
книги из ГПНТБ / Иванова Р.В. Химия и технология галлия
.pdfВ ранних работах был предложен ряд способов переработки германиевых концентратов разложением соляной кислотой или смесью азотной и серной кислот с последующим сложным химиче ским разделением [87—90], хлорированием элементарным хлором [91 ], разложением концентрированным раствором едкого натра [92].
На заводе в Олене (Бельгия), перерабатывающем германитовый концентрат из Тзумеб, некоторое время использовали гндрометаллургическую схему 1931. Германитовый концентрат подвергали окислительному обжигу в отражательных печах. Огарок выщела чивали серной кислотой в две стадии. Раствор с содержанием 10 г-л -1 серной кислоты упаривали примерно в десять раз и охлаждали при интенсивном перемешивании. Германий выпадал в осадок в виде
Ge02, а |
галлий оставался в растворе. Его экстрагировали эфиром |
|||
в |
форме |
хлоргаллиевой |
кислоты, |
образующейся при добавлении |
в |
сернокислый раствор |
хлористого |
натра. |
Известен способ [94, 95], состоящий в том, что германит нагре вают в токе азота при 800° С, при этом мышьяк, находящийся в гер маните, возгоняется в виде сульфида. При повышении температуры до 825° С в токе аммиака отгоняют практически весь германий в виде моносульфида. Остаток от удаления мышьяка и германия обрабаты вают соляной кислотой при нагревании так, чтобы растворилась четвертая часть взятого вещества, при этом в раствор переходит весь галлий. Из раствора удаляют тяжелые металлы в виде сульфидов и осаждают гидроокиси галлия н алюминия кипячением с бисуль фитом аммония.
После растворения осадка в соляной кислоте галлий экстраги руют эфиром, из реэкстракта вновь осаждают гидроокись галлия, растворяют ее в щелочи, и полученный щелочной раствор направ ляют на электролиз. Известно несколько схем извлечения галлия и германия из применяемых в Англии и США в промышленном мас штабе германитовых концентратов.
ВСША схема основана на сульфатизирующем обжиге с последу ющей дистилляцией германия в виде GeCl4. При этом галлий остается
врастворе.
Вбританском способе руду, измельченную до 0,147 мм, обрабаты вают 50%-ным раствором едкого натра. Затем смесь выпаривают
досуха и сухую массу выщелачивают водой. В нерастворимом остатке содержатся сульфиды меди и железа. Щелочной раствор подкисляют серной кислотой до pH = 8, нагревают до кипения И затем добавляют азотную кислоту до получения 5%-ной кислотности раствора. После фильтрования и отделения осадка сульфида мышьяка раствор ней трализуют едким натром до pH = 3 для осаждения галлия. Осадок галлия отфильтровывают. Из фильтрата нейтрализацией аммиаком до pH = 7 осаждают техническую двуокись германия. Осадок гидро окиси галлия растворяют в соляной кислоте, из раствора отгоняют германий, а остаток используют для получения галлия.
Впоследнее время извлечение галлия из германита все больше
ибольше утрачивает свое самостоятельное значение и сопутствует извлечению германия.
312
И з в л е ч е н и е г а л л и я п р и п е р е р а б о т к е м е д н ы х ру д . При плавке медных концентратов галлий распреде ляется между штейном и шлаком. Если плавится необожженный концентрат, в штейн переходит до 60% галлия. С повышением сте пени предварительного обжига увеличивается переход галлия в шлак. При конвертировании медных штейнов галлий распределяется между черновой медью и шлаком примерно поровну [96]. При электроли тическом рафинировании меди галлий накапливается в электро лите.
