一种从拜耳法种分母液中回收镓的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种从拜耳法种分母液中回收镓的装置。其包括至少一个镓吸附装置，所述镓吸附装置包括罐体，所述罐体顶部设有进液管道与其内部连通，所述罐体底部设有出液管道与其内部连通，所述罐体内由下至上依次设有承托板、镓吸附介质层、导流板，所述进液管道上设有与其连通的进液口、反洗排水口、进气口，所述进液口和反洗排水口上分别设有压力表和取样口，所述出液管道上分别设有与其连通的底排口、再生液进口、反洗进水口A、产液口、反冲洗水进口B，所述产液口上设有取样口；所述罐体侧壁的上部设有镓吸附介质装料口，其下部设有镓吸附介质卸料口，所述罐体侧壁上还设有与中排管道连接的中排口；所述罐体顶部设有排气口与排气管道连接。
【专利说明】一种从拜耳法种分母液中回收镓的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及冶金化工【技术领域】，特别涉及一种从拜耳法制氧化铝种分母液中回收镓的装置。
【背景技术】
[0002]镓是一种较稀有的元素，在半导体工业中有重要应用，预期将来对镓的需求量会越来越高。镓的来源稀少，其产品多来自铝工业等的副产物。铝土矿通常含镓
0.002% -0.008%。拜耳法中，铝土矿的镓约有70%随氧化铝一道浸出，约30%残存于赤泥中。随着溶液循环，拜耳法种分母液中镓的浓度可积累到100mg/L至300mg/L。
[0003]目前，世界上90%以上原生镓是从拜耳工艺种分母液中回收的。回收的方法有汞齐法、分步沉淀法、溶剂萃取法和纳米介质吸附法。汞齐法因汞有剧毒而在大多数国家已禁止使用。分步沉淀法流程长，镓回收率低，引入的中和沉淀剂CO2XaO等不仅与氧化铝生产争夺CO2原料，而且母液经酸化后变为弱酸性溶液，难以直接返回使用。溶剂萃取法所用的萃取剂昂贵，且萃取剂长期与强碱性铝酸钠溶液接触，溶解损失较大，溶解于种分母液中的萃取剂对后续工艺中的分解也有影响。而纳米介质吸附法流程简短，操作方便，无需往铝酸钠溶液中加任何试剂，因此对主流程不产生任何影响，因而是被世界上公认的从拜耳工艺溶液中回收镓的最经济有效的方法。
[0004]日本学者发现一些具有=NOH基，并与另一个-NH2、-OH、-SH或=NH等基团结合的纳米吸附介质具有提取镓的功能，镓吸附介质结构为R-C( = NOH)NH2，其中R代表介质基体，=NOH(也称偕胺肟)基通过与镓离子形成多配位络合物选择性吸附拜耳母液中的镓，但吸附介质在吸附拜耳母液中的镓的同时，母液中的钒也可以被纳米介质吸附，因而钒成为镓回收过程中的主要杂质。因此，在吸附时如何最大限度降低吸附钒所占用的点位，在再生时如何有效的解析镓成为纳米吸附介质法亟需解决的问题。
[0005]此外，传统工艺中再生镓吸附介质时需经饱洗、漂洗以冲洗出吸附介质中的拜耳母液及其他杂质，需用浓度73.5-107.2g/L的Na2S溶液和浓度为2.4-2.6N的NaOH溶液淋洗镓吸附介质以解析吸附的镓，初始解析效率仅为60%左右，随着介质性能的衰减，其解析效率可增至90%左右。但传统工艺的解析流程繁琐且需消耗大量的蒸馏水及药剂。如何提高镓解析效率，减少蒸馏水消耗及化学药剂的消耗，同样是亟需解决的问题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型提供了一种新的从拜耳法种分母液中回收镓的装置，该装置在吸附时能有效降低钒吸附占据的点位，并在介质再生时，能有效提高镓解析效率，且能大大延长镓吸附介质工作寿命，降低镓吸附介质的消耗量。
[0007]本实用新型是通过如下技术方案来实现的:一种从拜耳法种分母液中回收镓的装置，其包括至少一个稼吸附装置，所述稼吸附装置包括罐体，所述罐体顶部设有进液管道与其内部连通，所述罐体底部设有出液管道与其内部连通，所述罐体内由下至上依次设有承托板、镓吸附介质层、导流板，所述进液管道上设有与其连通的进液口、反洗排水口、进气口，所述进液口和反洗排水口上分别设有压力表和取样口，所述出液管道上分别设有与其连通的底排口、再生液进口、反洗进水口 A、产液口、反冲洗水进口 B，所述产液口上设有取样口 ；所述罐体侧壁的上部设有稼吸附介质装料口，其下部设有稼吸附介质卸料口，所述罐体侧壁上还设有与中排管道连接的中排口 ；所述罐体顶部设有排气口与排气管道连接。
