RU2343215C1 - Recovery technique of gallium from alkaline solutions by means of cementation by aluminum gallium - Google Patents
Recovery technique of gallium from alkaline solutions by means of cementation by aluminum gallium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2343215C1 RU2343215C1 RU2007109732/02A RU2007109732A RU2343215C1 RU 2343215 C1 RU2343215 C1 RU 2343215C1 RU 2007109732/02 A RU2007109732/02 A RU 2007109732/02A RU 2007109732 A RU2007109732 A RU 2007109732A RU 2343215 C1 RU2343215 C1 RU 2343215C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gallium
- aluminum
- gallam
- hydrogen
- cementation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу извлечения галлия из щелочных растворов цементацией галламой алюминия.The invention relates to a method for extracting gallium from alkaline solutions by gallam aluminum cementation.
Известен способ извлечения галлия из алюминатных растворов цементацией галламой алюминия (Гусарова Т.Д., Шалавина Е.Л., Пономарев В.Д. Об электродных потенциалах в системе галлий - алюминий. В кн.: Извлечение галлия, ванадия, скандия из продуктов глиноземного производства. - Алма-Ата, Наука АН КазССР, 1967, с.25). Контроль за процессом осуществляется по изменению потенциала в системе «раствор-галлама». В контрольно-измерительную схему вводится металлический электрод для контакта с галламой, хлорсеребряный или каломельный электрод сравнения и потенциометр,A known method for the extraction of gallium from aluminate solutions by cementation of aluminum gallama (Gusarova TD, Shalavina EL, Ponomarev VD On electrode potentials in the gallium-aluminum system. In the book: Extraction of gallium, vanadium, scandium from alumina products production .-- Alma-Ata, Science of the Academy of Sciences of the Kazakh SSR, 1967, p.25). The process is monitored by changing the potential in the solution-gallam system. A metal electrode for contact with gallam, a silver chloride or calomel reference electrode, and a potentiometer are introduced into the control and measurement circuit.
Недостатком способа являются частые отказы схемы, объясняемые несовершенством конструкции электролитических ключей (мостиков), в которых часто происходит нарушение контакта с раствором, недолговечностью электродов сравнения, а также сложностью всей схемы.The disadvantage of this method is the frequent failures of the circuit, explained by the imperfection of the design of electrolytic keys (bridges), in which contact with the solution is often disturbed, the reference electrodes are short-lived, and the complexity of the entire circuit.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототипом) является способ извлечения галлия из раствора алюмината натрия цементацией галламой алюминия с регулированным введением алюминия в цементирующий сплав по измерению электродного потенциала (А.с. СССР №1648253, кл. С22В 58/00, опубл.07.05.91). Каждая очередная порция гранулированного алюминия вводится после того, как прибор регистрирует значение потенциала -1,92-1,95 В по отношению к насыщенному каломельному электроду. Кривые изменения потенциала в зависимости от концентрации алюминия в галламе, которая меняется во времени, неполно и опосредованно отражают ход процесса, поскольку являются логарифмической функцией концентрации алюминия в галламе. В частности, при передозировке алюминия или перегреве раствора в условиях бурного выделения водорода прототип в силу своего принципа действия дает ложный исполнительный сигнал автоматической системе загрузки, что приводит к многократной передозировке алюминия в галламу и созданию аварийной ситуации. Кроме того, недостатком способа являются частые отказы измерительной системы, и связанные с этим серьезные технологические нарушения, из-за несовершенства осуществления контакта электрода сравнения с щелочным раствором в промышленных условиях, а также необходимость в постоянном обслуживании электролитических ключей. Ввиду узкой специфики процесса цементации галлия галламой алюминия промышленность не производит контрольно-измерительных устройств, готовых для эксплуатации в этой области. Поэтому на практике приходится приспосабливать доступную аппаратуру, например, комплекты приборов для измерения рН, с существенными переделками по схемам, настройкам и месту установки. В металлургии галлия такие приспособленные системы для измерения потенциала галламы дают систематические сбои, но вынужденно используются в течение многих лет, поскольку принципиальной замены им до настоящего времени им не было.Closest to the claimed technical solution (prototype) is a method of extracting gallium from a solution of sodium aluminate by cementing with aluminum gallama with controlled introduction of aluminum into the cementing alloy by measuring electrode potential (A.S. USSR No. 1648253, class C22B 58/00, publ. 07.05 .91). Each successive portion of granular aluminum is introduced after the device registers a potential value of -1.92-1.95 V with respect to the saturated calomel electrode. The potential variation curves depending on the concentration of aluminum in the gallam, which varies with time, incompletely and indirectly reflect the course of the process, since they are a logarithmic function of the concentration of aluminum in gallam. In particular, in case of an overdose of aluminum or overheating of the solution under conditions of rapid hydrogen evolution, the prototype, due to its operating principle, gives a false executive signal to the automatic loading system, which leads to repeated overdosing of aluminum into gallam and creates an emergency. In addition, the disadvantage of this method is the frequent failures of the measuring system, and the associated serious technological violations, due to imperfections in the contact of the reference electrode with an alkaline solution under industrial conditions, as well as the need for constant maintenance of electrolytic keys. Due to the narrow specificity of the gallium cementation process by gallam of aluminum, the industry does not produce control and measuring devices ready for operation in this area. Therefore, in practice, it is necessary to adapt available equipment, for example, sets of instruments for measuring pH, with significant alterations in schemes, settings and installation location. In gallium metallurgy, such adapted systems for measuring the potential of gallams give systematic failures, but have been used for many years, since they have not been a fundamental replacement to them so far.
