RU2625470C1 - Method for purifying aluminium-containing chloride solutions - Google Patents
Method for purifying aluminium-containing chloride solutions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2625470C1 RU2625470C1 RU2016125063A RU2016125063A RU2625470C1 RU 2625470 C1 RU2625470 C1 RU 2625470C1 RU 2016125063 A RU2016125063 A RU 2016125063A RU 2016125063 A RU2016125063 A RU 2016125063A RU 2625470 C1 RU2625470 C1 RU 2625470C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- iron
- chloride solutions
- containing chloride
- solution
- Prior art date
Links
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 43
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 title claims abstract description 28
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title abstract 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 62
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 16
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 13
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 1
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 46
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- -1 aluminum oxychloride Chemical compound 0.000 description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 229940063656 aluminum chloride Drugs 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M (3-methylphenyl)methyl-triphenylphosphanium;chloride Chemical compound [Cl-].CC1=CC=CC(C[P+](C=2C=CC=CC=2)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 235000014413 iron hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L iron(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Fe+2] NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- JGDITNMASUZKPW-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.Cl[Al](Cl)Cl JGDITNMASUZKPW-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229940009861 aluminum chloride hexahydrate Drugs 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 150000002506 iron compounds Chemical class 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000005185 salting out Methods 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/48—Halides, with or without other cations besides aluminium
- C01F7/56—Chlorides
- C01F7/62—Purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
- C01F7/20—Preparation of aluminium oxide or hydroxide from aluminous ores using acids or salts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B3/00—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
- C22B3/04—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes by leaching
- C22B3/06—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes by leaching in inorganic acid solutions, e.g. with acids generated in situ; in inorganic salt solutions other than ammonium salt solutions
- C22B3/10—Hydrochloric acid, other halogenated acids or salts thereof
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к электрохимической очистке алюминийсодержащего хлоридного раствора от железа.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to electrochemical purification of aluminum-containing chloride solution from iron.
Известен способ очистки алюминийсодержащего раствора, полученного после выщелачивания глиноземистой руды, содержащей примеси железа [SU 272182, опубл. 26.05.1970 г.]. Согласно данному способу выщелачивание проводят в автоклаве азотной кислотой, взятой в количестве от 50 до 90% от стехиометрически необходимого, при температуре 140-220°С, давлении 5,6-10,5 кг/см2, а также продолжительности 1-6 часов. Полученную реакционную массу из автоклава подвергают разбавлению, фильтрации, промывки нерастворенного осадка, который подлежит выбросу, при этом полученные фильтраты используют для получения глинозема.A known method of purification of an aluminum-containing solution obtained after leaching of alumina ore containing iron impurities [SU 272182, publ. May 26, 1970]. According to this method, leaching is carried out in an autoclave with nitric acid, taken in an amount of from 50 to 90% of the stoichiometrically necessary, at a temperature of 140-220 ° C, a pressure of 5.6-10.5 kg / cm 2 , and a duration of 1-6 hours . The resulting reaction mass from the autoclave is subjected to dilution, filtration, washing of undissolved sediment, which is to be discharged, while the obtained filtrates are used to obtain alumina.
Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:
- сложность исполнения аппаратурно-технологической схемы процесса, поскольку выщелачивание проводится в агрессивной среде и при высокой температуре;- the complexity of the execution of the hardware-technological scheme of the process, since leaching is carried out in an aggressive environment and at high temperature;
- образование нерастворимых кремнеземных осадков, требующих дальнейшей переработки.- the formation of insoluble silica precipitation, requiring further processing.
Известен способ очистки алюминийсодержащего раствора азотной кислотой, осуществляемый путем добавления к раствору двухосновного нитрата алюминия с целью нейтрализации избытка кислоты и выделения гидроксида железа в виде осадка, который подвергается дальнейшей фильтрации [RU 2202516, опубл. 20.04.2003 г.].A known method of purification of an aluminum-containing solution with nitric acid, carried out by adding to the solution of dibasic aluminum nitrate in order to neutralize the excess acid and the release of iron hydroxide in the form of a precipitate, which is subjected to further filtration [RU 2202516, publ. April 20, 2003].
Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:
- необходимость приготовления суспензии двухосновного нитрата алюминия Al(OH)2NO3, а также ее дробного добавления в раствор азотнокислых солей, что в свою очередь не позволяет проводить процесс осаждения железа в динамическом режиме;- the need to prepare a suspension of dibasic aluminum nitrate Al (OH) 2 NO 3 , as well as its fractional addition to the solution of nitric acid salts, which, in turn, does not allow the deposition of iron in a dynamic mode;
- повышенный расход кислоты для нейтрализации и выделения гидроксида железа.- increased acid consumption to neutralize and release iron hydroxide.
Наиболее близким к заявленному способу является способ очистки алюминийсодержащих хлоридных растворов алюминия от примесей железа [SU 40967, опубл. 31.01.1935 г.]. Прокаленные при температуре 500-700°С каолиновые глины, содержащие в качестве основной примеси соединения железа, обрабатывают соляной кислотой. В кислый раствор добавляют металлический алюминий. Поскольку алюминий имеет большее химическое сродство к хлору, по сравнению с железом, то последнее вытесняется алюминием из раствора. Для предотвращения совместного выделения в осадок железа и гексагидрата хлорида алюминия в реактор опускают два электрода и включают постоянный ток. При этом возникающее электромагнитное поле ориентирует движение металлических частиц железа в сторону катода. Аппарат имеет вид длинного желоба, в который с одного конца непрерывно подают загрязненный раствор, а с другого - выводят очищенный от примеси железа. Основными недостатками данного способа являются:Closest to the claimed method is a method of purification of aluminum chloride solutions of aluminum from iron impurities [SU 40967, publ. 01/31/1935]. Annealed at a temperature of 500-700 ° C kaolin clay, containing iron compounds as the main impurity, is treated with hydrochloric acid. Aluminum metal is added to the acidic solution. Since aluminum has a greater chemical affinity for chlorine than iron, the latter is displaced by aluminum from the solution. To prevent the joint precipitation of iron and aluminum chloride hexahydrate, two electrodes are lowered into the reactor and a direct current is turned on. In this case, the emerging electromagnetic field orients the movement of metal particles of iron toward the cathode. The apparatus has the form of a long gutter, into which a contaminated solution is continuously fed from one end, and iron cleared of impurities is removed from the other. The main disadvantages of this method are:
- низкая степень очистки алюминийсодержащего раствора от железа, за счет одностадийности процесса;- a low degree of purification of the aluminum-containing solution from iron, due to the one-stage process;
- недостаточная эффективность процесса (низкий выход по току), за счет отсутствия регламентированных показателей кислотности процесса;- insufficient process efficiency (low current efficiency), due to the lack of regulated indicators of the acidity of the process;
- высокий расход электроэнергии, что связано с возможностью пассивации электродов, а также с малой электропроводностью раствора при низких температурах.- high energy consumption, which is associated with the possibility of passivation of the electrodes, as well as with low conductivity of the solution at low temperatures.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение степени очистки алюминийсодержащего раствора от железа с одновременным повышением эффективности процесса, а также снижение расхода электроэнергии.The technical result of the invention is to increase the degree of purification of the aluminum-containing solution from iron while increasing the efficiency of the process, as well as reducing energy consumption.
Указанный технический результат достигается тем, что способ очистки алюминийсодержащих хлоридных растворов от железа проводят по крайней мере в один этап электрохимической очистки алюминийсодержащих хлоридных растворов при рН 1,0-3,0, катодной плотности тока 0,001-0,150 А/см2 и анодной плотности тока 0,015-0,200 А/см2, при этом температура процесса составляет 20-97°С.The specified technical result is achieved by the fact that the method of purification of aluminum-containing chloride solutions from iron is carried out at least in one step of electrochemical cleaning of aluminum-containing chloride solutions at pH 1.0-3.0, cathodic current density of 0.001-0.150 A / cm 2 and anode current density 0.015-0.200 A / cm 2 , while the process temperature is 20-97 ° C.
При этом пропускание тока через алюминийсодержащие хлоридные растворы осуществляется с помощью стального катода и алюминиевого анода.In this case, the current is transmitted through aluminum-containing chloride solutions using a steel cathode and an aluminum anode.