[0008]本实用新型中的稼吸附介质层为带有偕胺肟基团的纳米吸附介质，为现有技术。本实用新型使用时，拜耳法种分母液以一定流速由上至下通过稼吸附介质层，母液中的镓离子与吸附介质的偕胺肟基团形成多配位络合物而被有效吸附。吸附过程中，通过控制种分母液与镓吸附介质层的接触时间，可以有效降低钒吸附占据的点位，提高稼吸附效率；吸附介质吸附一段时间饱和后，先从罐体的进气口通入压缩空气，利用压缩空气将吸附介质内残留的拜耳母液顶出，之后由反冲洗水进口 B泵入加热到80?90°C的蒸馏水，将残存于吸附介质内的种分母液及其他杂质冲洗干净并为碱再生阶段预热介质；吸附介质再生时，将再生液自再生液进口泵入罐体内，对吸附介质进行解析再生，解析液自罐体的中排口排出，并收集后送至电解镓单元制得高纯度金属镓。罐体内的吸附介质再生后，可由反洗进水口 A泵入蒸馏水对吸附介质进行冲洗并使镓吸附介质层重新分层，反洗水自反洗排水口排出，残余水由罐体底部的底排口排出。由于稼吸附介质层底部的介质并未吸附饱和，比重大于中上部的吸附介质，反洗时该部分介质将会升至上层，下一周期时优先吸附，消除了传统工艺中吸附介质的缓冲层，提高了吸附介质的利用率。
[0009]为了便于分类收集，所述中排管道上设有与其连通的水中排口和富镓液中排口。
[0010]为了上述同样的目的，所述底排口包括水底排口、富镓液底排口。
[0011]为达到更好的镓吸附效果，所述镓吸附介质层与导流板之间间隔有一定距离，该间隔距离为75?200cm。
[0012]为降低母液中钒对镓吸附的干扰，提高稼吸附效果，所述镓吸附介质层的装填高径比为I?2，装填高度为1.5m?4m。
[0013]为了提高稼吸附效果，所述稼吸附装置为至少两个，其相互并联或串联连接。
[0014]本实用新型结构设计简单、合理，吸附时可以通过控制种分母液与镓吸附介质的接触时间来有效降低钒吸附占据的点位，大大减少吸附杂质，同时，本实用新型在介质再生时，能有效提高镓解析效率；此外，本实用新型通过设计合理的稼吸附介质层高径比也大大降低了吸附过程中钒吸附占据的点位，减少吸附杂质。由于本实用新型将传统工艺的镓提取设备中的吸附塔、饱洗塔、漂洗塔、淋洗塔、转型塔合并设计为一个罐体，结构简单，操作方便，生产过程中吸附介质不需要转移，有效降低了纳米吸附介质的破碎率，提高了纳米吸附介质的使用寿命，镓吸附介质的工作寿命由传统工艺的20个周期左右延长至26个周期左右，大大降低了镓吸附介质的消耗量。本实用新型操作简单，投资及运行成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型实施例1中的结构示意图；
[0016]图2是本实用新型实施例2中的结构示意图；
[0017]图中，I是出液管道，2是再生液进口，3是反洗进水口 A，4是承托板，5是人孔，6是进液取样口，7是进液口，8是镓吸附介质层，9是罐体，10是排气管道，11是进液管道，12是导流板，13是窥视镜，14是稼吸附介质装料口，15是中排口，16是反洗排水口，17是进气口，18是稼吸附介质卸料口，19是产液口，20是产液取样口，21是反冲洗水进口 B，22是底排口，23是中排管道；24是水中排口，25是富镓液中排口，26是水底排口，27是富镓液底排口，28是取样口，29是压力表。
【具体实施方式】
[0018]下面通过非限定性的实施例并结合附图对本实用新型作进一步的说明:
[0019]实施例1
[0020]如附图1所示，一种从拜耳法种分母液中回收镓的装置，其包括一个稼吸附装置，所述稼吸附装置包括罐体9，所述罐体9顶部设有进液管道11与其内部连通，所述罐体9底部设有出液管道I与其内部连通。在罐体9内由下至上依次设有承托板4、镓吸附介质层