Задачей изобретения является улучшение управляемости и повышение надежности контроля за процессом цементации галлия галламой алюминия из щелочных растворов, что позволяет устранить технологические нарушения процесса.The objective of the invention is to improve the controllability and reliability of control over the process of cementation of gallium by gallam of aluminum from alkaline solutions, which eliminates technological violations of the process.
Технический результат достигается тем, что в способе извлечения галлия из щелочных растворов цементацией галламой алюминия с выделением водорода, включающем периодическую подпитку галламы подачей гранулированного алюминия, цементацию ведут при обновлении газовоздушной смеси над поверхностью раствора посредством вентиляции с постоянным притоком воздуха и измерением концентрации водорода в газовоздушной смеси над поверхностью раствора, а подачу алюминия в галламу осуществляют при достижении концентрации водорода ниже заданного значения.The technical result is achieved by the fact that in the method of extracting gallium from alkaline solutions by cementing with aluminum gallam with hydrogen evolution, including periodic feeding of gallam with granulated aluminum, cementation is carried out by updating the gas-air mixture above the solution surface by ventilation with a constant flow of air and measuring the concentration of hydrogen in the gas-air mixture above the surface of the solution, and the supply of aluminum to the gallam is carried out when the hydrogen concentration is below a predetermined value Acquisitions.
Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.
При цементации галлия галламой алюминия из щелочных растворов кроме целевого процесса восстановления галлия на поверхности галламы происходит неизбежная в данной электрохимической системе конкурирующая реакция выделения водорода:When gallium is cemented by gallam of aluminum from alkaline solutions, in addition to the target process of gallium reduction, a competing hydrogen evolution inevitable in this electrochemical system occurs:
2Al+Na2O+3Н2O=2NaAlO2+3Н2.2Al + Na 2 O + 3H 2 O = 2NaAlO 2 + 3H 2 .
В предельном случае при растворении 1 г алюминия выделяется 1,24 л водорода. Пузырьки газа проходят через раствор и поднимаются на его поверхность, где водород смешивается с атмосферным воздухом.In the extreme case, when 1 g of aluminum is dissolved, 1.24 L of hydrogen is released. Bubbles of gas pass through the solution and rise to its surface, where hydrogen is mixed with atmospheric air.
Аппаратурное оформление процесса цементации на практике всегда включает систему вытяжной вентиляции. Однако приток (подсос) воздуха к поверхности раствора не регламентируется и определяется в каждом конкретном случае суммарным сечением технологических отверстий и негерметичностью соединений в крышке аппарата цементатора. Если величину подсоса в аппарат отрегулировать, например, с помощью специальной заслонки и поддерживать поток воздуха строго постоянным, то за время расходования одной порции гранулированного алюминия, концентрация водорода над поверхностью раствора будет изменяться по тому же закону, что и скорость межфазного обмена на поверхности галламы. Это позволяет более точно и корректно определить момент очередной загрузки цементирующего агента по сравнению с прототипом.Hardware design of the cementation process in practice always includes an exhaust ventilation system. However, the inflow (suction) of air to the surface of the solution is not regulated and is determined in each case by the total cross-section of the technological holes and leaky joints in the lid of the cementing apparatus. If the amount of suction in the apparatus is adjusted, for example, using a special damper and the air flow is strictly constant, then during the consumption of one portion of granulated aluminum, the hydrogen concentration above the solution surface will change according to the same law as the interfacial exchange rate on the gallam surface. This allows you to more accurately and correctly determine the time of the next load of the cementing agent in comparison with the prototype.
