Поведение галлия в производстве алюминия

Поведение галлия при переработке углей

Поведение галлия при переработке сульфидных цинковых концентратов

При обжиге сульфидных цинковых концентратов практически весь галлий остается в огарке (в газовой фазе галлий может находиться в небольшом количестве в виде Ga₂O).

При переработке огарка гидрометаллургическим способом – выщелачиванием серной кислотой, галлий концентрируется на 60 % в кеках от выщелачивания огарков (с содержанием 0,01 %), 40 % галлия переходит в раствор (рис. 3.2). Кеки выщелачивания перерабатывают методом вельцевания (окислительно-восстановительная атмосфера, t = 1200 ^оС). При этом 40 % галлия попадает в возгоны (вельц-окислы), которые и служат сырьем для извлечения галлия, а 60 % галлия оставшиеся в клинкере безвозвратно теряются.

При пирометаллургическом способе переработки огарка основная часть галлия накапливается в ретортном остатке (раймовке с содержанием 0,6 %). Ретортные остатки поступают в вельц-процесс, галлий при этом на 60 % переходит в возгоны, которые и служат сырьем для извлечения галлия.

При переработке углей галлий распределяется по различным продуктам в зависимости от условий проведения процесса.

При сжигании в окислительной атмосфере (энергетические установки) галлий остается в золе и шлаках.

При сжигании в генераторных установках (при недостаточном доступе воздуха) галлий осаждается в системе дымоходов в составе летучих продуктов.

При коксовании углей основная часть галлия попадает в кокс, и немного накапливается в каменноугольных смолах.

Продукты переработки углей обрабатывают раствором едкого натра при нагревании. Галлий переходит в раствор, откуда извлекается электролизом.

Цинковый концентрат

Обжиг

Огарок (100 % Ga)

Выщелачивание серной кислотой

Восстановление в ретортных печах

Раствор (40 % Ga)

Кек (60 % Ga)

Раймовка

Металлический цинк

Вельцевание

Клинкер (60 % Ga)

Возгоны (40 % Ga)

Гидрометаллургический способ

Пирометаллургический способ

Рис. 3.2 - Распределение галлия по продуктам переработки цинковых концентратов

В производстве алюминия из рудного сырья можно выделить три стадии: получение глинозема, электролитическое выделение алюминия из глинозема, электролитическое рафинирование алюминия. Производство глинозема основано на разложении исходных руд (нефелинов или бокситов) щелочными реагентами, в результате чего получают растворы алюмината натрия, из которых затем осаждают гидроксид алюминия Al(OH)₃. В промышленной практике приняты два способа разложения алюминиевых руд: спекание с содой и известняком (для бокситовых и нефелиновых руд) и автоклавное выщелачивание растворами гидроксида натрия (метод Байера, применяемый для переработке бокситовых руд). В обоих способах большая часть галлия (70 - 80 %) переходит в алюминатные растворы в виде галлата натрия. При переработке бокситов по способу Байера в оборотных маточных растворах после декомпозиции отношение Ga₂O₃ к Al₂O₃ в растворе достигает 0,15 - 0,3 %, что примерно в 30 - 50 раз выше, чем в исходном сырье. Концентрация галлия в оборотном растворе колеблется от 0,07 до 0,15 г/л (рис. 3.3). При способе спекания – растворы, поступающие на карбонизацию, содержат 100 - 120 г/л Al₂O₃ и 0,05 - 0,07 г/л Ga₂O₃ (рис. 3.4, 3.5).

Боксит (100 % Ga)  

Автоклавное выщелачивание

Алюминатный раствор (97 % Ga)

Шлам (3 % Ga)

Декомпозиция

Оборотный содо-щелочной раствор (77% Ga)

Гидроксид алюминия (20 % Ga)

Кальцинация

Вывод раствора на извлечение галлия (0,3 г/л Ga)

Глинозем

Рис. 3.3 – Распределение галлия по продуктам переработки бокситов методом Байера

Возможно извлечение галлия из отходов электролитического производства алюминия из глинозема.

В процессе электролиза галлий выделяется на катоде вместе с алюминием (рис. 3.6), в котором содержится 0,01 - 0,02 % галлия. Часть производимого алюминия для дополнительной очистки поступает на рафинирование методом трехслойного электролиза. При рафинировании галлий концентрируется в остаточном анодном сплаве, в котором его содержание равно 0,1 - 0,3 %. При электролитическом получении алюминия образуется угольная пена, которая содержит 0,02 - 0,03 % галлия. Угольная пена поступает на флотацию для отделения криолита. Пенный продукт флотации, содержащий 0,06 - 0,07 % Ga, может служить источником его получения. На каждые 100 т алюминия приходится 1,5 т угольных съемов, в которых содержится 1 - 1,2 кг галлия.

Боксит (100 % Ga)

Спекание

Спек

Газы

Выщелачивание

Красный шлам (15 % Ga)

Алюминатный раствор (85 % Ga)

Обескремнивание

Алюминатный раствор (84 % Ga)

Белый шлам (1 % Ga)

Первая стадия карбонизации

Алюминатный раствор (65,5 % Ga)

Гидроксид алюминия (18,5 % Ga)

Кальцинация

Глинозем

Вторая стадия карбонизации

Алюминатный раствор

Осадок второй стадии карбонизации (65 % Ga)

Рис. 3.4 – Распределение галлия по продуктам переработки бокситов методом спекания

Нефелин (100 % Ga)

Спекание

Спек

Газы

Выщелачивание

Красный шлам (15 % Ga)

Алюминатный раствор (85 % Ga)

Обескремнивание

Алюминатный раствор (84 % Ga)

Белый шлам (1 % Ga)

Первая стадия карбонизации

Алюминатный раствор (65 % Ga)

Гидроксид алюминия (18 - 20 % Ga)

Кальцинация

Глинозем

Производство соды

Маточный раствор (55 % Ga)

Содовые продукты

Первая стадия карбонизации

Al(OH)₃

Раствор (40 % Ga)

Вторая стадия карбонизации

Галлиевый концентрат (1 % Ga₂O₃)

Раствор

Рис. 3.5 – Распределение галлия по продуктам переработки нефелинов способом спекания

Глинозем (15 % Ga от содержания в руде)

Электролиз

Технический алюминий (10 % Ga)

КГР

Угольная пена (5 % Ga)

Электролиз (рафинирование)

Чистый алюминий

Анодный сплав (8 - 9 % Ga)

Электролит

Рис. 3.6 – Распределение галлия по продуктам электролитического получения алюминия из глинозема и рафинирования алюминия

Таким образом, источниками сырья для получения галлия в производстве алюминия являются: оборотные алюминатно-щелочные растворы, осадки последних стадий карбонизации, угольная пена, анодный сплав.

Дата добавления: 2014-01-11