Исследование возможности полного извлечения галлия при многостадийной обработке золы

Для того чтобы интенсифицировать процесс выщелачивания галлия, обескремненная зола последовательно обрабатывалась свежими растворами щелочи в 3 стадии по одному часу.

Исследование проводилось в условиях:

· концентрация щелочи 200 г/л;

· температура 80°C;

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

Данные приведены в таблице 3.2.4.

Таблица 3.2.4.

Полнота извлечения галлия при многократной обработке растворами щелочи

Стадия	Время обработки, ч	S количество извлеченного галлия, мг	S aGa, %
I (обескремнивание)	3	1,25±0,14	63,5
II	1	1,61±0,17	81,7
III	1	1,85±0,18	94,1
IV	1	1,93±0,21	98,2

 

Статистическая обработка результатов в приложении 6.

Таким образом, при многократной обработке обескремненной золы галлий извлекается практически полностью.

 

Электрохимическое выщелачивание ванадия

Поскольку в предыдущих опытах не была достигнута достаточная степень извлечения ванадия в раствор, нами исследовалось электрохимическое выщелачивание в кислой и щелочной средах (см. 2.6.3.).

Электровыщелачивание в кислой среде

Исследования проводились в условиях:

· концентрация H₂SO₄ 100 г/л;

· температура 20°C;

· время электролиза 2 ч;

· отношение Т:Ж=1:10 (20 г золы и 200 мл кислоты);

· титановый катод и свинцовый анод.

Полученные данные приведены в таблице 3.3.1.

Таблица 3.3.1.

Зависимость полноты извлечения металлов от плотности тока

Условия опыта	V		Fe		Al
	m, мг	a, %	m, г	a, %	m, г	a, %
Sk=41 см2 I=1 A i=24,4 mA/см2	0,26±0,04	3,9	0,30±0,02	25,7	0,32±0,04	8,9
I=2 A i=48,8 mA/см2	0,38±0,06	5,8	0,33±0,03	29,0	0,37±0,04	10,2
I=5 A i=122 mA/см2	0,73±0,11	11,0	0,39±0,03	33,8	0,40±0,05	11,3
I=10 A i=244 mA/см2	0,77±0,11	11,7	0,59±0,05	51,5	0,45±0,05	12,7

 

Статистическая обработка результатов в приложении 7.

Из таблицы 3.3.1. следует, что повышение плотности тока с 24,4 до 244 mA/см² увеличивает степень извлечения железа на 25%, алюминия – на 4%, ванадия – на 8%, что все же недостаточно.

Электровыщелачивание в щелочной среде

Было исследовано влияние температуры на электровыщелачивание ванадия в щелочной раствор. Исследование проводилось при условиях:

· концентрация щелочи 200 г/л;

· время обработки 1 ч;

· отношение Т:Ж=1:10 (25 г золы и 250 мл щелочи);

· титановые катод и анод;

· i=25 mA/см².

Полученные данные приведены в таблице 3.3.2.

Таблица 3.3.2.

Зависимость содержания ванадия в растворе электровыщелачивания от температуры

t, °C	mV, мг	aV, %
20	0,67±0,15	8,1
85	1,05±0,23	12,7

 

Из анализа таблиц 3.3.1. и 3.3.2. можно заключить, что как в кислой, так и в щелочной средах в исследованных условиях не наблюдается увеличения степени извлечения ванадия. Поэтому поиски по извлечению ванадия должны быть продолжены.

ВЫВОДЫ

 

1. Показано, что галлий может быть полностью извлечен из золы-уноса ТЭЦ четырехкратной обработкой раствором щелочи концентрацией 200 г/л при t=80°C и Т:Ж=1:10.

2. Извлечение ванадия из золы-уноса ТЭЦ растворами кислоты и щелочи в исследованных условиях составляет 11-12%.

3. Добавка NaCl при кислотном выщелачивании позволяет извлечь в раствор 79,8% железа и 24% галлия.

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Дымов А.М., Савостин А.П. Аналитическая химия галлия. – М.: Наука, 1968. – С. 5-9, 131-134.

2. Иванова Р.В. Химия и технология галлия. – М.: Металлургия, 1973. – С. 5-9, 131-134.

3. Еремин Н.И. Галлий. – М.: Металлургия, 1964.

4. Меерсон Г.А., Зеликман А.Н. Металлургия редких металлов. – М.: Металлургииздат, 1955. – С. 495-501.