В медистых сланцах Мансфельда содержится 0,00002% (по массе) Ga. При их переработке он концентрируется в промежуточных продуктах — фосфате алюминия, где его содержание достигает 0,1 %. Этот вид сырья привлек немецких исследователей [97], в частности, доктора Файта, который предложил следующую схему его перера ботки: осадок фосфатных продуктов обрабатывать раствором едкого натра, при этом отделять металлы, гидроокиси которых нерастворимы
врастворе щелочи. Из полученного раствора при осторожном под кислении осаждать гидраты и фосфаты алюминия, олова и галлия. Полученный осадок, содержащий 4—6% окиси галлия, растворять
всерной кислоте и из раствора вновь гидролитически выделять осадок, состав которого соответствует формуле 7 (GaAl)20 3-2S03- •8Р20 5, 10Н2О. В нем содержится около 30% окиси галлия. Этот осадок вновь растворять в серной кислоте, раствор очищать от тя желых металлов сероводородом, обрабатывать щелочью и направ лять на электролиз после выделения фосфора в виде трехзамещенного фосфата натрия.
И з в л е ч е н и е г а л л и я п р и п е р е р а б о т к е ц и н к о в ы х р у д . В процессе обогащения сульфидных полиметалли ческих руд галлий преимущественно переходит в цинковые кон центраты. Так, при обогащении медно-цинковой руды с 0,0015% Ga получается цинковый концентрат с 0,0055% Ga. Другие получаемые из руд концентраты — медные и свинцовые — содержат галлий
вменьшей концентрации, чем исходная руда. Степень извлечения галлия в цинковые концентраты невелика: большая его часть остается
вхвостах обогащения [96, 99], поскольку он входит в состав алюмо силикатных минералов.
Для извлечения цинка из концентратов применяют два способа — пирометаллургический и гидрометаллургический
Пирометаллургический способ первоначально применяли к окис ленным рудам, однако вскоре сульфидные руды стали практически единственным источником получения цинка. По пирометаллургиче скому способу цинк сульфидных руд восстанавливают различными восстановителями, причем задача значительно облегчается, если предварительно ZnS перевести в ZnO, т. е. сульфидный концентрат обжечь. Огарки окислительного обжига после агломерации смеши вают с углем-восстановителем и в ретортах постепенно нагревают до температуры 1250—1300° С. При этом окись цинка восстанавливается
по реакциям: ZnO + С ЕД Zn + |
СО, ZnO + |
СО ДГ Zn -f- С 02, а дву |
окись углерода, получающаяся |
по второй |
реакции, раскисляется |
313
С 02 + |
С = 2С0, в результате |
чего в течение всего процесса дистил |
|
ляции |
цинка поддерживается |
восстановительная атмосфера. |
|
Металлический цинк возгоняется и собирается в приемниках, |
|||
а в ретортной печи остается так |
называемая раймовка. При окисли |
||
тельном обжиге сульфид галлия |
при температуре 500° С переходит |
в сульфат, который с повышением температуры разлагается по реак ции: Ga2 (S04)3 =■-=Ga20 3 + 3S03.
Поскольку высший окисел галлия мало летуч, галлий практиче ски полностью остается в огарке.
При восстановительном обжиге галлий распределяется между раймовкой и возгонами. В раймовке галлий концентрируется до 0,06% вместе со свинцом, медыо, железом, благородными метал лами —■серебром и золотом, а также кремнеземом и глиноземом. Галлий, перешедший в возгоны металлического цинка, удаляется при рафинировании цинка методом ректификации и собирается в ма лолетучем кубовом остатке вместе со свинцом.
Для гидрометаллургического способа переработки цинковых руд непременным условием является образование сульфата цинка. Сульфат цинка образуется при пониженной температуре обжига — менее 700° С, получение водорастворимого цинка при температуре обжига 800—900° С возможно только при кратковременном пребы вании материала в печн.
Галлий в условиях сульфатизпрующего обжига также образует водорастворимый сульфат, который при температуре выше 500° С может частично диссоциировать на соответствующие окислы, однако эта реакция практически не проходит в связи с высокой концентра цией сульфат-иона в условиях обжига. Следует заметить, что галлий может войти в состав образующихся при обжиге ферритов и силика тов, которые в дальнейшем при выщелачивании сульфатной массы серной кислотой лишь частично растворяются и остаются в остатке от выщелачивания обожженного концентрата.
