Влияние процесса отстоя на физико-химические свойства богатого раствора на цементацию 

В данной статье рассмотрена технология производства галлия и влияние процесса отстоя на физико- химические свойства богатого раствора на цементацию. 

Галлий относится к группе рассеянных редких металлов. Редкая распространенность и отсутствие собственных минералов этого металла в природе создают специфическую характеристику технологии получения галлия, связанную с его попутным извлечением из полупродуктов и отходов при переработке сырья основного металла, спутником которого он является.

Галлий содержится в минералах алюминия (бокситах, алунитах, нефелинах). Обычно в алюминиевых рудах содержится от 0,04 до 0,001% галлия. Среднее содержание галлия в бокситах Казахстанских месторождений составляет 0,005÷0,007%. На рисунке 1 приведены сравнительные данные по содержанию галлия в бокситах различных стран мира. Из приведенных данных видно, что содержание галлия в бокситах Казахстана вполне может обеспечивать стабильность выпуска в количественном    выражении (таблица 2).

 Содержание галлия в бокситах различных месторождений (в условных единицах)    

Рисунок 1 - Содержание галлия в бокситах различных месторождений (в условных единицах) 

При переработке боксита по способу Байера галлий частично переходит в алюминатный раствор в виде растворимых в щелочном растворе соединений. В результате многократного оборота щелочных растворов глиноземного производства происходит постепенное накапливание в них галлия до уровня, при котором возможна организация    производства галлия в виде товарного продукта.

Таблица 1 - Содержание галлия в бокситах, перерабатываемых в АО «Алюминий Казахстана»

 Содержание галлия в бокситах, перерабатываемых в АО «Алюминий Казахстана»

По технологической схеме АО «Алюминий Казахстана» в галлиевом производстве используется оборотный  смешанный  раствор  глиноземного  производства  после  выделения  из  него  оборотной   соды и примесей, выпавших вместе с оборотной содой (таблица 2). Состав раствора приведен в таблице 3.

Таблица 2  - Распределение галлия между  статьями прихода  его  в производственные   растворы и расхода

  Распределение галлия между  статьями прихода  его  в производственные   растворы и расхода

Таблица 3 - Состав оборотного смешанного раствора

 Состав оборотного смешанного раствора

Технологическая схема получения чернового галлия из растворов глиноземного производства по способу цементации схематично приведена на рисунке 2 [1].

Технологическая схема выделения гидроалюмината натрия (ГАН) является составной частью производства галлия в АО «Алюминий Казахстана». Производство галлия включает стадии выделения гидроалюмината натрия и собственно производство чернового галлия через цементацию. Схема ГАН состоит из следующих этапов:

  • обогащение слива содоотстойника хлоридами;
  • упаривание оборотного раствора;
  • сгущение упаренного раствора;
  • кристаллизация и фильтрация ГАН;
  • приготовление алюминатного раствора ГАН;
  • кристаллизация и фильтрация галлиевого концентрата;
  • цементация галлия из «богатого» раствора;
  • вторичная цементация. 