5. Beja M. Chimie et Industrie, 67, I, 1952, 45-55, цит. по [4].

6. Резник П.А., Иванова Р.В. Сборник научных трудов Гиредмета, 1, 238, 258 (1959).

7. Резник П.А., Миронова З.М. Цветные металлы, 12, 60 (1940).

8. Яценко С.П., Деменев Н.В. Журнал неорганической химии, 4, 869 (1959).

9. Хасиева С.А., Зеликман А.Н., Иванова Р.В. Азербайджанский химический журнал, №5, 109 (1964).

10. Еремин Н.И., Гуськов В.М. Журнал прикладной химии, 33, 157 (1960).

11. Нижник А.Т., Шехтер З.В. Журнал прикладной химии, 35, 295 (1962).

12. Шалавина Е.Л., Гусарова Т.Д. Труды института металлургии АН КазССР, 1964. – Т. 9. – С. 121-129.

13. Шалавина Е.Л., Гусарова Т.Д. Труды института металлургии АН КазССР, 1965. – Т. 12. – С. 52-57.

14. Химия и технология редких и рассеяных элементов. Ч. I. /Под ред. К.А. Большакова. – М.: Высшая школа, 1976. – С. 245-276.

15. Gastinger E. Berg-und Huttenmannische Monatshefte, 99, I, 1954, 13, цит. по [4].

16. Нижник А.Т., Шехтер З.В. Журнал прикладной химии, 37, 742 (1964).

17. Morgan G.J. Chem. Soc., 1935, p.556, цит. по [2].

18. Кострикин В.М., Иванов-Эмин Б.Н. Журнал прикладной химии, 13, №10 (1940).

19. Janagari M.J. Coal Research Inst. (Japan), 1956, v. 7, p. 129-138, цит. по [2].

20. Schreiter W. Chem. Techn., 1954, Bd 3, s. 141-143, цит. по [2].

21. Еремин Н.И. Изв. вузов. Цветная металлургия. 1960. Т. 2. С. 108.

22. Абишева З.С., Блайда И.А., Пономарева Е.И. Цветные металлы. 1994. №3. С. 36-38.

23. Абишева З.С., Блайда И.А., Пономарева Е.И. Цветные металлы. 1994. №2. С. 42-44.

24. Людоговский Г.И. Требования промышленности к качеству минерального сырья. Ванадий. Госгеолтехиздат, 1960.

25. Химия и технология редких и рассеянных элементов. Ч. III. /Под ред. К.А. Большакова. – М.: Высшая школа, 1976. – С. 16-36.

26. Ежовска-Тршебятовска Б., Копач С., Микульский Т. Редкие элементы. – М.: Мир, 1979. – С. 297-300.

27. Амирова С.А., Печковский В.В. и др. Журнал прикладной химии, 36, №5, 936 (1963).

28. Veres J. Acta techn. Acad. scient. hung., 41, №3-4 (1962), цит. по [25].

29. Винаров И.В., Янкелевич Р.Г. Украинский химический журнал, 30, №5, 524 (1964).

30. Кунаев А.М. Пиро-гидрометаллургические способы переработки ванадиевого сырья Казахстана. – Алма-Ата: Наука, 1971. – С. 17-21.

31. Основы металлургии. Т. IV. Редкие металлы. /Отв. ред. Грейвер Н.С. и др. – М.: Металлургиздат, 1967.

32. Ростокер У. Металлургия ванадия. – М.: ИЛ., 1959. – С. 9.

33. Izumi Tsuboi, Shigetami Kasai, Takuya Yamamoto, Isao Komasawa, Eiichi Kunugita. Извлечение редких металлов из летучей угольной золы // Int. Solv. Extr. Conf., 1990 (ISEC’90), Kyoto, July 16-21, 1990: Abstr.–[Kyoto], 1990. – С. 215. – Англ., цит. по РЖХим 8Л52, 1991.

34. Schemel Roberto, Rodriguez Domingo, Salazar Ramon. Выщелачивание и извлечение ванадия из ванадийсодержащих отходов //Пат. 4539186, США. Заявл. 15.03.84 №589951, опубл. 3.09.85. МКИ С 01 G 31/00, НКИ 423/62, цит. по РЖХим 12Л121, 1986.