Цель выщелачивания заключается в извлечении цинка и некото рых сопутствующих ему ценных составляющих при минимальном загрязнении раствора примесями.
Для полного использования серной кислоты и очистки растворов процесс выщелачивания разделяют на две стадии — нейтральную и кислую. Растворителем служит отработанный электролит цеха электролиза, содержащий 100—150 г-л -1 свободной серной кислоты. На кислотной стадии наряду с выщелачиванием цинка происходит растворение примесей. Поскольку выщелачивание заканчивается при 2—3 г-л -1 кислоты галлий в основном переходит в сернокислый раствор.
При нейтральном выщелачивании раствор, содержащий кислоту, цинк и загрязняющие его примеси, приводят в контакт с избытком обожженного концентрата, нейтрализуют кислоту окисью цинка до pH = 5,2ч-5,4 и гидролитически осаждают примеси железа, мышьяка, сурьмы и рассеянных элементов. Галлий, pH осаждения которого из сульфатных растворов 2—4, переходит в осадок и вы водится из процесса в составе отвального кека.
314
Отвальные кеки перерабатывают вельцеванием. Процесс прово дят при температуре 1000— 1200° С во вращающихся трубчатых пе чах. Химизм процессов, протекающих при вельцевании цииксодержащих материалов, может быть представлен следующими реакциями:
ZnO + С ^ |
Znnap -j- СО -L- Q (кал), С02 -+- С^ |
2СО + |
Q, (кал), |
2СО -I- 0 2 ^ |
2С02 + Q2 (кал), 2Znnap + 0 2 |
2ZnO + |
Qi (кал). |
Галлий, находящийся в кеке, может восстанавливаться углеродом до низшей валентности, возгоняться в составе летучих окислов и за тем, окислившись в газовом пространстве печи, улавливаться в виде
окиси. Практически |
лишь |
небольшая |
доля. галлия |
возгоняется |
в вельцокиси — не больше |
20 г на тонну. Основная |
часть галлия |
||
остается в клинкере, |
что, |
по-видимому, |
связано со |
значительной |
растворимостью его в железе, образующемся в процессе вельцевания кеков. Повторное вельцевание возгонов позволяет повысить концен трацию галлия.
Переработку вельцокисей проводят по периодической схеме. На чальное содержание H 2S04 в бак-мешалке 160— 170 г л -1. Добавле нием вельцокислов нейтрализуют кислоту до 15—20 г-л -1. При этом в раствор переходят цинк, кадмий, индий, галлий, мышьяк, сурьма, железо. Раствор окисляют двуокисью марганца (пиролюзит или мар ганцевая руда). Свинцовый кек отфильтровывают и передают в свин цовое производство. Раствор нейтрализуют с 20 до 2 г л -1 H 2S04 пульпой вельцокислов с 2 г л -1 H.2S04 и до pH = 4,8н-5,0 чистой окисью цинка. При этом в осадке концентрируется железо, мышьяк, сурьма, индий, галлий. Этот продукт передают в производство ред ких металлов. Концентрация галлия в железном кеке возрастает
в3—5 раз. Примерный состав железного кека, %: 26,0Zn; 0,2Cd; 6,4Pb; 0,5Cu; 0,7As; 0,14In; 0,01Ga. Раймовку, концентрирующую галлий, перерабатывают так же, как при вельцевании кеков.
Всвинцово-плавильном производстве галлий полностью остается
вшлаках шахтной плавки. Часть галлия, попадающая в черновой свинец, при его рафинировании переходит в шликера, с которыми возвращается в шахтную плавку.
Ряд последовательных чередований растворения вельцокислов в серной кислоте и нейтрализации раствора окисью цинка позволяет получить концентрат галлия примерно следующего состава, % (по массе): 6,48Zn; 5,49As; 6,49Cd; 17.25А1; 1,61Cu; 0,05Fe; 0,11 Ga; Pb и. o.; 31,75 n. n. n.
