专利名称：一种从含镓瓷土中提取镓联产氢氧化铝的方法
技术领域：
本发明涉及一种从含镓瓷土中提取镓联产氢氧化铝的方法。
背景技术：
根据金属镓的地球化学性质表明，镓的某些性质与其相邻元素铝、锌等形似，并且通常以类质同象的形式伴生于铝钒土矿、闪锌矿、硫化物矿以及煤炭等中。目前世界上约90%的金属镓是从铝冶炼工业的副产物中获得的，其余10%的镓主要从锌冶炼的残渣中回收，少量的镓从某些煤灰中回收；而铝资源的生产主要来源于铝土矿的冶炼。因此，目前，还没有一种通过联合法从含镓瓷土中提取镓，同时回收氢氧化铝的方法，以节省用料、进一步降低附属废弃物的排放，进而带来显著的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种从含镓瓷土中提取镓联产氢氧化铝的方法，通过该方法从瓷土矿中提取镓，用料节省，可进一步降低附属废弃物的排放，同时也回收了氢氧化铝，带来了显著的经济效益和社会效益。本发明的目的可以通过下述技术方案来实现
本从含镓瓷土中提取镓联产氢氧化铝的方法，其特征在于包括顺序进行的以下工艺步
骤
(A)烧结将瓷土矿粉碎、研磨至200目；然后按照质量比为1:1.2的比例称取瓷土矿粉和烧结剂，将所称取的瓷土矿粉和烧结剂混合于镍坩埚中，搅拌均匀后置于马弗炉中，在温度900 1000°C下，烧结2 3h ;
(B)—次碱浸出从马弗炉中取出镍坩埚，将步骤(A)烧结好的熟料冷至室温，粉碎，转移到广口瓶中，并按照固体和液体体积比为1:2 1:3的比例加入浓度为10 30g/L的碳酸钠溶液，然后置于电热恒温水浴锅中，在80 100°C水浴温度下，水浴加热2 3h，最后过滤得到含镓、铝溶液，完成一次碱浸出；
(C)一次碳酸化将步骤(B)得到的含镓、铝溶液进行第一次碳酸化处理，向溶液中通入二氧化碳气体，控制通气时溶液的温度为70 80°C，二氧化碳通气速度为2. 5-3. 5L/min,当溶液的PH=Il 11. 5时停止通气，得到大部分氢氧化铝沉淀，过滤得到含镓溶液I，该含镓溶液I中含有极少部分铝；· (D)二次碳酸化将步骤(C)得到的含镓溶液I进行第二次碳酸化处理，向溶液中通入二氧化碳气体，控制通气时溶液的温度为75 85°C，二氧化碳通气速度为2. 5-3. 5L/min,当溶液的pH=9 10时停止通气，含镓溶液I中大部分镓和极少部分铝沉淀，得到氢氧化镓和氢氧化铝沉淀的混合物，即含镓浓缩物，过滤，所得滤液为碳酸氢钠溶液，此滤液中含有少量的镓；
(E)二次碱浸出在温度60°C下，向步骤(D)得到的含镓浓缩物中加入浓度为60g/L的氢氧化钠溶液，溶解含镓浓缩物后，过滤，得到含镓浓缩液和极少量氢氧化铝沉淀，完成二次碱浸出；
(F)三次碳酸化将步骤(E)得到的含镓浓缩液与步骤(D)的滤液混合，蒸发分离出碳酸氢钠固体，过滤后，剩余的滤液即为含镓溶液II，将含镓溶液II进行第三次碳酸化处理，向溶液中通入二氧化碳气体，控制通气时溶液的温度为80 90°C，二氧化碳通气速度为2. 5-3. 5L/min,当溶液的pH=9 9. 5时停止通气，得到氢氧化镓沉淀，过滤、分离，并加水洗涤，得到富镓浓缩物；
(G)提纯金属镓将步骤(F)得到的富镓浓缩物进一步用浓度为60g/L的氢氧化钠溶液溶解，过滤，得到含镓溶液III，然后将该含镓溶液III加热至500°C，保持30分钟，提纯金属镓；
(H)处理氢氧化铝将步骤(C)和(E)中得到氢氧化铝沉淀混合，并加水洗涤，然后晾干。本发明在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为0.8:1 1:1的碳酸钠和碳酸钙混合物。本发明在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为1:1的碳酸钠和碳酸钙混合物；马弗炉的温度为900°C，烧结时间为3h ;在步骤(B)中，固体和液体体积比为1:3，碳酸钠溶液的浓度为30g/L,水浴温度为80°C,水浴加热时间为2. 5h ;在步骤(C)中，进行第一次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为75°C;在步骤(D)中，进行第二次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为80°C，当溶液的pH=9. 7时停止通气；在步骤(F)中，进行第三次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为85°C。本发明在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为O. 9:1的碳酸钠和碳酸钙混合物；马弗炉的温度为950°C，烧结时间为3h ;在步骤(B)中，固体和液体体积比为1:2. 