На фиг.1 схематически представлен один из возможных конструктивных вариантов реализации заявляемого способа.Figure 1 schematically presents one of the possible structural options for the implementation of the proposed method.
На фиг.2 поясняется принцип управления процессом цементации по изменяющейся во времени концентрации водорода в газовоздушной смеси над поверхностью раствораFigure 2 explains the principle of controlling the cementation process by the time-varying concentration of hydrogen in the gas-air mixture above the surface of the solution
В аппарате, имеющем корпус 1, снабженный крышкой 2, находится галлийсодержащий щелочной раствор 3 и галлама 4. При помощи дозатора 5 в аппарат порционно вводят гранулированный алюминий для подпитки галламы 4. В результате происходят параллельные электрохимические реакции вытеснения алюминием из раствора 3 галлия и водорода, то есть процесс цементации. Восстановленный галлий присоединяется к галламе 4, а выделившийся в водород выходит на поверхность раствора 3 и смешивается с воздухом, поступающим через заслонку 6. Размеры отверстия заслонки 6 и степень ее открытия выбирают так, чтобы концентрация водорода над поверхностью раствора 3 не превышала безопасный уровень. Образовавшаяся газовоздушная смесь удаляется через вытяжной короб 7, где установлен датчик 8, который реагирует на значение концентрации водорода в газовой смеси. Данные от датчика 8 передаются на анализатор 9, который в свою очередь автоматически управляет дозатором 5 алюминия. Таким образом, в данной реализации способа анализатор 9 водорода выполняет функцию контрольно-измерительного и управляющего устройства.In the apparatus having a housing 1 provided with a lid 2, there is a gallium-containing alkaline solution 3 and gallam 4. Using a dispenser 5, granular aluminum is introduced portionwise into the apparatus to feed gallam 4. As a result, parallel electrochemical reactions of aluminum displacement from solution 3 of gallium and hydrogen take place, that is, the cementation process. Reduced gallium is attached to gallam 4, and released into the hydrogen goes to the surface of the solution 3 and mixes with the air entering through the valve 6. The size of the opening of the valve 6 and the degree of its opening are chosen so that the hydrogen concentration above the surface of the solution 3 does not exceed a safe level. The resulting air-gas mixture is removed through the exhaust duct 7, where a sensor 8 is installed, which responds to the value of the concentration of hydrogen in the gas mixture. Data from the sensor 8 is transmitted to the analyzer 9, which in turn automatically controls the aluminum dispenser 5. Thus, in this implementation of the method, the hydrogen analyzer 9 performs the function of a control and measuring and control device.
По мере расходования порции алюминия концентрация водорода в газовоздушной смеси над поверхностью раствора увеличивается, проходит через максимум и начинает снижаться. При концентрации водорода ниже заданного уровня загрузки от анализатора 9 поступает сигнал дозатору 5, и в галламу 4 подается следующая порция гранул. Процесс повторяется до требуемого извлечения галлия из раствора. После этого дозатор 9 алюминия отключают, и алюминий, содержащийся в галламе 4, полностью переходит в раствор, а концентрация водорода над поверхностью раствора 3 стремится к нулю. Изменение содержания водорода, регистрируемое датчиком 8 и газоанализатором 9, при порционной подаче алюминия в галламу 4 схематически показано на фиг.2.As a portion of aluminum is consumed, the concentration of hydrogen in the gas-air mixture above the solution surface increases, passes through a maximum, and begins to decrease. When the hydrogen concentration is below a predetermined load level, a signal from dispenser 5 is received from analyzer 9, and the next portion of granules is fed into gallam 4. The process is repeated until the required extraction of gallium from the solution. After that, the aluminum dispenser 9 is turned off, and the aluminum contained in the gallam 4 completely passes into the solution, and the concentration of hydrogen above the surface of the solution 3 tends to zero. The change in the hydrogen content recorded by the sensor 8 and the gas analyzer 9, with a portion of the supply of aluminum to gallam 4 is shown schematically in figure 2.
