Способы извлечения галлия из промышленных отходов

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Исследование возможности извлечения редких металлов из золы-уноса ТЭЦ

1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................................................................................ 3

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.............................................................................................................................................................. 4

1.1. Способы извлечения галлия из промышленных отходов............................................................................................. 4

1.1.1. Извлечение галлия из отходов алюминиевого производства.............................................................................. 5

1.1.2. Извлечение галлия из отходов переработки свинцово-цинковых руд............................................................ 12

1.1.3. Извлечение галлия из отходов переработки углей............................................................................................... 13

1.2. Способы извлечения ванадия из промышленных отходов........................................................................................ 19

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ........................................................................................................................................... 26

2.1. Характеристика золы............................................................................................................................................................ 26

2.2. Техника безопасности.......................................................................................................................................................... 27

2.3. Приборы и посуда.................................................................................................................................................................. 28

2.4. Реактивы................................................................................................................................................................................... 29

2.5. Методики анализов............................................................................................................................................................... 30

2.5.1. Фотометрическое определение железа с сульфосалициловой кислотой ..................................................... 30

2.5.2. Фотометрическое определение алюминия с алюминоном ............................................................................... 32

2.5.3. Фотометрическое определение ванадия ................................................................................................................ 35

2.5.4. Фотометрическое определение галлия ................................................................................................................... 37

2.5.5. Методика определения кремния ............................................................................................................................... 40

2.5.6. Выполнение сплавления и растворения навески силиката (золы) ................................................................. 42

2.6. Методики эксперимента....................................................................................................................................................... 43

2.6.1. Методика обескремнивания........................................................................................................................................ 43

2.6.2. Методика щелочной и кислотной обработки........................................................................................................ 43

2.6.3. Методика электрохимического выщелачивания.................................................................................................. 43

3. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ....................................................................................................... 45

3.1. Отработка методики анализа на содержание ванадия............................................................................................... 45

3.2. Поведение галлия и ванадия при выщелачивании....................................................................................................... 45

3.2.1. Исследование влияния температуры и добавки NaCl на эффективность выщелачивания галлия, ванадия, железа и алюминия в сернокислой среде......................................................................................................................................... 46

3.2.2. Исследование эффективности выщелачивания галлия, ванадия, железа и алюминия щелочными растворами с добавкой NaCl............................................................................................................................................................................ 47

3.2.3. Исследование влияния концентрации щелочи, температуры и времени выщелачивания на полноту извлечения галлия........................................................................................................................................................................................... 48

3.2.4. Исследование возможности полного извлечения галлия при многостадийной обработке золы........... 50

3.3. Электрохимическое выщелачивание ванадия............................................................................................................... 50

3.3.1. Электровыщелачивание в кислой среде.................................................................................................................. 51

3.3.2. Электровыщелачивание в щелочной среде............................................................................................................ 51

ВЫВОДЫ.............................................................................................................................................................................................. 53

ЛИТЕРАТУРА...................................................................................................................................................................................... 54

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................................................................................................... 57

ВВЕДЕНИЕ

Роль редких металлов в современной технике все более возрастает. Редкие металлы в значительной мере определяют развитие таких важных отраслей промышленности, как производство специальных сталей, твердых и жаропрочных сплавов, электротехники, электровакуумной техники и ряда отраслей новой техники. За последние десятилетия новые металлы вошли в орбиту промышленного использования, возросли масштабы и расширилась номенклатура продуктов производств редких металлов.

Рассеянные редкие металлы встречаются обычно в виде изоморфных примесей в ничтожных концентрациях в кристаллах других минералов. Поэтому рентабельное извлечение рассеянных редких металлов возможно только из отходов производств основных металлов. Надо также учитывать и технологические трудности извлечения их из сырья.

В последнее время возрос интерес к извлечению редких металлов из нетрадиционных источников сырья, к которым следует отнести пыли и возгоны различных производств, в частности энергетики. Золу-уноса от сжигания угля можно рассматривать как техногенное сырье для получения многих ценных металлов, тем более, что она имеет пока нулевую стоимость. Поэтому извлечение редких металлов, наряду с основными компонентами (алюминий, железо), может сделать переработку золы-уноса рентабельной уже в ближайшем будущем.

Утилизация золошлаковых отходов ТЭЦ позволит расширить минерально-сырьевую базу, а также сократить земельные площади под золоотвалы и улучшить экологическую обстановку в зоне золоотвалов.

Целью нашей работы является поиск наиболее перспективных путей извлечения редких металлов из золы-уноса экибастузского угля.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Способы извлечения галлия из промышленных отходов

Галлий является одним из наиболее распространенных редких элементов. Среднее содержание его в земной коре составляет 1,5×10^-3 вес. %. Самостоятельных минералов галлий не образует за исключением минерала галлита CuGaS₂, содержащего до 35% Ga [1].

Как основной компонент галлий не входит в минералы других элементов. Наиболее богатый источник галлия - очень редкий минерал германит Cu₃(Fe, Ge)S₄, содержащий 0,3 - 1,85% Ga.

Основная же масса галлия находится в рассеянном состоянии, накапливаясь, вследствие сходства химических и кристаллохимических свойств и близости размеров атомов и ионов галлия, алюминия и цинка, в виде изоморфной примеси в бокситах и сфалеритах. Галлий входит также в состав многих других минералов и руд, встречается в почвах, слюдах и морской воде [1].

Невысокая концентрация галлия в рудах не позволяет использовать их непосредственно в качестве сырья.

Галлий наряду с другими рассеянными элементами получают как побочный продукт при комплексной переработке тех руд, в которых он содержится в виде примеси. Источниками его получения являются промпродукты переработки медных, цинковых, алюминиевых, германиевых руд и углей, обогащенные галлием в силу отличительных свойств его соединений. Например, при переработке медных и цинковых руд, а также углей обогащению возгонов способствует высокая упругость халькогенидов галлия в состоянии низшей валентности; при переработке алюминиевых руд более прочные комплексные соединения галлия удерживаются и постепенно накапливаются в циркулирующих растворах глиноземного и содового производств и благодаря этому концентрируются относительно окиси алюминия [2].

Из-за отсутствия собственных руд промышленного значения объем производства галлия обусловлен масштабом переработки руд цветных металлов, используемых для его получения. При этом на долю продуктов и отходов производства глинозема и алюминия приходится более 90% всего добываемого количества галлия [3].