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

Исследование проводилось при условиях:

· концентрация H₂SO₄ 200 г/л;

· время обработки 2 ч;

· Т:Ж=1:5 (40 г золы и 200 мл серной кислоты).

Анализ на содержание элементов в растворе проводился по методикам 2.5.1 – 2.5.4. Степень извлечения металлов рассчитывалась исходя из их содержания в спеке обескремненной золы, %: Ga – 0,0036; V – 0,033; Fe – 5,77; Al – 17,9 (см. 2.5.6.). Данные приведены в таблице 3.2.1.

Таблица 3.2.1.

Полнота выщелачивания Ga, V, Fe и Al в серной кислоте

Статистическая обработка результатов в приложении 2.

Из таблицы 3.2.1. видно, что кислотное выщелачивание не приводит к эффективному извлечению галлия и ванадия из золы-уноса ТЭЦ. Повышение температуры и введение добавки NaCl увеличивает извлечение галлия в 2,7 и 4 раза соответственно. Но полнота извлечения галлия недостаточна. Можно отметить значительную степень извлечения железа серной кислотой, которая при температуре 80°C и в присутствии NaCl концентрацией 50 г/л достигает 79,8%, что может быть использовано при разработке технологической схемы комплексной переработки золы.

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

Обработка обескремненной золы в щелочной среде проводилась в условиях:

· концентрация щелочи 200 г/л;

· температура 80°C;

· время обработки 2 ч;

· Т:Ж=1:5 (40 г золы и 200 мл щелочи).

Полученные данные приведены в таблице 3.2.2.

Таблица 3.2.2.

Извлечение Ga, V, Fe и Al при щелочной обработке

Статистическая обработка результатов в приложении 3.

Из таблицы 3.2.2. следует, что при обработке щелочью железо и алюминий выщелачиваются незначительно; ванадий выщелачивается на 12%, что в 2 раза больше, чем в кислоте, но также недостаточно. Довольно эффективно в щелочной среде переходит в раствор из золы галлий, более чем наполовину. Введение добавки NaCl уменьшает степень извлечения ванадия и алюминия и практически не сказывается на степени извлечения галлия и железа.

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

В связи с тем, что в щелочной среде галлий выщелачивается эффективно, было изучено влияние на степень извлечения галлия из необработанной золы таких факторов, как концентрация щелочи, температура и время выщелачивания (таблица 3.2.3.1.). Было проведено математическое планирование эксперимента и составлен план 2³ (таблица 3.2.3.2.). Степень извлечения галлия рассчитывалась исходя из его содержания в спеке необескремненной золы: 0,0035%.

Таблица 3.2.3.1.

Факторное пространство

Таблица 3.2.3.2.

План эксперимента и полученные результаты

Статистическая обработка результатов в приложении 4.

Получено уравнение регрессии:

a_Ga, %=16,2+6,5×X₁+12,8×X₂+3,5×X₃+5,2×X₁×X₂+2,9×X₂×X₃

Таким образом, из полученных коэффициентов уравнения регрессии можно сделать следующие выводы. Наибольшее влияние на степень извлечения галлия оказывает концентрация щелочи, меньшее – температура и время выщелачивания. При этом совместное влияние температуры и концентрации щелочи значительнее, чем сочетание концентрации и времени выщелачивания.

Для изучения влияния времени на насыщаемость раствора галлием при обработке обескремненной золы щелочным раствором нами были выбраны следующие условия:

· концентрация щелочи 200 г/л;

· температура 80°C;

· Т:Ж=1:5 (20 г золы и 100 мл щелочи).

Полученные результаты приведены в таблице 3.2.3.3.

Таблица 3.2.3.3.

Зависимость степени извлечения галлия от времени

Статистическая обработка результатов в приложении 5.

Рисунок 3.2.3.

Из таблицы 3.2.3.3 и рисунка 3.2.3. видно, что зависимость прямолинейная и максимум извлечения за 4 часа не достигнут. При этом за первый час в раствор переходит почти половина галлия.