从铝土矿中提取镓的工艺研究.pdf

第 1 9卷 第 3期 总第 7 5期 湿 法 冶 金 Vo i ． 1 9 No ． 3 S u m． 7 5 从 铝土矿 中提 取镓 的工 艺 研 究 汤艳杰， 刘建 蒯 建朝， 李绍卿 - ’ 一 ．_ 西 安 工 程 学 院 陕 西 西 安7 1 0 0 5 4 摘 要 研 究 了用 HC1 梧 渡从 铝 土 矿 中浸 出镓 。 试验 结果 表 明 铝 土 矿 在 5 0 0 ℃时恒 温 煅 烧 3 h． 揣 后 用 6mo i ／ L 的 HC] 在 固液 质 量 体 积 比为 l 2 5条 件 下 程 出 1 2 h， 镓 的 浸 出率 可 达 9 4 ％ 以上 。 言 T F璺80 3 2 1 T F 8 4 3 1 t i t , A 章 1 0 0 9 2 6 1 2 0 0 0 ，0 3 0 0 4 5 04 1 ； 中 围 分 类 号 ； ． ； 文 馘 码 文 章 编 号 一 7 一 一 I 引 言 镓 为 稀 散 元 素 ， 广 泛 应 用 于 电 子 工 业 、 原 子 能 工 业 等 领 域 ， 有 重 要 的 经 济 价 值 。 镓 和 常 量元 紊错 的 地球 化学 性 质 十分 相 似 ， 其 离子 半 径 f O ． 0 6 2 n m 与 铝 的 离 子 半 径 0 ． 0 5 7 ri m 相 近 ， 所 以 常 与 铝 共 生 J 。 因 此 ，自然 界 中 的 镓 绝 大 部 分 以 伴 生 元 素 形 式 出 现 在 铝 土 矿 中 。从 地 质 成 矿 演 化 看 ， 在 表 生 作 用 风 化 与沉积作用 过 程 中 ， 镓 的质量 分数 与铝的质 量 分 数 呈 现 出 明 显 的正 相 关 性 。 在 粘 土 及 红 土 型 风 化 壳 中 ， 在 三 水 型 及 一 水 型 铝 土 矿 中 都是 如 此 Ⅲ 。 镓 在 古 铝 的 矿 物 及 岩 石 中 的 赋 存 状 态 主 要 是 以类 质 同 象 的 形 式 替 代 铝 ， 也 可 以 象 铝 一 样 ， 在 铝 硅 酸 盐 矿 物 中 替 代 四 面 体 中 的 硅 t 也 有 少 部 分 的 镓 以 吸 附 形 式 存 在 。 目前 t 全 世 界 对 稀 散 元 素 的 需 求 量 逐 年 增 大 ， 就 其 平 均 增 长 速 度 而 言 ， 镓 和 锗 的 最 高 世 界 上 约 9 0 ％ 的 镓 为 炼 铝 工 业 的副 产 品 t 其 余 l 0 主 要 来 自锌 冶 炼 残 渣 ， 极 少 量 收蔫 日期 Z O O 0 0 J i f *执 笔 来 自煤 烟 灰 5 O年 代 ， 山 东 铝 厂 研 制 出 从 低 品 位 铝 土 矿 烧 结 法 生 产 氧 化 铝 的 循 环 母 液 中提 取 镓 工 艺 ， 开 创 了 我 国镓 的 回 收 先 河 8 0 年 代 以 后 ， 我 国 又 建 起 了 国 际 流 行 的 从 生 产 氧 化 铝 的 拜 耳 工 艺 溶 液 中提 取 镓 生 产 线 。 笔 者 最 近 了解 到 国 内 目 前 只 有 郑 州 铝 厂 在 炼 铝 过 程 中 把 镓 作 为 副 产 品 进 行 回 收 ， 其 回 收 率 只有 3 O ， 大 量的镓 资源仍 被废弃 。因此 ， 从 铝 土 矿 中 回 收 镓 应 该 引 起 重 视 。 l试 验 部 分 2 ． 1试剂 Ga O ， 分 析 纯 ； HNO 和 HCi ， 分 析 纯 或 化 学 纯 二 甲 酚 ＆ 与 抗 坏 血 酸 ， 固 态 ， 分 析 纯 7 2 1型分 光 光 度 计 ， CS 5 0 1型 超 级 恒温 器 ， p H ～3 C 精 密 p H 计 ， 高 温 电 炉 马 弗 炉 。 1 ． 