8、导流板12，其中，稼吸附介质层8为带有偕胺肟基团的纳米吸附介质构成，为现有技术。稼吸附介质层8与导流板12之间间隔有一定距离，该间隔距离优选为75?200cm。为提高镓吸附处理效果，降低钒吸附点位，镓吸附介质层8的高径比优选为I?2，装填高度优选为1.5m?4m。罐体9的侧壁上设有镓吸附介质装料口 14、稼吸附介质卸料口 18及位于罐体9中上部的中排口 15，镓吸附介质装料口 14用于装填镓吸附介质，稼吸附介质卸料口18用于更换镓吸附介质。所述中排口 15与中排管道23连接。为便于进入罐体9内部进行检查，罐体9的侧壁的上下部各设一个人孔5。罐体9的侧壁上还设有两个窥视镜13，用以观察运行时的吸附介质的状况。所述进液管道11上设有与其连通的进液口 7、反洗排水口16、进气口 17，在进液口 7和反洗排水口 16处均分别设有压力表29和取样口 28，在进液管道11上设有进液取样口 6。所述出液管道I上分别设有与其连通的底排口 22、再生液进口
2、反洗进水口 A3、产液口 19、反冲洗水进口 B21，所述产液口 19处设有产液取样口 20。所述罐体9顶部设有排气口与排气管道10连接。上述所有管口均通过自动或手动阀门控制其开关。
[0021]1、本实用新型运行时:本实用新型的进液是温度为45?55°C的拜耳种分母液。运行时，打开进液口 7的阀门和产液口 19的阀门(其他阀门应关闭)，将种分母液以I?6BV/h的流速通过镓吸附介质层8。通过镓吸附介质静态吸附实验发现，当镓离子浓度为120mg/L、钒离子浓度为180mg/L左右时，达到镓平衡吸附量所需时间约为100分钟，而达到钒平衡吸附量所需时间约为1200分钟，因此通过控制拜耳母液与镓吸附介质的接触时间可有效地控制吸附介质的f凡吸附量。本实用新型控制接触时间为1min?60min,可有效提高介质的镓吸附量。
[0022]通过产液取样口 20取样检测吸附后母液中镓的含量，以确定合理的介质再生时间。
[0023]2、再生:
[0024]当产液取样口 20处取样的母液镓含量接近原母液，表明镓吸附介质层8已吸附饱和，需要对镓吸附介质层8进行解析再生，再生工艺步骤如下:
[0025](I)反冲洗I+进气1:
[0026]关闭进液口 7和产液口 19的阀门，打开反冲洗水进口 B21、中排口 15的阀门，以I?2BV/h的流速打入加热至70?80°C的2?4BV的蒸馏水，置换出稼吸附介质层8中的拜耳母液，冲洗出介质层内残留的一些杂质，并为下一步进热碱再生液预热镓吸附介质，水由中排口 15排出并收集；
[0027]关闭反冲洗水进口 B21和中排口 15的阀门，打开进气口 17和底排口 22的阀门，以6Nm3/(m2.min)的流量向罐体8内进0.1?0.2MPa无油压缩空气10分钟，将稼吸附介质层8中的液体顶出，液体由底排口 22排出并收集。通过通入压缩空气，可更好地将沉积在介质层底部的比重较大的氢氧化铝颗粒及其他杂质由底排口排出，同时节省蒸馏水的用量。本实用新型较传统吸附工艺节约水量约20%。
[0028](2)进碱再生液+进气II:
[0029]关闭进气口 17和底排口 22的阀门，打开再生液进口 2和中排口 15的阀门，以I?2BV/h的流速打入2BV的温度为80?90°C的4% NaOH溶液，以解析吸附饱和介质，排出液由中排口 15排出并收集；
[0030]关闭再生液进口 2和中排口 15的阀门，打开进气口 17和底排口 22的阀门，以6Nm3/(m2.min)的流量进0.1?0.2MPa无油压缩空气10分钟，将稼吸附介质层8中的液体顶出，由底排口 22排出并收集；此工艺段收集的富镓液经简单除杂、浓缩后送至电解段制得高纯度镓。
[0031](3)反洗 + 进气 II1:
[0032]关闭进气口 17和底排口 22的阀门，打开反洗进水口 A3和反洗排水口 16的阀门，以I?2BV/h的流速打入2?3BV蒸馏水将稼吸附介质层8中的液体置换出，并通过进水的水压将镓吸附介质层8重新分层。出水由反洗排水口 16排出并收集；
[0033]至此，罐内吸附介质解析完成，系统可开始下一周期运行。
[0034]本实用新型中，在吸附时能通过控制母液与镓吸附介质接触时间及设计合理的介质层高径比来有效降低钒吸附量，减少吸附杂质。在对镓吸附介质进行解析再生时，再生步骤大大简化，水耗及药耗大大降低。确保镓吸附介质工作寿命由传统工艺的20个周期左右延长至26个周期左右，降低镓吸附介质的消耗量。本装置操作简单，投资及运行成本低。
[0035]本实施例中的其他部分采用已知技术，在此不再赘述。
