Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Иванова Р.В. Химия и технология галлия

.pdf
Скачиваний:
74
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
17.6 Mб
Скачать

В 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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