Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2037547

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГАЛЛИЯ ИЗ ГАЛЛИЙСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ

Имя изобретателя: Сергеев Г.И.; Балакин С.М.; Радионов Б.К.; Зинченко Л.И. 
Имя патентообладателя: Уральский государственный технический университет
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1990.06.21 

Изобретение относится к извлечению галлия из галлийсодержащих шламов выщелачиванием галлия из шлама щелочным раствором в камере растворения и последующим электрохимическим восстановлением галлия из раствора в катодной камере. Сущность: выщелачивание шлама ведут анодным растворением при температуре 15 - 20°С и плотности тока 0,02-0,05 А/см²в анодной камере трехкамерного электролизера. Перед электрохимическим восстановлением галлия полученный в анодной камере раствор подвергают трехстадийной очистке от примесей: на первой стадии сорбцией, на второй - электрохимической обработкой в катодной камере первой ступени при катодной плотности тока 0,002-0,008 А/см² и температуре 80 - 100°С, на третьей - дополнительной сорбцией, а электрохимическое восстановление ведут из очищенного раствора в катодной камере второй ступени электролизера при плотности тока 0,2-0,4 А/см². При этом сорбционную очистку проводят с использованием в качестве сорбента эпоксиполиаминового анионита при температуре 15 - 20°С.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к металлургии редких металлов, в частности к способам получения галлия, и может быть использовано при переработке галлийсодержащих шламов.

Известен способ переработки галлиевых шламов, по которому шлак выщелачивают в 25%-ном растворе щелочи с нагреванием до 90^о С. Из раствора галлий выделяют электролизом с никелевыми электродами при катодной и анодной плотности тока 0,1 А/см², объемная плотность тока 5 А/дм³, температура электролита 60^о С [1]

Известен способ извлечения галлия из галлийсодержащих шламов [2] по которому щелочное выщелачивание проводят с продувкой пульпы воздухом и за 0,25-0,5 ч до окончания продувки вводят полиакриламид в количестве 2-10 мг/дм³. Выщелачивание галлийсодержащего шлама проводят при температуре 80-100^о С в щелочном электролите с продувкой пульпы сжатым воздухом в количестве 6-30т дм³/ч на 1 дм³пульпы в течение 2-2,5 ч, а полиакриламид вводят в пульпу в виде раствора через 1,75-2,25 ч от начала продувки, т.е. в обогащенную кислородом пульпу. Обработанную таким образом пульпу фильтруют и извлекают галлий из фильтрата электрохимическим способом при плотности тока 0,15 А/см², температуре 60^о С в течение 5 ч.

К недостаткам этого способа, выбранного в качестве прототипа, следует отнести то, что, во-первых, полиакриламид, используемый для осветления пульпы, продуктивно работает в начальный момент его подачи в обогащенную кислородом пульпу, а поскольку из раствора после выщелачивания шлама в процессе дальнейшего электрохимического выделения галлия он не выводится, то при использовании отработанного электролита для выщелачивания новой порции шлама происходит накапливание его в растворе и, в конечном итоге, это может привести к расстраиванию процесса электролиза. Поэтому необходимо принимать меры для поддержания содержания полиакриламида на определенном уровне. Во-вторых, в процессе электрохимического растворения ряд электроотрицательных примесей накапливается в анодном металле, переходя постепенно во вторичный шлам. При этом скорость накапливания вторичного анодного шлама и переход примесей в электролит зависит от плотности тока. При анодных плотностях тока, соответствующих активному растворению галлия, наблюдается образование значительного количества шлама, обогащенного медью, свинцом, никелем, мышьяком, сурьмой, железом и другими примесями. Снижение вторичного шлама способствует нежелательному активному переходу этих примесей в раствор, что приводит к последующему загрязнению катодного металла и требует дополнительных затрат на рафинирование получаемого металлического галлия от этих примесей.

Целью изобретения является повышение чистоты получаемого катодного металла.

Это достигается тем, что в соответствии с изобретением выщелачивание шлама ведут анодным растворением при температуре 15-20^оС и плотности тока 0,02-0,05 А/см² в анодной камере трехкамерного электролизера, перед электрохимическим восстановлением галлия полученный в анодной камере раствор подвергают трехстадийной очистке от примесей: на первой стадии сорбцией, на второй электрохимической обработкой в катодной камере первой ступени при катодной плотности тока 0,002-0,008 А/см² и температуре 80-100^о С, на третьей дополнительной сорбцией, а электрохимическое восстановление ведут из очищенного раствора в катодной камере второй ступени электролизера при плотности тока 0,2-0,4 А/см²; сорбционную очистку проводят с использованием в качестве сорбента эпоксиполиаминового анионита при температуре 15-20^о С.

Разработанный способ извлечения галлия реализуется с помощью устройства, состоящего из электролизной ванны, разделенной перегородками на камеры с токоподводами, узлами подачи и вывода электролита из каждой зоны. При этом устройство выполнено так, что ванна разделена на три камеры перегородками, выполненными из ионообменных мембран, узел слива электролита из камеры анодного растворения связан с узлом подачи электролита камеры электрохимической обработки первой ступени через узел сорбционной очистки, а узел слива электролита из камеры электрохимической обработки первой ступени соединен через узел тонкой сорбционной очистки с камерой электрохимического восстановления второй ступени, которая в свою очередь сообщается с камерой анодного растворения.