5，碳酸钠溶液的浓度为30g/L，水浴温度为80°C，水浴加热时间为2h ;在步骤(C)中，进行第一次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为75°C;在步骤(D)中，进行第二次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为80°C，当溶液的pH=9. 7时停止通气；在步骤(F)中，进行第三次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为85°C。本发明在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为1:1的碳酸钠和碳酸钙混合物；马弗炉的温度为1000°c，烧结时间为2h ;在步骤(B冲，固体和液体体积比为1:2. 5，碳酸钠溶液的浓度为10g/L,水浴温度为80°C,水浴加热时间为2. 5h ;在步骤(C)中，进行第一次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为75°C;在步骤(D)中，进行第二次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为80°C，当溶液的pH=9. 7时停止通气；在步骤(F)中，进行第三次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为85°C。本发明在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为O. 8:1的碳酸钠和碳酸钙混合物；马弗炉的 温度为950°C，烧结时间为2h ;在步骤(B)中，固体和液体体积比为1:3，碳酸钠溶液的浓度为30g/L，水浴温度为100°C，水浴加热时间为2. 5h ;在步骤(C)中，进行第一次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为75°C;在步骤(D)中，进行第二次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为80°C，当溶液的pH=9. 7时停止通气；在步骤(F)中，进行第三次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为85°C。本发明在步骤(A冲，所述的烧结剂为质量比为1:1的碳酸钠和碳酸钙混合物；马弗炉的温度为950°C，烧结时间为2h ;在步骤(B)中，固体和液体体积比为1:2，碳酸钠溶液的浓度为10g/L，水浴温度为90°C，水浴加热时间为2h ;在步骤(C)中，进行第一次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为75°C;在步骤(D)中，进行第二次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为80°C，当溶液的pH=9. 7时停止通气；在步骤(F)中，进行第三次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为85°C。本发明的优点是该方法通过联合法从瓷土矿中提取镓，用料节省，可进一步降低附属废弃物的排放，同时也回收了氢氧化铝，并且工艺操作简便、综合提取率高，能够带来显著的经济效益和社会效益。
图I是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
如图I所示，本从含镓瓷土中提取镓联产氢氧化铝的方法，其特征在于包括顺序进行的以下工艺步骤
(A)烧结将瓷土矿粉碎、研磨至200目；然后按照质量比为1:1.2的比例称取瓷土矿粉和烧结剂，将所称取的瓷土矿粉和烧结剂混合于镍坩埚中，搅拌均匀后置于马弗炉中，在温度900 1000°C下，烧结2 3h ;
(B)—次碱浸出从马弗炉中取出镍坩埚，将步骤(A)烧结好的熟料冷至室温，粉碎，转移到广口瓶中，并按照固体和液体体积比为1:2 1:3的比例加入浓度为10 30g/L的碳酸钠溶液，然后置于电热恒温水浴锅中，在80 100°C水浴温度下，水浴加热2 3h，最后过滤得到含镓、铝溶液，完成一次碱浸出；
(C)一次碳酸化将步骤(B)得到的含镓、铝溶液进行第一次碳酸化处理，向溶液中通入二氧化碳气体，控制通气时溶液的温度为70 80°C，二氧化碳通气速度为2. 5-3. 5L/min,当溶液的PH=Il 11. 5时停止通气，得到大部分氢氧化铝沉淀，过滤得到含镓溶液I，该含镓溶液I中含有极少部分铝；
(D)二次碳酸化将步骤(C)得到的含镓溶液I进行第二次碳酸化处理，向溶液中通入二氧化碳气体，控制通气时溶液的温度为75 85°C，二氧化碳通气速度为2. 5-3. 5L/min,当溶液的pH=9 10时停止通气，含镓溶液I中大部分镓和极少部分铝沉淀，得到氢氧化镓和氢氧化铝沉淀的混合物，即含镓浓缩物，过滤，所得滤液为碳酸氢钠溶液，此滤液中含有少量的镓；