В концентрате, кроме галлия, содержится индий. Разделить эти элементы можно путем обработки концентрата раствором щелочи при повышенной температуре. Галлий образует при этом устойчивые галлаты и переходит в раствор, а неустойчивые индаты разлагаются с выделением гидрата окиси индия, который остается в осадке. Извле чение галлия в щелочной раствор составляет примерно 80—85%. Щелочные растворы содержат алюминий, цинк, галлий, медь и дру гие примеси,
315
Фракционное осаждение гидроокисей позволяет получить еще более обогащенный галлием концентрат, поскольку гидроокиси из щелочных растворов осаждаются в следующем порядке: Zn (ОН)2 —> -> А1 (ОН)з — Ga (ОН)8.
Получение галлия из концентрата не представляет затруднений. Концентрат растворяют в серной кислоте, из раствора выделяют гал лий органическим осадителем, например купферроном или днэтилдитиокарбомннатом натрия, осадок прокаливают, растворяют в соля ной кислоте окислы и раствор подвергают дальнейшей очистке от тяжелых металлов — олова и молибдена — воздействием сульфида натрия, от ванадия — экстракцией эфиром, от железа — окислением и последующей обработкой щелочью.
Полученный таким образом щелочной раствор пригоден для элек тролитического выделения из него галлия.
На одном из крупнейших цинкэлектролитных заводов Италии Porto—Margherc, в Венеции, на котором ежегодно выпускают до 20 000 т цинка, осуществляют попутное извлечение галлия, герма ния и индия [98]. Исходным сырьем служат отвальные железные кеки, содержащие в % (по массе): 0,08—0,09Ge; 0,03—0,04Ga; 0,08— 0,09In.
По принятой технологии кеки обрабатывают серной кислотой при 80° С в присутствии S 0 2, при этом германий, галлий, индий, цинк, железо переходят в раствор; в нерастворимом остатке остаются S i02, GaS04, ZnS. Железо Fe3+ восстанавливается до Fe2+. При нейтрали зации раствора до pH = 5 ч-5,5 галлий и индий выпадают в осадок в виде гидроокисей, германий — в виде Ge02. После кислотной обра ботки осадка германий из раствора осаждают таннином при pH =
— 2ч-1. Расход таннина — 35—40 кг на 1 кг германия; галлий и ин дий при нейтрализации раствора до pH = 4ч-5 осаждаются в виде гидроокисей.
Галлий-индневый концентрат (0,5—0,7%Ga, 0,6—0,8%In) обра батывают разбавленной серной кислотой при 70—80° С, в присут ствии восстановителя (CdS), осадок отфильтровывают и из раствора аммиаком осаждают гидроокиси, свободные от большей части приме сей SiO2, As, Cu, Zn. Гидроокиси переводят в раствор, из которого ферроцианидом калия осаждают галлий и индий. Расход К4 [Fe (CN)e] 12—15 кг на 1 кг галлия и индия. При этом отделяется алюминий. Обрабатывая осадок раствором едкого натра до щелочной реакции, разделяют галлий и индий: первый переходит в раствор в составе гал лата натрия, второй остается в осадке в виде гидрата окиси. Из рас твора галлий осаждают в виде гидроокиси при pH = 6,5 ч-7,0. В раз дельных концентратах содержится 15—20% Ga и 25—30% In.
Галлиевый концентрат очищают от примесей In, Fe, Cu и др., после чего раствор галлата натрия состава 140—150 г-л -1 галлия и Na20 : Ga2Ö3 = 2 :1 направляют на электролиз. Электролиз про водят с никелевым анодом и стальным катодом при 40—50° С, напря жении 4,5—5 в, Da = 10 а дм-2 и DK= 25 а -дм-2. Полученный катод ный металл содержит 99,984% Ga.