Для исключения образования взрывоопасной смеси над поверхностью раствора 3 (под крышкой 2 аппарата) подсос воздуха должен быть отрегулирован с помощью заслонки 6 таким образом, чтобы концентрация водорода не превышала 4 об.%. Как уже отмечалось, простой стехиометрический расчет показывает, что при растворении 1 г алюминия выделяется до 1,24 л водорода. С другой стороны, промышленная практика показывает, что одна порция гранулированного алюминия расходуется в среднем за 20 мин. Поэтому для безопасности процесса на каждый грамм алюминия необходим приток воздуха не менее 0,09 м3/ч. С учетом 1,1÷10-кратного превышения этого значения с целью гарантии исключения условий образования гремучей смеси расчетная формула определения подсоса воздуха через заслонку 6 для существующих промышленных аппаратов-цементаторов галлия может быть представлена в виде:To exclude the formation of an explosive mixture above the surface of solution 3 (under the cover 2 of the apparatus), the air intake must be adjusted using the damper 6 so that the hydrogen concentration does not exceed 4 vol.%. As already noted, a simple stoichiometric calculation shows that when 1 g of aluminum is dissolved, up to 1.24 L of hydrogen is released. On the other hand, industrial practice shows that one portion of granular aluminum is consumed in an average of 20 minutes. Therefore, for the safety of the process for each gram of aluminum, an air flow of at least 0.09 m 3 / h is required. Taking into account 1.1 ÷ 10-fold excess of this value in order to guarantee the exclusion of conditions for the formation of an explosive mixture, the calculated formula for determining air leakage through the shutter 6 for existing industrial gallium cementing machines can be represented as:
Q≥K·m,Q≥K · m,
где Q - приток воздуха, м3/ч,where Q is the air flow, m 3 / h,
K=0,1÷0,9 - коэффициент,K = 0.1 ÷ 0.9 - coefficient,
m - масса порции алюминия на каждую подпитку галламы, г.m is the mass of a portion of aluminum for each recharge of gallam, g.
ПримерExample
Проводили цементацию галлия галламой алюминия из производственного раствора следующего состава, г/л: Na2Oт 194,7; Na2Oку 132,3; Al2O3 42,9; Ga 0,33 в лабораторной электрохимической ячейке объемом 0,8 л, снабженной крышкой с отверстиями, помещенной в лабораторный бокс с вытяжкой. В одном из отверстий крышки ячейки над поверхностью раствора закрепили датчик газоанализатора водорода АВП-01Г, серийно выпускаемого промышленностью. Алюминий в галламу вводили порциями в 1 г. При растворении первой порции алюминия было установлено, что максимальная концентрация водорода составляет в данном случае 0,82 об.%. Далее уровень подпитки галламы алюминием установили на значении 0,4 об.%. Всего загрузили 8 порций алюминия. Среднее время растворения одной порции составило 18 мин, а степень восстановления галлия - 84,8%. Запись концентрации водорода за время опыта, сделанная через интерфейс газоанализатора, совершенно аналогична графику, изображенному на фиг.2, что очевидно позволяет эффективно управлять процессом цементации.Gallium was cemented by gallam of aluminum from a production solution of the following composition, g / l: Na 2 O t 194.7; Na 2 O ku 132.3; Al 2 O 3 42.9; Ga 0.33 in a laboratory electrochemical cell with a volume of 0.8 l, equipped with a lid with holes, placed in a laboratory box with a hood. In one of the openings of the cell lid above the solution surface, an AVP-01G hydrogen gas analyzer sensor, commercially available, was fixed. Aluminum was introduced into gallam in portions of 1 g. Upon dissolution of the first portion of aluminum, it was found that the maximum hydrogen concentration in this case was 0.82 vol.%. Further, the level of gallam recharge with aluminum was set at 0.4 vol.%. A total of 8 servings of aluminum were loaded. The average dissolution time of one portion was 18 minutes, and the degree of gallium recovery was 84.8%. Recording the hydrogen concentration during the experiment, made through the interface of the gas analyzer, is completely similar to the graph shown in figure 2, which obviously allows you to effectively control the cementation process.
Далее способ испытывался в укрупненно-лабораторном масштабе в течение месяца. Дозатор гранулированного алюминия также управлялся по сигналу газоанализатора водорода АВП-01Г. Установка и настройка контрольно-измерительного оборудования не потребовала каких-либо переделок.Further, the method was tested on an enlarged laboratory scale for a month. The granulated aluminum dispenser was also controlled by the signal of the AVP-01G hydrogen gas analyzer. Installation and configuration of instrumentation did not require any alterations.
Отказов системы управления дозатором алюминия и связанных с этим технологических нарушений процесса цементации за все время испытаний не было.There were no failures in the aluminum dispenser control system and related technological violations of the cementation process during the entire test period.
Для сравнения следует отметить, что в заводской практике системы с измерением потенциала галламы дают сбои в среднем 2 раза в сутки.For comparison, it should be noted that in factory practice, systems with gallam potential measurement give failures on average 2 times a day.
Таким образом, изобретение обеспечивает улучшение управляемости и повышение надежности контроля за процессом цементации галлия галламой алюминия из щелочных растворов.Thus, the invention provides improved controllability and increased reliability of control over the process of cementation of gallium by gallam of aluminum from alkaline solutions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007109732/02A RU2343215C1 (en) | 2007-03-12 | 2007-03-12 | Recovery technique of gallium from alkaline solutions by means of cementation by aluminum gallium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007109732/02A RU2343215C1 (en) | 2007-03-12 | 2007-03-12 | Recovery technique of gallium from alkaline solutions by means of cementation by aluminum gallium |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007109732A RU2007109732A (en) | 2008-09-20 |
| RU2343215C1 true RU2343215C1 (en) | 2009-01-10 |
Family
ID=39867751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007109732/02A RU2343215C1 (en) | 2007-03-12 | 2007-03-12 | Recovery technique of gallium from alkaline solutions by means of cementation by aluminum gallium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2343215C1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111575487A (en) * | 2020-05-28 | 2020-08-25 | 哈尔滨工业大学(深圳) | Method for recovering products of hydrogen production by hydrolysis of aluminum-based materials |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4368108A (en) * | 1981-01-23 | 1983-01-11 | Rubinshtein Georgy M | Process for electrolytic recovery of gallium or gallium and vanadium from alkaline liquors resulting from alumina production |
| SU1648253A3 (en) * | 1986-04-10 | 1991-05-07 | Мадьяр Алюминиумипари Трест (Инопредприятие) | Method of gallium extraction from sodium aluminate solutions |
-
2007
- 2007-03-12 RU RU2007109732/02A patent/RU2343215C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4368108A (en) * | 1981-01-23 | 1983-01-11 | Rubinshtein Georgy M | Process for electrolytic recovery of gallium or gallium and vanadium from alkaline liquors resulting from alumina production |
| SU1648253A3 (en) * | 1986-04-10 | 1991-05-07 | Мадьяр Алюминиумипари Трест (Инопредприятие) | Method of gallium extraction from sodium aluminate solutions |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007109732A (en) | 2008-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chong et al. | Thermodynamics and kinetics for mixed calcium carbonate and calcium sulfate precipitation | |
| Brady et al. | Surface-controlled dissolution and growth of minerals | |
| RU2759855C1 (en) | Method for controlling device for wet desulfurization of flue gases, device for controlling device for wet desulfurization of flue gases and remote monitoring system containing device for controlling device for wet desulfurization of flue gases | |
| Morse | Dissolution kinetics of calcium carbonate in sea water; III, a new method for the study of carbonate reaction kinetics | |
| Mundra et al. | Steel corrosion in reinforced alkali-activated materials | |
| EP2809620A1 (en) | Method of controlling addition rate of an odor control chemical | |
| US5629212A (en) | Chloride monitoring apparatus | |
| RU2343215C1 (en) | Recovery technique of gallium from alkaline solutions by means of cementation by aluminum gallium | |
| Yadav et al. | Dissolution kinetics of rock–water interactions and its implications | |
| Sędzimir | Precipitation of metals by metals (cementation)—kinetics, equilibria | |
| Weiler et al. | Improving consistency at testing cementitious materials in the Dynamic Surface Leaching Test on the basis of the European technical specification CEN/TS 16637–2–Results of a round robin test | |
| Bhuiyan | Effectiveness of impressed current cathodic protection systems in concrete following current interruption | |
| JP4922214B2 (en) | Water treatment method and water treatment apparatus | |
| CN105388117A (en) | Analyzer | |
| JP2010155189A (en) | Water treatment method and apparatus | |
| Scardina et al. | Prediction and measurement of bubble formation in water treatment | |
| Hansen | Process network modelling of the geochemical reactions responsible for acid mine drainage emanating from the Witwatersrand tailings facilities | |
| Han | Galvanic mechanism of localized corrosion for mild steel in carbon dioxide environments | |
| RU2650378C2 (en) | Method for controlling the process of oxidation of sulphides | |
| Tenno et al. | Electroless nickel plating: Bath control | |
| Le Brun | Hydrogen removal efficiency of in-line degassing units | |
| AU697563B2 (en) | Chloride monitoring apparatus and process | |
| Colwell et al. | The mechanism of near neutral pH SCC | |
| SATO et al. | Development of burden distribution control with an advanced bell-less top at Chiba No. 6 blast furnace | |
| Galvan-Martinez et al. | Study of the mass transport on corrosion of low carbon steel immersed in sour solution under turbulent flow conditions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100313 |