35. Каваёси Яцухиро. Извлечение ванадия // Заявка 60-161339, Япония. Заявл. 30.01.84, №59-13332, опубл. 23.08.85. МКИ С 01 G 31/00, С 22 В 34/22, цит. по РЖХим 13Л126, 1986.

36. Патент №4798709, США, опубл. 17.01.89. МКИ С 01 G 31/00, НКИ 423-63. Способ обработки золы-уноса.

37. Поляков А.Ю. Основы металлургии ванадия. – М.: Металлургиздат, 1959.

38. Слотвинский-Сидак Н.Г., Потапов И.В. Изв. вузов. Цветная металлургия. 1962. №3. С.100-107.

39. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. – М.: Химия, 1984. – С. 111.

40. ГОСТ 18165-81. Вода питьевая. Метод определения массовой концентрации алюминия. – М., 1981.

41. ГОСТ 10364-90. Нефть и нефтепродукты. Метод определения ванадия. – М., 1990.

42. ГОСТ 12711-77. Твердое топливо. Метод определения массовой доли галлия. – М., 1977.

43. Годовская К.И., Рябина Л.В., Новиков Е.Ю., Гернер М.М. Технический анализ. – М.: Высшая школа, 1967. – С. 386-387.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

 

Статистическая обработка результатов определения ванадия в модельном растворе

	Концентрация ванадия	C1	C2	C3	C4	C5	C6
I	в исходном растворе, мг/л	52,5	40,5	49,9	56,3	51,6	54,6
II	после восстановления цинком, мг/л	31,0	32,6	23,5	31,8	34,5	32,4
III	в окисленном растворе, мг/л	51,9	51,8	48,3	49,5	32,0	48,2

 

Статистические характеристики выборок:

P=0,95

	I	II	III
	Грубых промахов по Q-тесту не обнаружено	23,5 – грубый промах, при QТабл=0,640 дает Qэкс=0,682	32,0 – грубый промах, при QТабл=0,640 дает Qэкс=0,814
N	6	5	5
Xср	50,9	32,5	49,9
D	31,01	1,69	3,30
S	5,57	1,30	1,82
S	2,27	0,58	0,81
Sr	0,11	0,04	0,04
W, %	10,9	4,0	3,6
tст	2,57	2,78	2,78
Полуширина доверительного интервала	5,8	1,6	2,3
Границы доверительного интервала	45,1 – 56,7	30,8 – 34,1	47,7 – 52,2

 

Приложение 2

 

Статистическая обработка результатов анализа на галлий, ванадий, железо, алюминий в растворе выщелачивания при температуре 55°C

Количество извлеченного металла	m1	m2	m3
Ga, мг	0,09	0,10	0,08
V, мг	0,85	0,76	0,82
Fe, г	0,65	0,67	0,66
Al, г	0,80	0,76	0,79

 

Статистические характеристики выборок:

N=3

P=0,95

Грубых промахов по Q-тесту не обнаружено.

	Ga	V	Fe	Al
Xср	0,09	0,81	0,66	0,78
D	0,0001	0,002	0,0001	0,0004
S	0,01	0,05	0,01	0,02
S	0,006	0,03	0,006	0,01
Sr	0,111	0,057	0,015	0,027
W, %	11,1	5,7	1,5	2,7
tст	4,30	4,30	4,30	4,30
полуширина доверительного интервала	0,02	0,11	0,02	0,05
границы доверительного интервала	0,07 – 0,11	0,70 – 0,92	0,64 – 0,68	0,73 – 0,84

 

Приложение 3

 

Статистическая обработка результатов анализа на галлий, ванадий, железо, алюминий в растворе щелочной обработки

Количество извлеченного металла	m1	m2	m3
Ga, мг	0,81	0,84	0,77
V, мг	2,1	1,9	2,2
Fe, мг	23,9	23,1	23,3
Al, мг	344	338	335

 

Статистические характеристики выборок:

N=3

P=0,95

Грубых промахов по Q-тесту не обнаружено.