Помимо этого, проведение электрохимической очистки алюминийсодержащих хлоридных растворов возможно в пять этапов со ступенчатым уменьшением катодной плотности тока с 0,150 до 0,001 А/см2 при разнице в плотностях тока 0,002-0,07 А/см2 от этапа к этапу.In addition, the electrochemical purification of aluminum-containing chloride solutions is possible in five stages with a stepwise decrease in the cathode current density from 0.150 to 0.001 A / cm 2 with a difference in current densities of 0.002-0.07 A / cm 2 from stage to stage.
Также проведение электрохимической очистки алюминийсодержащих хлоридных растворов возможно по крайней мере в два этапа с предварительным нагреванием алюминийсодержащего хлоридного раствора до 90-97°С и последующем поддержании температуры процесса от этапа к этапу.Also, the electrochemical purification of aluminum-containing chloride solutions is possible in at least two stages with preliminary heating of the aluminum-containing chloride solution to 90-97 ° C and subsequent maintenance of the process temperature from stage to stage.
Кислотность хлоридного раствора, содержащего алюминий, железо, хром и другие примеси, поддерживают в интервале рН 1,0-3,0. При этом значительное увеличение концентрации соляной кислоты в растворе со снижением pH менее 1,0 приводит к резкому снижению выхода по току. С другой стороны, снижение концентрации кислоты с увеличением pH более 3,0, также недопустимо из-за начала гидролиза с выделением в осадок оксихлорида алюминия. Поэтому pH алюминийсодержащих хлоридных растворов поддерживают в пределах 1,0-3,0.The acidity of a chloride solution containing aluminum, iron, chromium and other impurities is maintained in the range of pH 1.0-3.0. At the same time, a significant increase in the concentration of hydrochloric acid in solution with a decrease in pH below 1.0 leads to a sharp decrease in current efficiency. On the other hand, a decrease in acid concentration with an increase in pH of more than 3.0 is also unacceptable due to the onset of hydrolysis with precipitation of aluminum oxychloride. Therefore, the pH of aluminum chloride solutions is maintained in the range of 1.0-3.0.
Алюминийсодержащий хлоридный раствор подвергают электролизу при катодной плотности тока 0,001-0,150 А/см2 и температуре процесса 20-97°С. Неизбежным при ведении процесса электролиза является одновременное выделение на катоде железа и водорода. При этом значительное влияние на совместное выделение железа и водорода на катоде оказывает температура. При низких температурах, менее 20°С, скорость разряда ионов железа превышает скорость разряда ионов водорода только при низких плотностях тока, менее 0,001 А/см2. Таким образом, для обеспечения приемлемого выхода по току при плотностях тока 0,001-0,150 А/см2 температуру электролита необходимо поддерживать в пределах 20-97°С. Такой интервал температур обусловлен тем, что при температуре ниже 20°С электропроводность раствора будет низкой, а следовательно, будет увеличиваться расход электроэнергии, а при температуре более 97°С будет происходить выпаривание раствора, что в свою очередь сильно затруднит ведение процесса.An aluminum-containing chloride solution is subjected to electrolysis at a cathodic current density of 0.001-0.150 A / cm 2 and a process temperature of 20-97 ° C. Inevitable in the conduct of the electrolysis process is the simultaneous release of iron and hydrogen at the cathode. In this case, temperature has a significant effect on the combined release of iron and hydrogen at the cathode. At low temperatures, less than 20 ° C, the rate of discharge of iron ions exceeds the rate of discharge of hydrogen ions only at low current densities, less than 0.001 A / cm 2 . Thus, to ensure an acceptable current output at current densities of 0.001-0.150 A / cm 2, the temperature of the electrolyte must be maintained within 20-97 ° C. This temperature range is due to the fact that at a temperature below 20 ° C the conductivity of the solution will be low, and therefore, the energy consumption will increase, and at a temperature of more than 97 ° C, the solution will evaporate, which in turn will greatly complicate the process.