316
ИЗВЛЕЧЕНИЕ ГАЛЛИЯ ПРИ П Е РЕ РА Б О ТК Е УГЛЕЙ
Галлий постоянно присутствует в углях, но только в незначи тельных количествах. Он содержится как в углеродистой массе, так и в минералогической составляющей, в которой он изоморфно заме щает алюминий в его окиси. Форма вхождения галлия в угли не исследована, однако на основании его свойств можно предположить, что это могут быть адсорбированные сульфиды, карбонаты, хлориды, а также сложные карбиды и карбонилы.
В з а и м о д е й с т в и е г а л л и я и е г о с о е д и н е н и й с у г л е р о д о м . О простых карбидах галлия известно лишь то, что в чистом виде они не получены и только спектроскопическим ис следованием системы Ga—С установлено, что в равновесии с углеро дом и парами галлия находятся также пары карбида галлия Ga2C2 [126]. Известны двойные карбиды, исследование которых выполнено рентгеноструктурным методом [100, 101]. Марганец, галлий и угле род образуют соединение Mn3GaC, существование которого наблю дается в интервале концентраций 0,62—0,70% Мп; 0,1—0,18%Ga; 0,2%С, что свидетельствует о наличии определенной области его гомо генизации. Карбиды галлия и марганца ферромагнитны.
Кобальт, галлий, углерод образуют двойной карбид приблизи тельного состава Co3GaC0,5. Соединение это, по-видимому, не проч ное, так как в равновесии с ним обнаружены кобальт, углерод и сплав CoGa.
Никель, галлий, углерод взаимодействуют с образованием соеди нения Ni3GaC0il. Микроструктурное исследование показало, что угле род находится в связанном состоянии. Соединение Ni3GaC0il диама гнитно.
При действии окиси углерода под давлением в автоклаве на смесь порошка кобальта с галлием возможно образование карбонила, состав которого отвечает формуле Ga [Со (СО)4]3 [102].
Если графит и треххлористый галлий длительно нагревать в при сутствии хлора, а затем избыток хлорида галлия отогнать, то можно заметить, что графит сильно набухает, межатомное расстояние связи С—С увеличивается от 0,35 до 9,5 Â. Предполагают образование соединения С - GaCl4 A:GaCl3 (где х = 2ч-3), которое разрушается только при температуре выше 400° С, о чем свидетельствует практиче ски полная отгонка хлорида.
Т е р м и ч е с к о е |
о б о г а щ е н и е |
г а л л и е м |
п р о |
д у к т о в п е р е р а б о т к и у г л е й . |
Летучесть некоторых со |
единений галлия с серой, кислородом, хлором и углеродом определяет возможность концентрирования галлия в летучих возгонах процес сов сжигания, газификации, полукоксования и коксования углей. Однако вхождение галлия преимущественно в минералогическую составляющую затрудняет этот процесс. При использовании углей в качестве энергетического топлива образующиеся шлаки в большин стве случаев содержат лишь следы галлия. Летучие золы в системе дымоходов несколько богаче галлием по сравнению с углями. Содер-
317
жанпе галлия в возгонах ограничивается 0,1% и обусловлено лету честью низших окислов и сульфидов. Сжигание при недостатке кисло рода сопровождается большей степенью возгонки; при сжигании уг лей в сильно окислительной атмосфере галлий концентрируется в шлаках.
Известен способ извлечения галлия из шлаков, который состоит в том, что зола вместе с пылевидным и мелкоизмельченным углем и жидким топливом подается с помощью тангенциально расположенных сопел в шлаковую ванну, нагретую до 1300—1800° С. Галлий возго няется и концентрируется на твердых частицах угля и шлака, уноси мых вихревыми газовыми потоками. Галлий улавливается в пылеуловительной системе. Извлечение галлия составляет 80% от содержания его в исходной смеси. Устройство используется как газогенератор.
При сжигании угля большую роль играет конструкция топки. При пылевидном топливе почти вся зола уносится с газами и содержа ние галлия в пылях уменьшается. Галлий концентрируется в тонких наиболее летучих фракциях золы, поэтому при сжигании углей необ ходимо тонкое пылеулавливание.