(E)二次碱浸出在温度60°C下，向步骤(D)得到的含镓浓缩物中加入浓度为60g/L的氢氧化钠溶液，溶解含镓浓缩物后，过滤，得到含镓浓缩液和极少量氢氧化铝沉淀，完成二次碱浸出；
(F)三次碳酸化将步骤(E)得到的含镓浓缩液与步骤(D)的滤液混合，蒸发分离出碳酸氢钠固体，过滤后，剩余的滤液即为含镓溶液II，将含镓溶液II进行第三次碳酸化处理，向溶液中通入二氧化碳气体，控制通气时溶液的温度为80 90°C，二氧化碳通气速度为
2.5-3. 5L/min,当溶液的pH=9 9. 5时停止通气，得到氢氧化镓沉淀，过滤、分离，并加水洗涤，得到富镓浓缩物；
(G)提纯金属镓将步骤(F)得到的富镓浓缩物进一步用浓度为60g/L的氢氧化钠溶液溶解，过滤，得到含镓溶液III，然后将该含镓溶液III加热至500°C，保持30分钟，提纯金属镓；
(H)处理氢氧化铝将步骤(C)和(E)中得到氢氧化铝沉淀混合，并加水洗涤，然后晾干。在步骤(A)中，所述的烧结 剂为质量比为O. 8:1 1:1的碳酸钠和碳酸钙混合物。下面是本发明原料含量及操作条件的几个实施例
实施例I:
在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为1:1的碳酸钠和碳酸钙混合物；马弗炉的温度为900°C，烧结时间为3h ;在步骤(B)中，固体和液体体积比为1:3，碳酸钠溶液的浓度为30g/L，水浴温度为80°C，水浴加热时间为2. 5h ;在步骤(C)中，进行第一次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为75°C ;在步骤(D)中，进行第二次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为80°C，当溶液的pH=9. 7时停止通气；在步骤(F)中，进行第三次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为85°C。采用实施例I后，结果测定在步骤(B)中，镓和铝的浸取率均达87. 33%。实施例2:
在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为O. 9:1的碳酸钠和碳酸钙混合物；马弗炉的温度为950°C，烧结时间为3h ;在步骤(B)中，固体和液体体积比为1:2. 5，碳酸钠溶液的浓度为30g/L，水浴温度为80°C，水浴加热时间为2h ;在步骤(C)中，进行第一次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为75°C ;在步骤(D)中，进行第二次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为80°C，当溶液的pH=9. 7时停止通气；在步骤(F)中，进行第三次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为85°C。采用实施例2后，结果测定在步骤(B)中，镓和铝的浸取率均达83. 67%。实施例3:
在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为1:1的碳酸钠和碳酸钙混合物；马弗炉的温度为1000°C，烧结时间为2h ;在步骤(B)中，固体和液体体积比为1:2. 5，碳酸钠溶液的浓度为10g/L，水浴温度为80°C，水浴加热时间为2. 5h ;在步骤(C)中，进行第一次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为75°C ;在步骤(D)中，进行第二次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为80°C，当溶液的pH=9. 7时停止通气；在步骤(F)中，进行第三次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为85°C。采用实施例3后，结果测定在步骤(B)中，镓和铝的浸取率均达67. 73%。实施例4:
在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为O. 8:1的碳酸钠和碳酸钙混合物；马弗炉的温度为950°C，烧结时间为2h ;在步骤(B)中，固体和液体体积比为1:3，碳酸钠溶液的浓度为30g/L，水浴温度为100°C，水浴加热时间为2. 5h ;在步骤(C)中，进行第一次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为75°C ;在步骤(D)中，进行第二次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为80°C，当溶液的pH=9. 7时停止通气；在步骤(F)中，进行第三次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为85°C。采用实施例4后，结果测定在步骤(B)中，镓和铝的浸取率均达80. 68%。实施例5 在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为1:1的碳酸钠和碳酸钙混合物；马弗炉的温度为950°C，烧结时间为2h ;在步骤(B)中，固体和液体体积比为1:2，碳酸钠溶液的浓度为10g/L，水浴温度为90°C，水浴加热时间为2h ;在步骤(C)中，进行第一次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为75°C ;在步骤(D)中，进行第二次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为80°C，当溶液的pH=9. 7时停止通气；在步骤(F)中，进行第三次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为85°C。采用实施例5后，结果测定在步骤(B)中，镓和铝的浸取率均达79. 76%。
权利要求
1.一种从含镓瓷土中提取镓联产氢氧化铝的方法，其特征在于包括顺序进行的以下工艺步骤 (A)烧结将瓷土矿粉碎、研磨至200目；然后按照质量比为1:1.2的比例称取瓷土矿粉和烧结剂，将所称取的瓷土矿粉和烧结剂混合于镍坩埚中，搅拌均匀后置于马弗炉中，在温度900 1000°C下，烧结2 3h ; (B)—次碱浸出从马弗炉中取出镍坩埚，将步骤(A)烧结好的熟料冷至室温，粉碎，转移到广口瓶中，并按照固体和液体体积比为1:2 1:3的比例加入浓度为10 30g/L的碳酸钠溶液，然后置于电热恒温水浴锅中，在80 100°C水浴温度下，水浴加热2 3h，最后过滤得到含镓、铝溶液，完成一次碱浸出； (C)一次碳酸化将步骤(B)得到的含镓、铝溶液进行第一次碳酸化处理，向溶液中通入二氧化碳气体，控制通气时溶液的温度为70 80°C，二氧化碳通气速度为2. 5-3. 5L/min,当溶液的PH=Il 11. 5时停止通气，得到大部分氢氧化铝沉淀，过滤得到含镓溶液I，该含镓溶液I中含有极少部分铝； (D)二次碳酸化将步骤(C)得到的含镓溶液I进行第二次碳酸化处理，向溶液中通入二氧化碳气体，控制通气时溶液的温度为75 85°C，二氧化碳通气速度为2. 5-3. 5L/min,当溶液的pH=9 10时停止通气，含镓溶液I中大部分镓和极少部分铝沉淀，得到氢氧化镓和氢氧化铝沉淀的混合物，即含镓浓缩物，过滤，所得滤液为碳酸氢钠溶液，此滤液中含有少量的镓； (E)二次碱浸出在温度60°C下，向步骤(D)得到的含镓浓缩物中加入浓度为60g/L的氢氧化钠溶液，溶解含镓浓缩物后，过滤，得到含镓浓缩液和极少量氢氧化铝沉淀，完成二次碱浸出； (F)三次碳酸化将步骤(E)得到的含镓浓缩液与步骤(D)的滤液混合，蒸发分离出碳酸氢钠固体，过滤后，剩余的滤液即为含镓溶液II，将含镓溶液II进行第三次碳酸化处理，向溶液中通入二氧化碳气体，控制通气时溶液的温度为80 90°C，二氧化碳通气速度为2. 5-3. 5L/min，当溶液的pH=9 9. 5时停止通气，得到氢氧化镓沉淀，过滤、分离，并加水洗涤，得到富镓浓缩物； (G)提纯金属镓将步骤(F)得到的富镓浓缩物进一步用浓度为60g/L的氢氧化钠溶液溶解，过滤，得到含镓溶液III，然后将该含镓溶液III加热至500°C，保持30分钟，提纯金属镓； (H)处理氢氧化铝将步骤(C)和(E)中得到氢氧化铝沉淀混合，并加水洗涤，然后晾干。
2.根据权利要求I所述的一种从含镓瓷土中提取镓联产氢氧化铝的方法，其特征在于在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为O. 8:1 1:1的碳酸钠和碳酸钙混合物。
3.根据权利要求2所述的一种从含镓瓷土中提取镓联产氢氧化铝的方法，其特征在于在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为1:1的碳酸钠和碳酸钙混合物；马弗炉的温度为900°C，烧结时间为3h ;在步骤(B)中，固体和液体体积比为1:3，碳酸钠溶液的浓度为30g/L，水浴温度为80°C，水浴加热时间为2. 5h ;在步骤(C)中，进行第一次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为75°C ;在步骤(D)中，进行第二次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为80°C，当溶液的pH=9. 7时停止通气；在步骤(F)中，进行第三次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为85°C。