2分 析 方 法 二 甲 酚 橙 显 色 分 光 光 度 法 ‘ 具 体 步 骤 为 移 取 一 定 量 含 镓 溶 液 于 2 5 ml 容 量 瓶 中 ， 加 入 1 m0 1 ／ I 的 HNO 溶 液 1 mL 和 0 ． O 1 mo i ／ L 的 二 甲 酚 橙4 mI ， 用 蒸 镏 水 稀 4 5 维普资讯 释 至大 约 2 0 n 1 I ， 沸 水 浴 加 热 5 rai n后 ， 置 于 温 度 为 t 2 5 0 ．5 C的 恒 温 器 内 恒 温 3 0 mI 】 I ， 定 容 。 用 1 c m 比 色 皿 在 一5 3 0 r i m 姓 测 吸 光 度 若 样 品 中 铁 质 量 浓 度 较 高 时 可 加 人 ． 0 2 抗 坏 血 酸 防 止 于 扰 1 ． 3实 验 方 法 取 舍 镓 铝 ． h矿 t 样 品 来 自豫 西 地 区 铝 t 矿 3 k g左 右 ． 在 粉 碎 机 上 磨 碎 至 粒 度 为 2 0 0 目。将 矿 粉混 台均 匀 ， 取样 品 3份 ， 用原 子发 射 光 谱 仪 测 定 镓 的 质 量 分 数 。 经 测 定 ， 原 料 中 镓 的 质 量 分 数 平 匀 为 6 O y g ／ g 。 取 原 料 矿 粉 每 份 1 0 g ， 用 高 温 电炉 定 时 焙 烧 。 冷 却后 ， 用 一 定 质 量 浓度 的 盐 酸溶 液 玲 浸 ， 然 后 过 滤 。 取 一 定 量 滤 液 ， 测 定 镓 的 质 量 浓 度 ， 用 差减 法 计 算 镓 的畏 出率 。计 算 公 式 为 E p V ／ m 1 00 式 中 p为滤 出液 中镓 的 质量 浓 度 ， mg ／ I ； V 为 浸 出液 体 积 ， mL} m 为样 品 质量 ， g； w 为 样 品 中 镓 的 质 量 分 数 ， g ／ g 。 试 验 条 件 由 浸 出 率 评 价 。 2结 果 与 讨 论 2 ． 1 铝 土 矿焙烧 温度 的选择 用 分 析 天 平 准 确 称 取 1 0 g铝 土 矿 样 品 f 2 0 0 目 1 2份 ， 分 别 置 于 马 弗 炉 中焙 烧 。 焙 烧 温 度 分 别 为 4 0 0 ℃ ， 5 0 0 C ， 5 5 0 ℃ ， 6 0 0 ℃ ． 6 5 0 C 7 0 0 ℃ 7 5 0 C ， 8 0 0 C ， 8 5 0 ℃ 和 9 0 0 Cf 其 中 1份 不 焙 烧 ， 即 为 常 温 ， 均 恒 温 0 ． 5 h 然 后 均 用 6 too l ／ I 的 HCI 溶 液 2 5 mL 浸 出 2 4 h， 结 果 见 图 1 。 从 图 I可 知 ， 在 常 温 下 不 经 焙 烧 时 ， 镓 浸 出 率 为 8 2 ． 8 ， 而 焙 烧 后 ， 镓 的 浸 出 率 变 化 很 大 在5 0 0 ℃ 时 ，侵出 率 达 最 高 值 9 d ． 8 ． 再 升高 温度 ， 浸出辜反而下 降 。温 度 升 高 到 9 0 0 C时 镓 浸 出率 仅 为 6 7 ． 1 ％ 其 原 因 是 部 分 镓 存 在 于 粉 末 表 面或 以 吸 跗 形 态 存 在 ， 易 被 浸 出 ； 而 位 于 晶格 中的 镓 难 以 与 浸 出剂反 虚 。经焙 烧后 ， 晶格被破坏 ， 使 镓游 { 6 离 出来 ， 易 于 被 侵 出 。 但 焙 烧 温度 过 高 ， 粉 粒 表 面 烧 结 ， 反而 阻 止溶 液 进 ， 从 而 使 浸 出 困 难 。温度 越 高 ， 烧 结 作 用 越 强 。 兰82 一J ， ℃ 图 1焙 烧 温 度 对 镓 浸 出 率 的 影 响 2 ． 2恒温 时问的选择 准 确 称 取 1 0 g铝 土 矿 样 品 5份 ， 在 马 弗 炉 中焙烧 ， 其焙烧 温 度均 为 5 0 0℃ ， 恒 温时间 分 别 为 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 h； 浸 出 条 件 同 上 ． 浸 出 时 间 为 l 2 h 。结 果 如 图 2所 示 。 图 恒 丑时 间 对 镓 程 出 率 的影 响 由 图 2所 知 在 5 0 0℃ 下 焙 烧 ， 恒 温 3 h， 其 相 直 的 浸 出率 最 大 。 