	Ga	V	Fe	Al
Xср	0,81	2,1	23,4	339
D	0,001	0,02	0,17	21,0
S	0,04	0,15	0,42	4,58
S	0,02	0,09	0,24	2,65
Sr	0,04	0,07	0,02	0,01
W, %	4,35	7,39	1,78	1,35
tст	4,30	4,30	4,30	4,30
полуширина доверительного интервала	0,09	0,4	1,0	11
границы доверительного интервала	0,72 – 0,89	1,7 – 2,4	22,4 – 24,5	328 – 350

 

Приложение 4

 

Статистическая обработка результатов планирования

№ опыта	1	2	3	4	5	6	7	8
mGa, мкг
m1	292	153	35,8	13,8	212	72,4	23,8	10,8
m2	318	139	39,2	15,9	206	76,2	25,4	11,7
m3	307	145	34,0	15,5	225	80,5	23,2	11,0

 

Статистические характеристики выборок:

N=3

P=0,95

Грубых промахов по Q-тесту не обнаружено.

№ опыта	1	2	3	4	5	6	7	8
Xср	306	146	36,3	15,1	214	76,4	24,1	11,2
D	170	49,3	6,97	1,24	94,3	16,4	1,29	0,22
S	13,1	7,02	2,64	1,12	9,71	4,05	1,14	0,47
S	7,54	4,06	1,52	0,64	5,61	2,34	0,66	0,27
Sr	0,04	0,05	0,07	0,07	0,04	0,05	0,05	0,04
W, %	4,27	4,82	7,27	7,40	4,53	5,31	4,71	4,23
tст	4,30	4,30	4,30	4,30	4,30	4,30	4,30	4,30
полуширина доверительного интервала	32	17	6,6	2,8	24	10,1	2,8	1,2
границы доверительного интервала	273 – 338	128 – 163	29,8 – 42,9	12,3 – 17,8	190 – 238	66,3 – 86,4	21,3 – 26,9	10,0 – 12,3

 

Приложение 5

 

Статистическая обработка результатов анализа на галлий в растворах выщелачивания

t, ч	1	2	3	4
mGa, мкг
m1	0,35	0,40	0,43	0,45
m2	0,38	0,43	0,47	0,50
m3	0,33	0,39	0,40	0,48

 

Статистические характеристики выборок:

N=3

P=0,95

Грубых промахов по Q-тесту не обнаружено.

t, ч	1	2	3	4
Xср	0,35	0,41	0,43	0,48
D	0,0006	0,0004	0,001	0,0006
S	0,03	0,02	0,04	0,03
S	0,01	0,01	0,02	0,01
Sr	0,07	0,05	0,08	0,05
W, %	7,12	5,12	8,10	5,28
tст	4,30	4,30	4,30	4,30
полуширина доверительного интервала	0,06	0,05	0,09	0,06
границы доверительного интервала	0,29 – 0,41	0,36 – 0,46	0,35 – 0,52	0,41 – 0,54

 

Приложение 6

 

Статистическая обработка результатов анализа на галлий при многократной обработке растворами щелочи

стадия	I	II	III	IV
mGa, мкг
m1	1,27	1,63	1,84	1,95
m2	1,19	1,54	1,93	2,01
m3	1,30	1,67	1,79	1,84

 

Статистические характеристики выборок:

N=3

P=0,95

Грубых промахов по Q-тесту не обнаружено.

Стадия	I	II	III	IV
Xср	1,25	1,61	1,85	1,93
D	0,003	0,004	0,005	0,007
S	0,06	0,07	0,07	0,09
S	0,03	0,04	0,04	0,05
Sr	0,04	0,04	0,04	0,04
W, %	4,54	4,13	3,83	4,46
tст	4,30	4,30	4,30	4,30
Полуширина доверительного интервала	0,14	0,17	0,18	0,21
границы доверительного интервала	1,11 – 1,39	1,45 – 1,78	1,68 – 2,03	1,72 – 2,15

 

Приложение 7

 

Статистическая обработка результатов анализа на ванадий, железо и алюминий в растворах электровыщелачивания

Количество извлеченного металла	m1	m2	m3
V, мг	0,26	0,24	0,27
Fe, г	0,30	0,29	0,31
Al, г	0,33	0,30	0,32

 

Статистические характеристики выборок:

N=3

P=0,95

Грубых промахов по Q-тесту не обнаружено.

	V	Fe	Al
Xср	0,26	0,30	0,32
D	0,0002	0,0001	0,0002
S	0,02	0,01	0,02
S	0,009	0,006	0,009
Sr	0,06	0,03	0,05
W, %	5,95	3,33	4,82
tст	4,30	4,30	4,30
полуширина доверительного интервала	0,04	0,02	0,04
границы доверительного интервала	0,22 – 0,29	0,28 – 0,32	0,28 – 0,35