4.根据权利要求2所述的一种从含镓瓷土中提取镓联产氢氧化铝的方法，其特征在于在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为O. 9:1的碳酸钠和碳酸钙混合物；马弗炉的温度为950°C，烧结时间为3h ;在步骤(B)中，固体和液体体积比为1:2. 5，碳酸钠溶液的浓度为30g/L，水浴温度为80°C，水浴加热时间为2h ;在步骤(C)中，进行第一次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为75°C ;在步骤(D)中，进行第二次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为80°C，当溶液的pH=9. 7时停止通气；在步骤(F)中，进行第三次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为85°C。
5.根据权利要求2所述的一种从含镓瓷土中提取镓联产氢氧化铝的方法，其特征在于在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为1:1的碳酸钠和碳酸钙混合物；马弗炉的温度为1000°C，烧结时间为2h ;在步骤(B)中，固体和液体体积比为1:2. 5，碳酸钠溶液的浓度为10g/L，水浴温度为80°C，水浴加热时间为2. 5h ;在步骤(C)中，进行第一次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为75°C ;在步骤(D)中，进行第二次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为80°C，当溶液的pH=9. 7时停止通气；在步骤(F)中，进行第三次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为85°C。
6.根据权利要求2所述的一种从含镓瓷土中提取镓联产氢氧化铝的方法，其特征在于在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为O. 8:1的碳酸钠和碳酸钙混合物；马弗炉的温度为950°C，烧结时间为2h ;在步骤(B)中，固体和液体体积比为1:3，碳酸钠溶液的浓度为30g/L，水浴温度为100°C，水浴加热时间为2. 5h ;在步骤(C)中，进行第一次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为75°C ;在步骤(D)中，进行第二次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为80°C，当溶液的pH=9. 7时停止通气；在步骤(F)中，进行第三次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为85°C。
7.根据权利要求2所述的一种从含镓瓷土中提取镓联产氢氧化铝的方法，其特征在于在步骤(A)中，所述的烧结剂为质量比为1:1的碳酸钠和碳酸钙混合物；马弗炉的温度为950°C，烧结时间为2h ;在步骤(B)中，固体和液体体积比为1:2，碳酸钠溶液的浓度为10g/L，水浴温度为90°C，水浴加热时间为2h ;在步骤(C)中，进行第一次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为75°C ;在步骤(D)中，进行第二次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为80°C，当溶液的pH=9. 7时停止通气；在步骤(F)中，进行第三次碳酸化处理时，控制通气时溶液的温度为85°C。
全文摘要
一种从含镓瓷土中提取镓联产氢氧化铝的方法，其特征在于包括顺序进行的以下工艺步骤(A)烧结；(B)一次碱浸出；(C)一次碳酸化；(D)二次碳酸化；(E)二次碱浸出；(F)三次碳酸化；(G)提纯金属镓；(H)处理氢氧化铝。其优点为，该方法通过联合法从瓷土矿中提取镓，用料节省，可进一步降低附属废弃物的排放，同时也回收了氢氧化铝，并且工艺操作简便、综合提取率高，能够带来显著的经济效益和社会效益。
文档编号C22B3/12GK102925682SQ20121046708
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者李彦恒, 孙玉壮, 赵存良, 杨晶晶, 张健雅, 霍婷 申请人:河北工程大学