При сжигании каменного или бурого угля в нейтральной атмо сфере при соотношении концентрации С 02 : СО — 10 : 0,1 не исклю чена возможность образования гидридов галлия, которые не улавли ваются в существующих системах пылеулавливания. Для улавлива ния галлия газы после очистки от пыли орошают слабым раствором кислоты или щелочи при pH = 4,5ч-5,0или 8,5—9,0 при температуре 80— 120° С. Гидрид галлия разлагается и выпадает в осадок, содержа щий металлический галлий и окислы.
При коксовании каменного угля основная часть галлия остается в коксе. Перешедший в газовую фазу галлий конденсируется вместе со смолами и попадает в смолы и надсмольные воды. Некоторое коли чество галлия попадает в фуссы, представляющие собой смесь коксо вой мелочи и смолы, оседающую в газопроводах.
При газификации, как и при использовании углей для энергети ческих целей, галлий концентрируется в пылевых отходах, некоторая часть его рассеивается в атмосфере с дымовыми газами.
Кроме галлия, ископаемые угли содержат многие другие элементы. Замечено, что при охлаждении и очистке генераторного газа осаж дается пыль, содержащая 30—70% углерода и некоторые окислы металлов. Присутствие кобальта, никеля, молибдена в пыли в элемен тарной форме объясняют тем, что они улетучиваются в виде карбони лов, которые затем разлагаются. В этой пыли имеется и галлий, обра зующий, как известно, сложные карбонилы. Например, в пыли анг лийских газовых заводов содержание галлия достигает 0,38%,
аиногда и 1,58%.
Втабл. 76 [103] приведен примерный состав пылей газовых заво дов. При получении из кокса водяного газа окислы галлия восстанав ливаются и металлический галлий образует сплавы с железом, содер жащимся в золе, поэтому в пыли водяного газа галлия нет. Подсчи тано, что в добываемых ежегодно в Англии 200 млн. т угля содержится 1000 т галлия,
318
Т а б л и ц а |
76 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Состав пыли |
английских углей, |
% (по массе) |
|
|
|
||||
|
|
|
|
Пыль |
|
|
|
Пыль |
|
Составляющие |
корпч- |
крас |
|
Составля ющнс |
корич крас |
|
|||
компоненты |
черная |
компоненты |
черная |
||||||
|
|
|
не ван |
ная |
|
невая |
ная |
||
Si02 |
|
29,33 |
27,92 |
11,50 |
GcO, |
1,24 |
0,80 |
0,29 |
|
Л120 3 |
|
15,15 |
12,90 |
5,10 |
Na20 -1- К.0 |
3,45 |
5,41 |
4,92 |
|
Fe20 3 |
|
22,56 |
21,80 |
7,58 |
1-1,0 |
2,98 |
5,60 |
8,35 |
|
ZnO |
|
8,54 |
2,29 |
0,14 |
PbO |
0,10 |
0,81 |
0,30 |
|
CaO |
|
4,16 |
3,80 |
4,04 |
CuO |
0,19 |
0,08 |
0,00 |
|
MgO |
|
0,40 |
1,09 |
0,56 |
А І А |
0,50 |
1,11 |
0,52 |
|
N iO + |
CoO |
0,06 |
0,18 |
0,04 |
MOO-, |
0,03 |
0,09 |
0,08 |
|
P 2O 5 |
|
0,00 |
0,45 |
0,00 |
s o 3 |
10,00 |
14,55 |
4,04 |
|
Ti02 |
|
0,90 |
0,72 |
0,18 |
s |
0,00 |
0,00 |
1,43 |
|
v 2o 5 |
|
0,05 |
0,04 |
0,01 |
CI |
0,00 |
0,13 |
1,95 |
|
Ga,03 |
|
0,75 |
0,73 |
0,38 |
c |
0,00 |
Следы |
49,95 |
|
И з в л е ч е н и е |
г а л л и я |
из о т х о д о в |
п е р е р а |
||||||
б о т к и |
у г л е й . Известно несколько способов получения галлия |
и германия из пылей и сажистых уносов, из золы, а также других побочных продуктов переработки каменного угля, в частности, из промывных вод смолоотделительных систем.