因 此 、 试 样 的 焙 烧 温 度 应 采用 5 0 0℃， 恒 温时I 可 3 h 2 3 HC I介 质 浓 度 的 选 择 将 在 5 0 0 C 温 度 下 焙 烧 、 恒 温 3 h的 1 0 维普资讯 g矿 样 5份 ， 分 别 用 2， 4t 6， 8t 1 0 mo I ／ 1 ．的 HCi 溶 液 2 mI 。浸 出 I 2 h 过 滤 后 ， 各 取 滤 液 l mI ． 进 行 分 析 ， 结 果 如 图 3所 示 羊 羽 基 4 6 8 ， 0 l t CI y { n ml L。 。 图 3 HCI 介 质 浓 度对 镓 浸 出率 的影 响 在 盐 酸 介 质 中 ， 镓 以 配 离 子 形 式 进 入 溶 液 Ga “ 4 CrGa C1 , - 从 图 3中 可 以 明 显 看 出 随 HCI浓 度 的 增 加 ， 镓 浸 出率 逐 渐 增 大 但 当 HCI 浓 度 大 干 6 mo ／ i l 时 ． 镓 浸 出率 的 增 长 不 再 明 显 所 以 结 台 经 济 因 素 ， 6 r a o l ／ 1 的 HC 1 介 质 是 最 佳 选 择 2 4浸 出固液质 量体 积 比的选择 用 2 ． 1中 的 方 法 ， 考 察 固液 质 量 体 积 比 对镓 提 出率 的影响 。 在 l 1 ～ l 4的固液 质 量 体 积 比条 件 下 ， 镓 的 浸 出 率 见 表 1 。 袁 1 固液 质 量 体 积 比对 镩 浸 出辜 的影 响 由 表 1知 ， 当 固 液 质 量 体 积 比 为 l2 ． 5 时 ， 镓 提 出 率 最 大 ， 可 达 9 4 ， 8 。 因此 ， 以 下 试 验 固 液 质 量 体 积 比 均 采 用 l2 ． 5 2 ． 5浸 出 时 间 的 选 择 用 2 ． 1节 中 的方 法 ， 对 在 5 0 0℃温 度下 船 烧 3 h的 矿 样 ， 用 6 mo t ／ [ 的 HC [溶 液 浸 出 6 ～ 4 8 h， 考 察 寝 出 时 间 对 镓 浸 出 率 的 影 响 试 验 结 果 见 翻 4。 图 4不 同 浸 出 时 问对 浸 出率 的 影 响 由 图 4可 以 看 出 浸 出 时 闻 为 ] 2 h 时 ， 浸 出率 大 于 9 4 ； 延 长 浸 出 时 间 ， 浸 出 率 缓 慢提 高 ， 最终 可近 完 全 从实 际情况 考 虑， 寝 出 时 间 可 定 为 1 2 h 。 3结 论 根 据 上 述 试 验 结 果 可 得 出 如 下 结 论 从 铝 土 矿 中 浸 出镓 的 最 佳 条 件 是 ， 铝 土 矿 粉 碎 至 2 0 0且 ； 焙 烧 温 度 为 5 0 0 C， 恒 温 3 h； 浸 出 介质 为 6 mo l ／ L的 HC I溶 液 ； 浸 出时 最佳 固 液 质 量 体 积 比 为 l2 ． 5 ． 浸 出 时 问 为 1 2 h。 在最佳 条件 下 ， 镓 浸 出率 大 于 9 4 。 镓 主 要 存 在 于 铝 土 矿 中 ， 从 铝 土 矿 中 回 收镓 是综合 利用 镓 资源 的重 要途 径i l l ，本 试 验 方 法 简 单 易 行 ， 镓 浸 出 率 高 ， 因 此 ， 可 为 建 立 氧 化 铝 生 产 过 程 或 高 铝 牯 土 加 工 过 程 中镓 的 回 收 提 供 参 考 。 d7 维普资讯 参 考文 献 [ 3 ] 布申斯基 1 ’ 铝土矿地厦学[ M] ． 北京 地质出版 杜 ． 1 98 4 7 2． 73 [ 门 陈德 精 ． 稀 有元翥地质 规{ 台[ M] 北京 地质 出舨 [ ] 中国地质矿产信息研究院 中国矿产[ M] L北 中 社 ． 1 9 8 2 5 8 ～5 9 国建材 工业 出版 杜 l 9 9 1 Z l O ～2 1 1 2 ] 赳振华 ．觳量元索地璋化学 理 [ M] 北京 ； 科学出 [ 5 ] o叼 n o M s p e c t r o p h 。 