[0036]实施例2
[0037]如附图2所示，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于:本实施例中，在中排管道23上设有与其连通的水中排口 24和富镓液中排口 25，所述底排口 22分为水底排口26和富镓液底排口 27。
[0038]利用本实施例中的装置进行稼回收时，其运行阶段的操作与实施例1相同，在再生阶段中:
[0039](I)反冲洗I+进气1:
[0040]关闭进液口 7和产液口 19的阀门，打开反冲洗进水口 21、水中排口 24的阀门，自反冲洗进水口 21以I?2BV/h的流速打入加热至70?80°C的2?4BV的蒸馏水，置换出吸附介质层中的拜耳母液，冲洗出介质层内残留的一些杂质，水由水中排口 24排出并收集；
[0041]关闭反冲洗进水口 21和水中排口 24的阀门，打开进气口 17和水底排口 26的阀门，以6Nm3/(m2 -min)的流量进0.1?0.2MPa无油压缩空气10分钟，将吸附介质层中的液体顶出，由水底排口 26排出并收集。
[0042](2)进碱再生液+进气II:
[0043]关闭进气口 17和水底排口 26的阀门，打开再生液进口 2和富镓液中排口 25的阀门，以I?2BV/h的流速打入2BV的温度为80?90°C的4% NaOH溶液，以解析吸附饱和介质，排出液由富镓液中排口 25排出并收集；
[0044]关闭再生液进口 2和富镓液中排口 25的阀门，打开进气口 17和富镓液底排口 27的阀门，以6Nm3/(m2 -min)的流量进0.1?0.2MPa无油压缩空气10分钟，将吸附介质层中的液体顶出，由富镓液底排口 27 口排出并收集；此工艺段收集的富镓液经简单除杂、浓缩后送至电解段制得高纯度镓。
[0045](3)反洗 + 进气 II1:
[0046]关闭进气口 17和富镓液底排口 27的阀门，打开反洗进水口 A3和反洗排水口 16的阀门，以I?2BV/h的流速打入2?3BV蒸馏水将吸附介质层中的液体置换出，并通过进水的水压将镓吸附介质层重新分层。出水由反洗排水口 16排出并收集。
[0047]至此，罐内吸附介质解析完成，系统可开始下一周期运行。
[0048]本实施例中的其他部分与实施例1相同，在此不再赘述。
【权利要求】
1.一种从拜耳法种分母液中回收镓的装置，其特征是:包括至少一个稼吸附装置，所述稼吸附装置包括罐体(9)，所述罐体(9)顶部设有进液管道(11)与其内部连通，所述罐体(9)底部设有出液管道(I)与其内部连通，所述罐体(9)内由下至上依次设有承托板(4)、镓吸附介质层(8)、导流板(12)，所述进液管道(11)上设有与其连通的进液口(7)、反洗排水口(16)、进气口(17)，所述进液口(7)和反洗排水口(16)上分别设有压力表和取样口，所述出液管道(I)上分别设有与其连通的底排口(22)、再生液进口(2)、反洗进水口 A(3)、产液口(19)、反冲洗水进口 B(21)，所述产液口(19)上设有取样口 ；所述罐体(9)侧壁的上部设有稼吸附介质装料口(14)，其下部设有稼吸附介质卸料口(18)，所述罐体(9)侧壁上还设有与中排管道连接的中排口(15);所述罐体(9)顶部设有排气口与排气管道(10)连接。
2.根据权利要求1所述的从拜耳法种分母液中回收镓的装置，其特征是:所述中排管道上设有与其连通的水中排口(24)和富镓液中排口(25)。
3.根据权利要求1所述的从拜耳法种分母液中回收镓的装置，其特征是:所述底排口(22)包括水底排口(26)、富镓液底排口(27)。
4.根据权利要求1所述的从拜耳法种分母液中回收镓的装置，其特征是:所述镓吸附介质层⑶与导流板(12)之间间隔有一定距离，该间隔距离为75?200cm。
5.根据权利要求1或2或3所述的从拜耳法种分母液中回收镓的装置，其特征是:所述镓吸附介质层(8)装填高径比为I?2，装填高度为1.5m?4m。
【文档编号】C22B3/02GK203833992SQ201420257189
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】王文波, 王颜亭 申请人:山东同源和环境工程有限公司