Способ Моргана и Девиса [104] заключается в том, что пыль га зовых заводов обрабатывали достаточно концентрированной соляной кислотой, затем отгоняли тетрахлорид германия и из маточного кис лотного остатка после доведения кислотности до 6-н. и восстановле ния железа до двухвалентного извлекали галлий экстракцией диэтнловым эфиром. После отгонки эфира хлориды переводили в суль фаты, разбавляли водой и осаждали гидроокись галлия, которую за тем переосаждали для отделения железа и других примесей.
Исследователи Советского Союза В. М. Кострикин и Б. Н. Ива нов-Эмин в качестве сырья применяли озоленные сажистые уносы
одной из |
газостанций, |
имеющие состав, % (по |
массе): |
35,35SiO„; |
|
0,52ТЮ2; |
18,11 Fe30 3; |
12,87Al30 3; |
0,03Ga20 3; |
7,18S02; |
5,45CaÖ; |
0 ,3 4 A S 2O 5; |
n. n. n. 19,98 [105]. |
|
|
|
Эту золу обрабатывали в дистилляционных аппаратах соляной кислотой при температуре 150° С. Образующийся тетрахлорид германия отгоняли вместе с парами соляной кислоты и направляли на получение германия. Кислотные остатки промывали водой при ки пячении в течение 30 мин. Расход воды 2 л на 1 кг золы. Нераствори мый остаток, состоящий в основном из гидрата окиси кремния, от фильтровывали; слабокислый фильтрат содержал до 20 г л -1 железа.
Отделение алюминия и галлия от железа производили по не сколько видоизмененному методу Мозера и Брукля [106], для чего железо восстанавливали тиосульфатом натрия. Тиосульфат прибав ляли до обесцвечивания раствора, из которого затем с помощью ани лина осаждали гидроокиси галлия и алюминия. После прибавления анилина растворы нагревали до кипения. Полученные осадки содер жали: алюминий, серу, титан, ванадий, железо и практически весь
319
галлий. Осадки отфильтровывали, промывали водой пли 3%-ным раствором сульфата алюминия, затем обрабатывали 6-н. соляной кислотой, отфильтровывали от серы. Галлий из раствора выделяли с помощью ферроцпаиида калия, для чего раствор нагревали до кипе ния. Для осаждения использовали 10%-ный раствор осадителя. Раствор с осадком выдерживали в течение 15 мин при температуре 75° С и оставляли на 12 ч без перемешивания. Осадок отфильтровы вали, промывали слабым раствором ферроцпаиида калия и озоляли.
Полученные полуторные окислы содержали от 0,3 до 0,75% окиси галлия. Окиси сплавляли с перекисью натрия, взятой в 4-кратном количестве к весу остатка. Сплав выщелачивали водой. Раствор, со держащий галлий и алюминий, нейтрализовали аммиаком до слабо кислой реакции по метилроту. Гидроокиси растворяли в соляной кислоте и при 6-н. кислотности галлий извлекали эфиром. Эфир отго няли, остаток растворяли в слабой соляной кислоте. Для отделения железа к раствору добавляли несколько капель перманганата калия, затем раствор едкого натра с таким расчетом, чтобы содержание по следнего было не менее 0,5-н. Раствор нагревали, добавляли в него несколько капель спирта для восстановления перманганата; образую щаяся при этом гидратированная двуокись марганца, обладающая большой сорбционной активностью, увлекала в осадок железо [107]. Из раствора осаждали гидрат окиси галлия. Так как не было уверен ности, что при дистилляции с соляной .кислотой весь галлий перейдет
вкислые остатки, были предприняты опыты по спеканию золы с содой
ипоследующей нейтрализации щелочного раствора соляной кислотой
иотгонке германия. Выход при такой обработке не увеличился.