佃m ⋯ D r m ‘ ⋯f G a { 土． 1 9 9 7 5 6 ～6 9 。 w i t h X oD]K y 。 L o ， 1 9 6 5 3 8 4 6 2 4 ～6 2 9 Le a c hi ng of Ga f r o m Ba uxi t e TANG Ya n j i e I U J i a n， LI U J i a n - c ha o． LI S ha o qi n g Xi ’ a n I n s t i t u t e o f En g i n e e r i n g， Xi ’ Ⅱ 月， s h a a n x i 7 1 0 0 5 4 ， Ch i n a Ab s t r a c t Le a c hi n g o f Ga f r o m b a u x i t e by HCI s o l u t i o n wa s s t u d i e d ． Th e r e s u l t s s h o we d t h a t l e a c h i n g r a t e of Ga wa s ov e r 9 4 wh e n b a u x i t e wa s c a l c i n e d f o r 3 h， t h e n l e a c h e d i n HCI S O 一 1 u t i o n f o r 1 2 h a t 固 V 液 一 l2 ． 5 。 Ke y wo r d s b au x i t e ； Ga； l e a c h i n g 矿 产 保 护 与利 用 } 2 0 0 1年 征 订 启 事 矿产 保 护 与利用 是 国土 资 源部 矿产 开发 管理司、 中国地 质科 学院郑 州矿 产 综合利 用研 究所 、 国 家金属 矿 产资 源综合利 用工程技 术研 究 中心 北京 、 国家非金属 矿资源 综合利 用工程 技 术研 究 中心 、 中国选矿科 技信 息 网和 国土资 潭部 信息 中心联合 主 办的综合 性 、 技 术性科 技刊 物 ， 重 点 报 道 国 家 矿 产 资 源 保 护 和 开 发 利 用 的 方针 、 政 策 ； 地 矿 行 政 管 理 经验 ； 矿 业 纠 纷 案 制 分 析 ； 矿 产 资源形 势及 战略 分析 ； 非金属矿 的富集分 离、 超 细粉碎 、 改性 、 深加 工产 品 开发应 用研 究 ； 金 属 矿 的选 冶工 艺、 设备 、 药荆 研 究 ； 共伴 生矿产 特别是 舍 稀 贵金属 矿 的综合 利 用 ； 采选 尾矿 、 工 业废料等 二 次资潭的 再利 用 ； 国外矿产开发利 用状况 ； 国 内外矿产 品市场信 息等 。 矿 产 保 护 与 利 用 国 内统 一 刊 号 C N4 I 一 2 2 ／ TD， 国 际标 准 刊 号 I S S N1 0 0 1 0 0 7 6 。 双 月 刊 ， 连 双 月 2 O 日出版 每 年 6期 ， 2 0 0 1年 每期 定价 仍 为 4 ． O O元 ． 奎 年 2 4 ． O O元 。 另 有 一 些 1 9 9 5 ～ 2 0 0 0年年 度 合订本 ． 每本 年 2 5 ． 0 0元 含 装订 、 邮寄 费 ， 欢迎 选订 。本 刊为 自办发行 一 订 阅 者 可 向编 辑 部 索 取 订 单 ， 或 直 接 从 邮局 汇款 至 编辑 部 汇 款 附 言拦 内请 注 明 订 阅 价 数 。请 保 留 汇 款 凭 证 。 本 刊 专 用 E ma i l k c b h c h i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n 。 蝙 辑部地 址 郑 州 市陇海 西路 3 2 8号 ， 邮政编码 4 5 0 0 0 6 联 系 电 话 0 3 7 1 8 6 2 4 9 7 4转 8 0 2 6， 8 0 2 7， 8 0 8 8或 0 3 7 1 8 61 4 9 7 0 48 维普资讯