Схема технологии получения галлия

Рисунок 2 – Схема технологии получения галлия 

  1. Обогащение слива содоотстойника хлоридами. Схема предназначена для повышения содержания хлоридов в   сгущенной   пульпе   сгустителя   (в   затравке   пульпы   ХГК),   основана   на      разнице в растворимости карбонатов и хлоридов в оборотном растворе.
  2. Упаривание оборотного раствора. Упаривание ведётся в выпарном аппарате с двумя кипятильниками обогреваемым паром ТЭЦ с температурой 2200С и с давлением 0,8 МПа. Площадь греющей поверхности аппарата составляет 430 м2. Процесс упаривания осуществляется следующим образом: пар подаётся в межтрубное пространство кипятильника. Раствор, двигаясь по трубкам, вскипает, сепарируется и поступает в буферную емкость, из которой насосом откачивается в сгуститель.
  3. Сгущение пульпы первой стадии упарки. Слив сгустителя сливается в мешалку, а оттуда в буферную мешалку (питание 1  стадии).  Пульпа  из-под  конуса  сгустителя  в  количестве  ~  3,5  м3/ч поступает в мешалку, из мешалки часть пульпы в количестве 0,7-1,0 м3/ч используется в качестве затравки на кристаллизации хлор-галлатного концентрата. 
  4. Кристаллизация и фильтрация   ГАН. Раствор с концентрацией Nа2Оky ~ 440 г/л, и @ky - 2,9÷3,1 в количестве 35-40 м3/ч поступает в кристаллизаторы ГАН. Кристаллизация проводится до каустического модуля жидкой фазы пульпы не менее 6,0–7,0 ед. в течение 6-12 часов с охлаждением пульпы до 95оС. Для обеспечения достижения заданного каустического модуля жидкой фазы пульпы ГАН, концентрация исходного раствора должна быть не менее 435 - 445г/л Nа2Оky.
  5. Приготовление алюминатного раствора ГАН. Кек (ГАН), состава: Na2Oky≈ 25,8%; AL2O3 ≈ 20,4%; влага ≈ 30%, репульпируется. Приготовление алюминатного раствора производится до плотности 1,36-1,38 г/см3.
  6. Кристаллизация и фильтрация концентрата галлия. Кристаллизация галлиевого концентрата производится в кристаллизаторах с коническими днищами, оборудованными змеевиками-регистрами для охлаждения раствора, и перемешивающими устройствами. Концентрация Nа2Оку в пульпе ХГК должна быть в пределах 360-380 г/л. Кристаллизация ведётся до остаточного содержания Ga не выше 0,2 г/л в жидкой фазе пульпы ХГК.
  7. Цементация галлия из богатого раствора проводится в нитке из трех цементаторов, раствор подается в непрерывно-периодическом режиме. Цементация ведется на галламе алюминия, подача алюминия происходит автоматически по мере обеднения галламы по металлу.

Цементация  галлия  на  галламе  алюминия  -  жидком  сплаве  алюминия  с  галлием  –    экономичней и эффективней, так как перенапряжение водорода больше, чем при цементации на чистом алюминии. Это снижает расход алюминия и повышает степень и скорость выделения галлия.

Разгрузка галлия из цементаторов производится через 8-10 суток работы. Галлиевый шлам отделяется от металлического галлия фильтрацией на гидравлических фильтр-прессах.

  1. Вторичная цементация. Шлам растворяют в каустическом растворе, и полученный богатый раствор подвергают вторичной цементации.

Черновой галлий, полученный по технологической схеме АО «Алюминий Казахстана»,  далее поступает на глубокую очистку с целью получения галлия высокой чистоты [2].

Влияние процесса отстоя на физико – химические свойства богатого раствора на цементацию опробованным с положительным результатом для растворов, служит процесс длительной выдержки растворов  перед  цементацией.  Установлено,  что  экспозиция  растворов  в  течение  3-15  суток  приводит к возрастанию степени цементации Ga, уменьшению удельного расхода алюминия, снижению шламообразования. Повышение показателей цементации в этом случае является следствием изменения строения ионов алюминия и галлия в щелочных растворах: изменяются степень полимеризации алюминат – ионов и гидратное окружение галлат – ионов в растворе. По результатам испытаний, выдержка (экспозиция) растворов перед цементацией 3 и 6 суток приводила к повышению степени извлечения галлия на 8,2-9,4%, количество шлама при этом снижалось в 2,2 и 4,5 раза соответственно.

Кроме того, улучшалось качество получаемого металлического галлия, содержание Fe, Pb, Sn уменьшалось в 1,7-2,0, Cu – в 1,5-1,8 раза. На основании результатов промышленных испытаний процесс длительной экспозиции растворов, повышает извлечение галлия в оборотных растворах [3].

 

Литература

  1. Ибрагимов А.Т.,  Будон  С.В.  Развитие  технологии  производства  глинозема   и   бокситов Казахстана. - Павлодар, 2010. - 251-272 с.
  2. Технологическая инструкция Химико-металлургического цеха АО «Алюминий Казахстана».
  3. Шавалина Е.Л., Романов Г.А. Получение галлия из алюминатных растворов, 1990. - 154 с. 
Фамилия автора: Г.М. Никитин, Н.К. Сыдыков
Год: 2012
Город: Павлодар
Яндекс.Метрика