Наибольшая эффективность процесса достигается при температурах 90-97°С, поскольку при данных температурах достигается наибольший выход по току, что определяет количество выделяемого железа из алюминийсодержащего раствора. Температура алюминийсодержащего раствора зависит от температуры выщелачивания алюминийсодержащего сырья соляной кислотой. Как правило, в кислотных способах получения глинозема, температура передела выщелачивания составляет более 150°С. При моментальной подаче алюминийсодержащего хлоридного раствора на электрохимическую очистку, температура процесса будет соответствовать интервалу 90-97°С, соответственно при длительном хранении температура алюминийсодержащего хлоридного раствора может снижаться до 20°С. Для достижения максимальной эффективности процесса, температуру раствора необходимо поддерживать от этапа к этапу, в случае, если электрохимическая очистка проводится в несколько этапов. Проведение электрохимической очистки в один этап лучше всего осуществлять сразу после передела выщелачивания алюминийсодержащего сырья соляной кислотой, однако в зависимости от объема раствора и продолжительности процесса электрохимической очистки, температура раствора может снижаться до 20°С.The greatest efficiency of the process is achieved at temperatures of 90-97 ° C, since at these temperatures the greatest current efficiency is achieved, which determines the amount of iron released from the aluminum-containing solution. The temperature of the aluminum-containing solution depends on the leaching temperature of the aluminum-containing raw material with hydrochloric acid. As a rule, in acidic methods for producing alumina, the leach redistribution temperature is more than 150 ° C. When the aluminum-containing chloride solution is immediately supplied for electrochemical cleaning, the process temperature will correspond to the range of 90-97 ° C; accordingly, during long-term storage, the temperature of the aluminum-containing chloride solution can drop to 20 ° C. To achieve maximum process efficiency, the temperature of the solution must be maintained from stage to stage, in case electrochemical cleaning is carried out in several stages. Conducting electrochemical cleaning in one step is best done immediately after the redistribution of the leaching of aluminum-containing raw materials with hydrochloric acid, however, depending on the volume of the solution and the duration of the process of electrochemical cleaning, the temperature of the solution may decrease to 20 ° C.
В качестве материала катода используют сталь, а для анода - алюминий. Перенапряжение водорода на железе является высоким и достигает - 0,8 В, что выше стандартного электродного потенциала железа, который составляет - 0,44 В. Это приводит к выделению на катоде железа совместно с водородом. Причем предельный ток выделения железа зависит от концентрации металла в растворе, а ток, расходуемый на выделение водорода, регулируется и влияет на выход по току. Процесс выделения железа возможен даже при очень низком содержании ионов железа в соляном растворе.Steel is used as the cathode material, and aluminum is used for the anode. The overvoltage of hydrogen on iron is high and reaches - 0.8 V, which is higher than the standard electrode potential of iron, which is - 0.44 V. This leads to the release of iron together with hydrogen at the cathode. Moreover, the limiting current of iron evolution depends on the concentration of metal in the solution, and the current spent on hydrogen evolution is regulated and affects the current efficiency. The process of iron evolution is possible even with a very low content of iron ions in brine.
В ходе процесса электрохимической очистки раствора используется расходуемый алюминиевый анод. Преимущество растворяющегося алюминиевого анода заключается в том, что в процессе электролиза не происходит загрязнение конечного продукта нежелательными элементами.During the process of electrochemical cleaning of the solution, a consumable aluminum anode is used. The advantage of a dissolving aluminum anode is that during the electrolysis there is no contamination of the final product with undesirable elements.
Процесс электрохимического выделения железа из хлоридного раствора проводят при анодной плотности тока 0,015-0,200 А/см2. Снижение анодной плотности тока ниже 0,015 А/см2 приводит к частичной пассивации поверхности анода хлоридом алюминия с адсорбированными на нем продуктами катодного восстановления и, как следствие, к росту поляризации. Во время электрохимической очистки реальная анодная плотность тока будет расти за счет уменьшения площади поверхности анода и при достижении 0,2 А/см2 на аноде начнет выделяться кислород. При этом напряжение на ванне и расход электроэнергии увеличиваются.The process of electrochemical separation of iron from a chloride solution is carried out at an anode current density of 0.015-0.200 A / cm 2 . The decrease in the anode current density below 0.015 A / cm 2 leads to partial passivation of the anode surface with aluminum chloride with the products of cathodic reduction adsorbed on it and, as a result, an increase in polarization. During electrochemical cleaning, the real anode current density will increase due to a decrease in the surface area of the anode and when 0.2 A / cm 2 is reached, oxygen will be released on the anode. In this case, the voltage on the bath and the energy consumption increase.
Постоянный ток, проходящий при электрохимической очистки через хлоридный раствор, уменьшается. При этом катодная плотность тока падает ступенчато с 0,150 до 0,001 А/см2 за пять этапов. Предельный ток восстановления железа, показывающий при какой плотности тока необходимо вести процесс электролиза для достижения максимально возможного выхода по току, зависит от концентрации ионов железа в алюминийсодержащих хлоридных растворах. При этом в процессе очистки хлоридного раствора концентрация железа в нем постоянно уменьшается, что приводит к уменьшению значения предельного тока и, как следствие, к снижению выхода по току. Для поддержания оптимальных параметров процесса очистки необходимо снижать плотность тока с 0,150 до 0,001 А/см2 за пять этапов. Уменьшение количества этапов снижения установочной катодной плотности тока менее пяти экономически не целесообразно, за счет уменьшения доли тока расходуемого на восстановление железа, а увеличение более пяти - из-за роста затрат на установку дополнительных электрохимических ячеек.The direct current passing through the electrochemical treatment through the chloride solution decreases. In this case, the cathodic current density decreases stepwise from 0.150 to 0.001 A / cm 2 in five stages. The limiting current of iron reduction, showing at what current density it is necessary to conduct the electrolysis process to achieve the maximum possible current efficiency, depends on the concentration of iron ions in aluminum-containing chloride solutions. At the same time, in the process of cleaning the chloride solution, the iron concentration in it constantly decreases, which leads to a decrease in the value of the limiting current and, as a result, to a decrease in the current efficiency. To maintain optimal parameters of the cleaning process, it is necessary to reduce the current density from 0.150 to 0.001 A / cm 2 in five stages. A decrease in the number of steps to reduce the installation cathodic current density of less than five is not economically feasible, due to a decrease in the proportion of current spent on iron reduction, and an increase of more than five is due to an increase in the cost of installing additional electrochemical cells.
Каждый этап электрохимической очистки осуществляется в отдельной, независимой, расположенной последовательно по ходу движения раствора электрохимической ячейке, с разницей в плотностях тока 0,002-0,07 А/см2. Каскадная схема расположения электрохимических ячеек позволяет точно регулировать подачу тока на электролизеры по экспоненциальному закону, например при помощи ряда Тейлора. В результате такого подхода продолжительность эксплуатации всех ячеек будет одинаковой, а потери тока, идущего на выделения железа, и электроэнергии минимальны. Величина плотности тока в различных ячейках может отличаться между собой, но не менее, чем на 0,002 А/см2. Уменьшение плотности тока ниже 0,002 А/см2 приведет к увеличению числа электрохимических ячеек и как следствие к дополнительным затратам. При этом необходимо учитывать, что значительное увеличение плотности тока, более 0,07 А/см2, приведет к потерям тока. Выход по току электрохимической очистки алюминийсодержащих хлоридных растворов, при интервале катодной плотности тока 0,001-0,150 А/см2, составляет от 75 до 97% при удельном расходе электроэнергии 800-1500 кВт⋅ч/т.Each stage of electrochemical cleaning is carried out in a separate, independent, located sequentially along the course of the solution electrochemical cell, with a difference in current densities of 0.002-0.07 A / cm 2 . The cascade arrangement of electrochemical cells allows you to precisely control the current supply to the cells according to the exponential law, for example, using the Taylor series. As a result of this approach, the duration of operation of all cells will be the same, and the loss of current going to the release of iron and electricity is minimal. The magnitude of the current density in different cells may differ from each other, but not less than 0.002 A / cm 2 . The decrease in current density below 0.002 A / cm 2 will lead to an increase in the number of electrochemical cells and, as a consequence, to additional costs. It should be borne in mind that a significant increase in current density, more than 0.07 A / cm 2 , will lead to current losses. The current output of the electrochemical purification of aluminum-containing chloride solutions, at a cathode current density range of 0.001-0.150 A / cm 2 , ranges from 75 to 97% with a specific electric energy consumption of 800-1500 kWh / t.
По окончании процесса электрохимической очистки алюминийсодержащих хлоридных растворов, возможно высаливание раствора с помощью соляной кислоты и с получением кристаллов AlCl3⋅6Н2О, которые в дальнейшем могут быть использованы для получения металлургического глинозема.At the end of the process of electrochemical purification of aluminum-containing chloride solutions, it is possible to salting out the solution using hydrochloric acid and obtaining crystals of AlCl 3 ⋅ 6H 2 O, which can be further used to obtain metallurgical alumina.
Пример осуществления изобретенияAn example embodiment of the invention
Для исследования использовали растворы объемом 100 мл, полученные после растворения бемит-каолинитовых бокситов Североонежского месторождения (Архангельская область) раствором 20% HCl. Выщелачивание исходного сырья проводили при непрерывном перемешивании в круглодонной колбе при температуре 110°С в течение 3 часов. Полученный раствор имел следующий состав (% по массе): Al - 1,150; Fe - 0,550; Cr - 0,055.For the study, 100 ml solutions were used, obtained after the boehmite-kaolinite bauxite was dissolved in the Severoonezhskoe deposit (Arkhangelsk region) with a solution of 20% HCl. Leaching of the feedstock was carried out with continuous stirring in a round bottom flask at a temperature of 110 ° C for 3 hours. The resulting solution had the following composition (% by weight): Al - 1.150; Fe - 0.550; Cr - 0.055.
Алюминийсодержащий хлоридный раствор подвергали электрохимической очистке на лабораторной установке, включающей в себя электрохимическую ячейку емкостью 1,5 л и два соосных сосуда, между которыми находилась разделительная диафрагма. В сосуды опускались электроды, выполняющие функции катода и анода. В качестве катода использовался набор стальных мотков с заданной площадью поверхностью. Поверхность одного мотка - 200 см2. Анод был изготовлен из алюминиевой фольги. Расстояние между электродами составляло 2 см. Электроды перед и после проведения опыта промывали и взвешивали.The aluminum-containing chloride solution was subjected to electrochemical purification in a laboratory setup, which included an electrochemical cell with a capacity of 1.5 l and two coaxial vessels, between which there was a separation diaphragm. Electrodes, acting as cathode and anode, were lowered into the vessels. A set of steel coils with a given surface area was used as the cathode. The surface of one skein is 200 cm 2 . The anode was made of aluminum foil. The distance between the electrodes was 2 cm. The electrodes were washed and weighed before and after the experiment.
Алюминийсодержащий хлоридный раствор вводили в центральное катодное пространство ячейки (зона очищения), а удаляли из анодного пространства. Сила тока при проведении электрохимической очистки не превышала 20 А. Контроль параметров процесса осуществляли с помощью вольтметра, pH-метра, контактного термометра и аналитических весов. Остаточное содержание железа в растворе определяли с помощью спектрального анализатора.An aluminum-containing chloride solution was introduced into the central cathode space of the cell (purification zone), and removed from the anode space. The current strength during electrochemical cleaning did not exceed 20 A. The process parameters were monitored using a voltmeter, pH meter, contact thermometer, and analytical balance. The residual iron content in the solution was determined using a spectral analyzer.
Полученные результаты представлены в таблице 1.The results are presented in table 1.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016125063A RU2625470C1 (en) | 2016-06-23 | 2016-06-23 | Method for purifying aluminium-containing chloride solutions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016125063A RU2625470C1 (en) | 2016-06-23 | 2016-06-23 | Method for purifying aluminium-containing chloride solutions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2625470C1 true RU2625470C1 (en) | 2017-07-14 |
Family
ID=59495512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016125063A RU2625470C1 (en) | 2016-06-23 | 2016-06-23 | Method for purifying aluminium-containing chloride solutions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2625470C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116654964A (en) * | 2023-05-23 | 2023-08-29 | 东北大学 | A method for removing iron impurities in aluminum chloride solution |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU32488A1 (en) * | 1932-09-04 | 1933-10-31 | Ф.С. Степачев | The method of purification of aluminum salts of sulfate, chloride and others from impurities of iron and other metals |
| US3254948A (en) * | 1963-09-03 | 1966-06-07 | Stauffer Chemical Co | Process of removing iron from aluminum salt solutions |
| RU2373152C2 (en) * | 2007-02-14 | 2009-11-20 | Александр Равильевич Космухамбетов | Method of complex processing aluminosilicate material |
| CN105016368A (en) * | 2015-07-20 | 2015-11-04 | 中国神华能源股份有限公司 | Iron-containing aluminum chloride solution iron removal method |
| CN105347380A (en) * | 2015-10-29 | 2016-02-24 | 长安大学 | Spraying method for removing iron |
-
2016
- 2016-06-23 RU RU2016125063A patent/RU2625470C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU32488A1 (en) * | 1932-09-04 | 1933-10-31 | Ф.С. Степачев | The method of purification of aluminum salts of sulfate, chloride and others from impurities of iron and other metals |
| US3254948A (en) * | 1963-09-03 | 1966-06-07 | Stauffer Chemical Co | Process of removing iron from aluminum salt solutions |
| RU2373152C2 (en) * | 2007-02-14 | 2009-11-20 | Александр Равильевич Космухамбетов | Method of complex processing aluminosilicate material |
| CN105016368A (en) * | 2015-07-20 | 2015-11-04 | 中国神华能源股份有限公司 | Iron-containing aluminum chloride solution iron removal method |
| CN105347380A (en) * | 2015-10-29 | 2016-02-24 | 长安大学 | Spraying method for removing iron |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116654964A (en) * | 2023-05-23 | 2023-08-29 | 东北大学 | A method for removing iron impurities in aluminum chloride solution |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wu et al. | Chloride ion removal from zinc sulfate aqueous solution by electrochemical method | |
| Tsurtsumia et al. | Novel hydro-electrometallurgical technology for simultaneous production of manganese metal, electrolytic manganese dioxide, and manganese sulfate monohydrate | |
| RS61656B1 (en) | Processes for preparing lithium hydroxide | |
| CN106283112A (en) | The electrochemical purification method of fused salt | |
| Nieto et al. | Effect of temperature, current density and mass transport during the electrolytic removal of magnesium ions from lithium rich brines | |
| US1980381A (en) | Method of making ductile electrolytic iron from sulphide ores | |
| CN102633326A (en) | Ion exchange membrane electrolysis method for treating acid waste water containing chloride in copper metallurgy process | |
| CN110857470A (en) | Regeneration and circulation method of ferric trichloride etching solution | |
| JPH0380103A (en) | Method for recovering sulfuric acid | |
| RU2625470C1 (en) | Method for purifying aluminium-containing chloride solutions | |
| Ren et al. | The recovery of zinc from hot galvanizing slag in an anion-exchange membrane electrolysis reactor | |
| US11566333B2 (en) | Method for cleanly extracting metallic silver | |
| US4265718A (en) | Method for producing hydroxylated nickel compounds | |
| RU2412904C1 (en) | Electrochemical method of producing aluminium oxide | |
| US20150139872A1 (en) | Purification of tungsten carbide compositions | |
| RU2341459C1 (en) | Method of obtaining cerium dioxide | |
| RU2361967C1 (en) | Method of compacted nickel electro-extraction | |
| Palant et al. | Complex electrochemical processing of the metallic wastes from a rhenium-containing nickel superalloy in sulfuric acid electrolytes | |
| RU2796566C1 (en) | Method for aluminium recycling by scrap melt electrolysis and a device for implementing this method | |
| US4310395A (en) | Process for electrolytic recovery of nickel from solution | |
| RU2599312C1 (en) | Electrolytic method for continuous production of aluminium alloy with scandium | |
| US2833707A (en) | Electrolytic production of alumina | |
| RU2434065C1 (en) | Procedure for processing sulphide copper-nickel alloys | |
| RU2555317C2 (en) | Method of production of nickel and rhenium powders with different content of components during processing of rhenium containing heat-resisting nickel alloys | |
| RU2615513C1 (en) | Method for producing highly dispersed aluminium-zirconium oxide system |