СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГАЛЛИЯ ИЗ ТВЕРДЫХ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГАЛЛИЯ ИЗ ТВЕРДЫХ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ


RU (11) 2092601 (13) C1

(51) 6 C22B58/00, C01G15/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5058226/25 
(22) Дата подачи заявки: 1992.08.07 
(45) Опубликовано: 1997.10.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Заявка Великобритании N 2184108, кл. C 01 G 15/00, 1987. 2. Заявка Японии N 60-58170, кл. C 01 G 15/00, 1985. 3. Патент США N 4678647, кл. C 01 G 15/00, 1987. 
(71) Заявитель(и): Товарищество с ограниченной ответственностью "Безотходные и малоотходные технологии; Акционерное общество открытого типа "Иркутский алюминиевый завод" 
(72) Автор(ы): Комлев М.Ю.; Антипина Т.П.; Истомин С.П.; Кохановский С.А. 
(73) Патентообладатель(и): Товарищество с ограниченной ответственностью "Безотходные и малоотходные технологии 

(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГАЛЛИЯ ИЗ ТВЕРДЫХ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 

Использование: при извлечении галлия из твердых тонкодисперсных углеродсодержащих материалов. Сущность: твердые тонкодисперсные углеродсодержащие отходы алюминиевого производства нагревают в окислительной атмосфере со скоростью 10-300oC/с до температуры, превышающей на 50-100oC температуру плавления получаемого шлака. Полученные субоксиды конденсируют. 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в технологии извлечения галлия из тонкодисперсных отходов электролизного производства алюминия, таких как пыль электрофильтров, шлам газоочистки и хвосты флотации угольной пены.

Известен способ выделения галлия из отходов алюминиевого производства /1/, согласно которому пыль газоочистки электролиза алюминия выщелачивают водным раствором соляной кислоты, образующийся при этом хлорид галлия экстрагируют трибутилфосфатом.

Недостатком способа является то, что полученные таким способом технологические галлийсодержащие растворы плохо фильтруются, загрязнены углеродом и низкоконцентрированы по галлию.

Известен способ получения более концентрированного продукта по галлию методом флотации /2/. Однако известный способ характеризуется высокими трудозатратами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ извлечения галлия из угольной золы-уноса /3/.

Способ заключается в том, что галлий- содержащую золу-унос таблетируют, нагревают в окислительной атмосфере при температуре от 900oC до температуры на 50oC ниже точки плавления таблеток для удаления следовых количеств летучих веществ. Затем таблетки обрабатывают в восстановительной атмосфере для превращения галлиевых соединений в легколетучие, т.е. из оксидов галлия в субоксиды, которые затем удаляют из газа путем конденсации их на холодной поверхности.

Недостатком способа является низкое извлечение галлия из отходов (60-80% ), трудоемкость процесса, а также невозможность использования для переработки материалов, содержащих натрий.

Технической задачей изобретения является повышение степени извлечения галлия.

В предлагаемом способе извлечения галлия из твердых тонкодисперсных углеродсодержащих материалов, включающих нагрев их в окислительной атмосфере и конденсацию полученных субоксидов, в качестве твердых углеродсодержащих материалов берут отходы алюминиевого производства, нагрев ведут со скоростью 10-300oC/с до температуры, превышающей на 50-100oC температуру плавления получаемого шлака.

Техническая сущность поясняется следующим.

Как следует из таблицы, отходы алюминиевого производства содержат натриево-алюминиевые фториды.

При термообработке отходов свыше 1000oC протекает следующие химические реакции:



2Na3AlF6+H2O=3Na2O<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/183.gif" ALIGN=ABSMIDDLE>Al2O3+12HF

Na2O+Al2O3=Na2O<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/183.gif" ALIGN=ABSMIDDLE>Al2O3

Na2O+Ga2O3=Na2O<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/183.gif" ALIGN=ABSMIDDLE>Ga2O3





Как следует из уравнений реакций, фториды, подвергаясь пирогидролизу, образуют высокоактивный оксид натрия(1), который, взаимодействуя с оксидами алюминия и галлия, образуют алюминаты и галлаты натрия (3,4). При этом реакция образования галлата натрия (4) препятствует восстановлению оксида галлия до субоксида (5,6).

Учитывая, что суммарная энергия активации восстановления и сублимации субоксида галлия составляет 140-150 кДж/моль, а энергия активации образования галлатов в 1,5-2 раза меньше, можно, увеличивая скорость нагрева материала до максимальной температуры, существенно интенсифицировать процесс сублимации галлия, при значительно меньшей интенсификации образования галлатов.

Авторами экспериментально установлено, что при нагреве материала со скоростью 10-300oC до температуры, превышающей на 50-100oC температуру плавления материала, происходит преобладание процессов восстановления и сублимации субоксидов над процессами образования галлатов и возгонки оксидов натрия.

Установлено также, что достаточная продолжительность термообработки отходов для возгонки субоксидов галлия при температурах 1400-2000oC составляет 10-120 с, после чего начинает доминировать возгонка оксида натрия и других соединений, что снижает извлечение галлия в концентрат.

Предотвращение доминирования сублимации оксидов натрия и других соединений, которые конденсируются совместно с оксидами галлия, можно достичь за счет разогрева материала до температуры, превышающей на 50-100oC температуру его плавления.

Следует учесть, что достижение высоких скоростей нагрева возможно только в циклонных топках с большой тепловой напряженностью перегревом материала и его разгрузкой в виде расплава, что предотвращает смешение отходов с целевым продуктом.

Причем при нагреве материала до температуры на 50oC менее температуры плавления снижается его жидкотекучесть, что затрудняет загрузку печи.

При нагреве материала до температуры на 100oC более температуры плавления возрастает испарение оксидов натрия, что загрязняет продукт.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что способ отличается от известного тем, что:

твердые углеродсодержащие материалы нагревают со скоростью 10-300oC/с;

нагрев получаемого при термообработке продукта производят до температуры на 50-100oC превышающей температуру плавления.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Анализ известных технических решений в данной и смежных областях показал, что отличительные признаки заявляемого решения являются новыми и в совокупности с известными ранее позволяют повысить извлечение галлия из отходов по сравнению с прототипом с 80,4 до 92,3%

Поэтому заявляемая совокупность признаков соответствует критерию изобретения "изобретельский уровень".

Пример. 1 кг тонкодисперсных отходов состава, мас. углерода 26,4 и галлия 0,06, вводят в окислительную атмосферу циклонной печи, нагретую до 1800oC, обеспечивая нагрев материала со скоростью 180oC/с и сгорание смолистых веществ. При этом температура плавления материала составляет 1730oC, а превышение температуры нагрева 70oC.

В процессе термообработки материала происходит восстановление оксида галлия до субоксида и его сублимация. Субоксид галлия удаляется с газовой фазой и при охлаждении конденсируется. Расплавленная масса выводится через нижнюю часть печи. Извлечение галлия составляет 90,0%

В таблице приведены результаты испытания по прототипу и предлагаемому способу.

Как следует из таблицы, сублимация галлия из отходов алюминиевого производства согласно режиму известного способа при 1000oC и продолжительности термообработки 3 ч составляет 23,5%

При термообработке золы-уноса согласно известному способу извлечение галлия составляет 80,4% что вызвано процессами образования алюмогаллатов. Поскольку в золе-уносе соединения натрия, как правило, отсутствуют, тормозящее действие на восстановление и сублимацию субоксида галлия оказывает образование алюмогаллатов (Аl2O3Ca2O3). Образование алюмогаллатов протекает менее активно, чем галлатов натрия, поэтому при термообработке золы-уноса снижение сублимации не столь значительно и извлечение галлия из золы-уноса находится на уровне 80%

Согласно предлагаемому способу, увеличение извлечения галлия, по сравнению с прототипом, происходит при скорости нагрева 10-300oC/с.

При скорости нагрева <10C/с происходит образование галлатов натрия, что ведет к снижению извлечения галлия до 77-78%

При скорости нагрева > 300oC/с происходит диспергирование материала, что повышает пылеунос, и соответственно снижает извлечение галлия.

Нагрев материала до температуры, превышающей менее, чем на 50oC температуру плавления, позволяет достичь показатели извлечения более высокие, чем показатели прототипа, однако при этом не обеспечивается необходимая жидкотекучесть материала.

При нагреве материала до температуры, превышающей более, ччем на 100oC температуру плавления, снижается показатель извлечения галлия за счет возрастания испарения оксидов натрия.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет по сравнению с прототипом повысить извлечение галлия с 80,4 до 92,3% 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ извлечения галлия из твердых тонкодисперсных углеродсодержащих материалов, включающий нагрев их в окислительной атмосфере и конденсацию полученных субоксидов, отличающийся тем, что в качестве твердых тонкодисперсных углеродсодержащих материалов берут отходы алюминиевого производства, нагрев ведут со скоростью 10 300 град./с до температуры, превышающей на 50 100oС температуру плавления получаемого шлака.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы извлечения цветных, редкоземельных и благородных металлов






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+извлечение -золота".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "золото" будут найдены слова "золотой", "золотое" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("золото!").




Рейтинг@Mail.ru