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

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

В данной статье рассмотрена технология производства галлия и влияние процесса отстоя на физикохимические 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 0,005ч0,007%. 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).

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.

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.

Рисунок 3 Распределение галлия между статьями прихода его в производственные растворы и расхода.

Рисунок 4 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.

Рисунок 5 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 — 2,9ч3,1 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.

8. 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].

галлий раствор цементация фильтрация.

• 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.