Сущность изобретения состоит в следующем. Исходный галлийсодержащий шлам, губку или галламу алюминия помещают в контейнер из нержавеющей стали в камеру анодного растворения и подвергают растворению в щелочном растворе при плотности тока 0,02-0,05 А/см². При этих плотностях, которые соответствуют активному растворению галлия, происходит значительное разделение галлия и примесей вследствие высоких скоростей его ионизации. Основная часть электроположительных примесей при этом накапливается в анодном металле, переходя постепенно во вторичный шлам. Раствор после анодного растворения анолит поступает в сорбционную колонку грубой очистки с эпоксиполиаминовым анионитом.

На входе в колонку имеется фильтр для отделения шламовых взвесей от раствора. В колонке с помощью ионообменной сорбции происходит предварительное удаление нежелательных примесей. Температура в колонке поддерживается на уровне 15-20^оС за счет водяной рубашки, чтобы избежать возможности деструкции матрицы ионита и растворения органической фазы в щелочном растворе.

Для улавливания возможно растворенной органики из электролита на выходе из колонки установлен фильтр, состоящий из активированного угля. Очищенный таким образом электролит принудительно поступает в напорную емкость, из которой с помощью регулировочного устройства подается в катодную камеру первой ступени для электрохимической очистки раствора при катодном потенциале 0,002-0,008 А/см².

Раствор из катодной камеры первой ступени католит после электролитической очистки поступает в сорбционную колонку тонкой очистки аналогичной первой. Таким образом, полностью очищенный от примесей раствор из колонки подается с помощью регулировочного устройства в катодную камеру второй ступени, где при плотности тока 0,2-0,4 А/см²происходит восстановление металлического галлия. Отработанный щелочной католит второй ступени поступает в анодную камеру для выщелачивания новой порции галлийсодержащего продукта. Для разделения анодной и катодной камер используются ионообменные мембраны, например, типа МК-40 и МА-40.

Пример. В анодную камеру объемом 3,0 дм³трехсекционного электролизера, разделенного на секции ионообменными мембранами, с катодами, выполненными из нержавеющей стали, помещали корзину из нержавеющей стали с галлиевым шламом в количестве 1000 г, имеющем состав по примесям, Cu 5·10^-2; Al 4·10^-3Fe 5·10^-3; Pb 5·10^-2; Mg 2·10^-4; Si 10⁴; Zn 2·10^-2; In 2·10^-2; Ni 3·10^-4; Cd 5·10^-4, где путем электрохимического растворения при анодной плотности тока 0,03 А/см², концентрации щелочи 250 г/дм³ и продолжительности процесса 24 ч получили электролит с содержанием примесей, 10^-5г/дм³: Cu 10,0; Al 16,0; Ni 9,0; As 9,0; Sb 9,0; Fe 9,0. Раствор после анодного растворения шлама анолит направляли в сорбционную колонку грубой очистки объемом 250 см³, заполненную эпоксиполиаминовым анионитом. В колонке поддерживали температуру в пределах 15-20^о С. Очищенный путем фильтрации через ионообменный материал раствор подавали в катодную камеру первой ступени для электрохимической очистки раствора при потенциале 0,005 А/см² и температуре 95 ±3^о С.

Содержание примесей в катодном металле составило (10^-5%): Al 50,0; Mn 30,0; Mg 60,0; Zn 100. Далее после тонкой сорбционной очистки, проведенной в условиях аналогичных первой, очищенный католит поступал в катодную камеру второй ступени, где при плотности тока 0,3 А/см² и температуре электролита 60 ±2^оС осуществляли электрохимическое восстановление металлического галлия. Полученный рафинированный галлий в количестве 634 г имел следующий состав по примесям, Cu 2·10^-6; Al 5·10^-5; Fe 1·10^-6; Pb 3·10^-6; Mg 5·10^-5; Si 5·10^-5; Zn 5·10^-5; In 2·10^-5; Ni 1·10^-5; Mn 1·10^-6; Сd 1·10^-5; Коэффициент очистки галлия составил: по Cu 2,5.10⁴; Al 80; Fe 50,0; Pb 1,67·10⁴; Mg 4; Si 2; Zn 400; In ·10³; Ni 300; Mn 400; Cd 50.

Таким образом, реализация изобретения при установленных технологических параметрах электродиализа с комбинированной очисткой от примесей позволяет получить галлий высокой степени чистоты.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГАЛЛИЯ ИЗ ГАЛЛИЙСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ, включающий выщелачивание галлия из шлама щелочным раствором в камере растворения и последующее электрохимическое восстановление галлия из раствора в катодной камере, отличающийся тем, что, с целью повышения чистоты конечного продукта, выщелачивание шлама ведут анодным растворением при температуре 15-20^oС и плотности тока 0,02-0,05 А/см² в анодной камере трехсекционного электролизера, перед электрохимическим восстановлением галлия полученный в анодной камере раствор подвергают трехстадийной очистке от примесей: на первой стадии сорбцией, на второй электрохимической обработкой в катодной камере первой ступени при катодной плотности тока 0,002-0,008 А/см² и температуре 80-100^oС, на третьей дополнительной сорбцией, а электрохимическое восстановление ведут из очищенного раствора в катодной камере второй ступени электролизера при плотности тока 0,2-0,4 А/см².

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сорбционную очистку проводят с использованием в качестве сорбента эпоксиполиаминового анионита при 15-20^oС.

Версия для печати
Дата публикации 14.03.2007гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов