та отримання цільового продукту.

На підставі проведених дослідів можна зробити висновок, що саме сукупність заявлених ознак забезпечує досягнення технічного результату, а саме найбільш ефективне розчинення металізованого матеріалу, що містить галій і алюміній, з високим витяганням галію в сульфатний розчин.

Таким чином, спосіб дозволяє вирішити обидві найважливіші завдання: з одного боку, досягти високу ступінь перекладу галію в рідку фазу, а з іншого боку, знизивши рівень кислотності витравлюють розчину, забезпечити можливість його подальшої переробки.

Таблиця 3 - Нормальні окисні потенціали металів

ВИКОРИСТОВУВАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Сергєєв Г.І., Балакін С.М., Радіонов Б.К., Зінченко Л.І. Спосіб вилучення галію з галлійсодержащіх шламів. Пат. РФ №2037547, С 22 В 58/00, БІ 1995 року, №17.

2. Іванова Р.Ф. Хімія і технологія галію. - М .: Металургія, 1973.

3. Ласкорін Б.М., Южін А.І. Сорбційні і екстракційні методи розділення галію і алюмінію. - Кольорові метали, 1961, №11, С.44-47.

4. Радіонов Б.К. Казанцев Е.І., Смирнов А.Л. та ін. Спосіб вилучення галію і індію з кислих розчинів і пульп. А.с. СРСР №700957, С 22 В 58/00, 01.03.78.

5. Єрьомін Н.І. Галій. - М .: Металургія, 1964, с.119-120.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб вилучення галію з металізованого матеріалу, що містить галій і алюміній, що включає вилуговування його у водному розчині сірчаної кислоти з отриманням розчину і твердого осаду, вилучення та концентрування галію з отриманого розчину, що відрізняється тим, що вилуговування ведуть у присутності сернокислой солі металу, нормальний окислювальний потенціал якого позитивніше алюмінію.

2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в якості сернокислой солі використовують сіль міді, нікелю, заліза або цинку.

3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що вилуговування ведуть розчином сірчаної кислоти з концентрацією 0,2-0,8 М в присутності 0,01-0,1 М сірчанокислої міді.

4. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що вилучення та концентрування галію з розчину здійснюють сорбцією з використанням комплексоутворюючою амфоліти з бензілімінодіацетатнимі угрупованнями.

Версія для друку
Дата публікації 14.03.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів