Поведение галлия и алюминия при сернокислотной обработке золы-уноса Рефтинской ГРЭС

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поведение галлия и алюминия при сернокислотной обработке золы-уноса Рефтинской ГРЭС

Потапов Семен Олегович,

Свиридова Марина Николаевна,

Танутров Игорь Николаевич

Аннотация

Поведение галлия и алюминия при сернокислотной обработке золы-уноса рефтинской ГРЭС

Потапов Семен Олегович, Свиридова⁺ Поддерживающий переписку Марина Николаевна, Танутров* Ведущий направление Игорь Николаевич

Институт металлургии УрО РАН. Ул. Амундсена, 101, г. Екатеринбург, 620016, Россия, E-mail: intan38@live.ru.

В работе исследовано поведение галлия и оксида алюминия в процессах спекания с последующим водным выщелачиванием, и прямого сернокислотного выщелачивания. В первой серии экспериментов исследовано влияние расхода 98 % серной кислоты в интервале 40-100 % от стехиометрического на результаты спекания смеси золы с кислотой. Во второй, изучено влияние продолжительности спекания (от 1 до 8 ч.) при 300 ^оС и расходе кислоты 80 % от стехиометрического.

Ключевые слова: зола-унос, сернокислотное выщелачивание, коагулянт, галлий, оксид алюминия, серная кислота.

Abstract

The behaviorof gallium and aluminum during sulfuric acid processing offly-ash from reftinskaya hydroelectric power plant

Simeon O. Potapov, Marina N. Sviridova,⁺ Corresponding author and Igor N. Tanutrov* Supervising author

Institute of Metallurgy of Ural Branch of Russian Academy of Sciences, Amundsen St., 101. Ekaterinburg, 620016. Russia. E- mail: intan38@live.ru.

The behavior of gallium and aluminum oxide in caking processes followed by a water leaching and a direct sulfuric that has been studied in this work. In the first series of the experiments the influence of 98 % sulfuric acid feeding in the range of 40-100 % from stoichiometric on the results caking of a mixture of the ash and the acid has been investigated. In the second those the duration influence of caking (from 1 to 8 hour) at 300 ^oC and feeding of the acid of 80 % from stoichiometric has been studied.

Keywords: fly-ash, sulfuric leaching, coagulant, gallium, aluminum oxide, sulfuric acid. галлий алюминий сернокислотное выщелачивание

In the Russian version of this article, the Reference Object Identifier - ROI: jbc-01/16-45-3-40.

Введение

К числу возможных сырьевых источников галлия относятся зольные уносы от сжигания углей [1-3]. В то же время этот материал является наиболее масштабным видом промышленных отходов Уральского региона [4]и после организации сухого золоудаления частично используется при производстве стройматериалов. Приведенные в литературе данные по составу золы-уноса относятся к материалу, отобранному из золоотвала гидрозолоудаления, то есть подвергнутому длительному воздействию влаги и контакту с атмосферой. Для изучения свойств золы, полученной сухим способом, от ООО "ПСО Теплит" получена представительная проба материала, результаты исследования свойств которого приведено ниже.

Химический состав по основным компонентам золы-уноса (табл. 1, 2) соответствует среднему для золы ГЗУ, а из примесей (табл. 2) определенный интерес представляют галлий, титан, вольфрам, иттрий и цирконий. Содержание оксида алюминия находится на верхнем пределе среднего, определенного ранее для золы-уноса ГЗУ, что подтверждает целесообразность использования золы сухого золоудаления для получения коагулянта. Содержание галлия в исследованном образце золы, равное 54 г/т, напротив, находится на нижнем пределе среднего содержания, что требует разработки эффективных способов концентрирования.

Табл. 1. Химический анализ образца золы-уноса

Табл. 2. Результаты атомно-эмиссионного анализа золы-уноса

Целью работы является поиск наиболее перспективных путей комплексной переработки золы-уноса, в частности, дополнение технологической схемы получения коагулянта из золы-уноса Экибастузских углей стадией выделения галлия, что позволит улучшить технико-экономические показатели за счет получения попутного продукта (галлиевого концентрата) [5].

Результаты и их обсуждение

В технологических исследованиях использовали метод технологического моделирования процессов: смешения реагентов, спекания, выщелачивания, фильтрации, сушки с контролем условий экспериментов: массы, состава твердых продуктов и растворов, температуры и продолжительности. При изучении кинетики применяли метод определения концентрации изучаемого компонента в растворе в зависимости от температуры и продолжительности с параллельным контролем рН.

Расчетное количество 100 %-ной серной кислоты, необходимое для образования сульфатов из оксидов (табл. 1), составляет 98.5 г/100 г золы. При использовании реактива концентрированной серной кислоты (98 % H₂SO₄) стехиометрический расход составляет 100.5 г/100 г золы. Последнее значение было использовано в исследовании поведения галлия и оксида алюминия в процессах спекания с последующим водным выщелачиванием, а также прямого сернокислотного выщелачивания. Первый вариант исследований соответствовал изучению возможности извлечения галлия в технологии получения коагулянта способом спекания [5], а второй - применению сернокислотного выщелачивания как предварительной стадии извлечения галлия из золы в технологии спекания.

В первой серии экспериментов исследовали влияние расхода серной кислоты (98 %) в интервале от 40 до 100 % от стехиометрического на результаты спекания смеси золы с кислотой при 300 ^оС в течение 2 ч в муфельной печи в атмосфере воздуха. Во второй серии изучали влияние продолжительности спекания (от 1 до 8 ч) при 300 ^оС и расходе кислоты 80 % от стехиометрического. В обеих сериях спек подвергали водному выщелачиванию (Т: Ж = 1:5, температуре 70 ^оС в течение 1 ч). Пульпу фильтровали, осадок на фильтре (кек) промывали водой, сушили при 105 ^оС в течение 2 ч. Из высушенного кека формировали пробы для химического анализа.

Результаты спекания и выщелачивания спека (табл. 3) показывают, что при спекании золы (300 ^оС, 2 ч с расходом H₂SO₄ от 50 до 100 % по массе и последующем водном выщелачивании (Т:Ж = 1: 5, 70 ^оС, 1 ч) с фильтрацией пульпы и промывкой кека установлено, что извлечение Ga увеличивается с 69.0 до 70.9 % (при расходе 80 %), а затем снижается до 68.4 % (при расходе 100 %).

Табл. 3. Результаты спекания золы-уноса с серной кислотой и выщелачивания спека

Степень сульфатизации Al₂O₃также проходит через максимум 8.6 % при 70 % расходе. Увеличение продолжительности спекания с 0.5 до 8 ч при расходе кислоты 80 % практически не влияет на высокое извлечение галлия (67-70 %), но повышает степень сульфатизации Al₂O₃ с 1.4 до 98.3 %. Из результатов экспериментов со спеканием следует, что из-за высокой концентрации сульфата алюминия в растворе после выщелачивания, затруднительно выделить галлий в отдельный продукт для последующего получения галлиевого концентрата.

Табл. 4. Результаты выщелачивания золы-уноса серной кислотой

Напротив, при непосредственном сернокислотном выщелачивании (табл. 4) сравнительно высокое (до 59-62 %) извлечение галлия в раствор достигается при сравнительно низкой (3-10 г/л) концентрации серной кислоты. Переход Al₂O₃ в раствор не превышает 0.2-3.9 %, что позволяет использовать современные технологии концентрирования галлия, а сернокислотные растворы после выделения галлия - направить в стадию выщелачивания спека при получении коагулянта [6-7].

Выводы

1. Спеканием золы с серной кислотой (300 ^оС) при расходе кислоты 80 %, продолжительности не менее 8 ч с последующим водным выщелачиванием обеспечивается полная сульфатизация Al₂O₃. Извлечение Ga в раствор при этом увеличивается до 80 %. Результаты используются для разработки технологии комплексного использования золы от сжигания Экибастузских углей.

2. Показано, что при выщелачивании золы растворами серной кислоты с концентрацией выше 6 г/л при 70 ^оС в течение 2 ч удается селективно перевести в раствор около 70 % Ga. При этом в раствор переходит не более 0.5 % Al₂O₃.

3. Результаты используются для разработки технологии комплексного использования золы от сжигания Экибастузских углей.

Благодарности. Работа выполнена в рамках Государственного задания ИМЕТ УрО РАН по теме № 0396-2014-0007.

Литература

[1] Наумов А.В. Обзор мирового рынка галлия (экономика галлия). Известия ВУЗов. Цветная Металлургия. 2005. №3. С. 1-8.

[2] Абишева Э.С., Блайда И.А., Пономарева Е.И. Пути извлечения галлия из золы-уноса от сжигания энергетических углей. Цветные металлы. 1994. №2. С. 42-44.

[3] Абишева Э.С., Блайда И.А., Пономарева Е.И. Кислотно-экстракционная технология извлечения галлия из золы-уноса отсжигания энергетических углей. Цветные металлы. 1994. №3. С. 36-38.

[4] Смирнов Л.А., Сорокин Ю.В., Снятиновская Н.М., Данилов Н.И., Еремин А.Ю. Переработка техногенных отходов (по материалам программ по переработке техногенных образований Свердловской области). Екатеринбург: ООО "УИПЦ". 2012. 607 с.

[5] Танутров И.Н., Шолохов В.М., Макарова Н.М., Коновалова Т.Е. Способ получения алюмосодержащего коагулянта. Патент РФ № 2053200. Бюлл. изобретений. 1996. №3.

[6] Ткачев К.В., Запольский А.К., Кисиль Ю.К. Технология коагулянтов. Ленинград: Химия. Ленинградское отделение. 1978. 185с.

[7] Лайнер Ю.А Комплексная переработка алюминийсодержащего сырья кислотными способами. М.: Наука. 1982. 208 с.

Размещено на Allbest.ru