Научно-исследовательские лаборатории General Electric Со., Limited approached Jchnson Matthey and Co Limited разработали [108] промышленный процесс переработки возгонов (табл. 85) гази фикации углей (рис. 115).
Возгоны непостоянны по своему составу и содержат в виде основ ных компонентов окислы кремния, алюминия, железа и цинка. Неосновными составляющими являются окислы многих других ме таллов, например, свинца, меди, мышьяка, молибдена, никеля, ва надия; германия и галлия может содержаться до 2%, но обычно 0,5—
1, 0 % .
Первой операцией является удаление кремния и окиси алюминия, что достигают плавлением с окисью меди и определенным флюсом. В результате получают шлак, который удаляют, и металлический штейн, содержащий медь, железо, мышьяк, серу, германий и галлий. Штейн растворяют в разбавленном растворе хлорида железа при про пускании хлора. Полученный раствор переносят в сосуд для дистил ляции и после добавления серной кислоты до 7-н. кислотности произ водят дистилляцию и конденсацию паров в две фракции. Первую фракцию— раствор AsCl3 в соляной кислоте (1:1) -— отбрасывают, вторую фракцию, содержащую тетрахлорид германия и до 20% AsCl3, используют для выделения германия; галлий извлекают из кубового остатка.
320
Этот раствор направляют на выпарной аппарат и обрабатывают алюминиевыми стружками для осаждения меди и других тяжелых металлов и восстановления железа. Отфильтрованный раствор дово дят до 7-н. кислотности по соляной кислоте и экстрагируют изопро пиловым эфиром. Хлорид галлия, растворенный в эфире, извлекают 2%-иым раствором соляной кислоты; эфир после дистилляции исполь-
|
|
|
Зола |
НС1 _ |
|
|
|
--------- |
—- |
Дистилляция германия ----------------- |
|
|
|
|
=■ |
|
|
|
Остаток |
Вода |
|
|
I |
--------— |
Выщелачивание прикипении ------------ |
||
|
|
-------------- |
1--------------- |
|
Раствор хлоридов (Оа, Fe,AI) |
||
Гипосульфитианилин —— Осаждение алюминия и галлия ------- |
|||
|
|
|
! |
Осадок гидроокисей алюминия и галлия |
|||
20 % -ый раствор НСІ |
|
|
|
-------------------- |
|
— |
Растворение ----------------------------- |
Раствор хлоридов алюминия и галлия |
|||
Ферроционидкалия |
|
|
|
— |
Осаждение галлия срерроцианидом — |
||
|
|
Осадокферроционидов |
|
|
|
ПрокаливаниеприШ °С |
|
|
|
------------ |
1----------- |
|
Окислы Fe, Оа,AI (0,3% галлия) |
||
Перекись натрия |
|
|
|
-----------------------— |
Сплавление |
||
Вода |
|
|
I |
|
|
Выщелачивание |
ПарыНСІ и GeClj,
ОстатокSt02
Раствор железа
Остаток (сера, SiOf)
Растворхлорида алюминия
Ре(ОН),
|
Раствор галлата и алюмината |
|
|
|
|
Осаждение гидроокисей AI и Gaаммиаком. |
РастворAlClj |
||
Растворение в вн.НСІ и экстрагированиеЭфиром |
|
|||
|
|
Экстракт |
|
|
|
|
Отгонка эф ира----------------------------- Эсри£_ |
||
|
|
Остаток |
|
|
NaOH |
- |
S |
|
|
|
Растворение |
|
|
|
|
Раствор галлата |
|
|
|
НСІ |
Осаждение 6а (0Н)3 |
|
|
|
|
Рис. 115. |
Технология пере |
||
|
|
|
||
|
Гидроокись галлия |
работки возгонов газифика |
||
|
ции углей |
|
||
21 Р. в. Иванова |
|
|
|
321 |