178716. lajstromszámú szabadalom • Eljárás gallium kinyerésére erősen bázikus oldatból folyadék-folyadék extrakcióval
3 178716 4 valamint a nátrium és az alumínium egy része átmegy a vizes fázisból a szerves fázisba,- a szerves fázist elválasztják a vizes fázistól,- a szerves fázist egy a galliummal anionos komplexet képző sav tömény vizes oldatával hoz- 5 zák érintkezésbe, amikor is a gallium a szerves fázisban marad oldva, míg a nátrium és az alumínium átmegy a vizes fázisba,- a szerves fázist elválasztják a vizes fázistól és egy híg vizes savval érintkeztetik, eközben a gal-10 Hum a szerves fázisból átmegy a vizes fázisba,- a galliumot elkülönítik a vizes fázisból. Savként előnyösen sósavat vagy hidrogénbromidot használnak. A tömény sav előnyösen15 5-8 mólos, a híg sav előnyösen 1,3-2,2 mólos. Egy további változat szerint kevésbé tiszta galliumot nyernek ki az alábbi úton:- a vizes oldatot egy vízzel nem elegyedő oldó- 20 szerben, nevezetesen halogénezett vagy nem halogénezett aromás, vagy alifás szénhidrogénben oldott vízoldhatatlan szubsztituált hidroxikinolinnal hozzák érintkezésbe, arrtikor is a gallium, valamint a nátrium és az alumínium egy része a vizes fázisból 25 átmegy a szerves fázisba,- a szerves fázist elválasztják a vizes fázistól,- a szerves fázist a nátrium, alumínium és gallium extrahálása végett egy sav vizes oldatával érintkeztetik, 30- a vizes és a szerves fázist elválasztják egymástól,- a galliumot, nátriumot és alumíniumot elkülönítik. 35 Ebben az esetben előnyösen kénsavat vagy salétromsavat használnak, 1,6 mólosnál töményebb oldatban, vagy sósavat vagy hidrogénbromidot 1,3—2,2 mólos oldatban. A fent említett iratokban ismertetett eljárás 40 előnyösen hajtható végre, ha a szerves extrakciós fázishoz valamilyen alkoholt, például egy hosszabb szénláncú alkoholt, így n-dekanolt vagy izodekanolt vagy különféle fenolokat adnak más szolvatáló vegyületekkel, például foszforsavészterekkel, így tri- 45 butil-foszfáttal együtt. A szubsztituált hidroxikinolint nem szükséges nagy koncentrációban használni a szerves fázisban, minthogy a gallium extrakciója már 2% koncentráció mellett is igen nagy hatásfokú. Ez annak 50 tulajdonítható, hogy ezek a komplexképző szerek sokkal nagyobb aktivitással rendelkeznek a gallium iránt, mint az alumínium és a nátrium iránt. A gyakorlatban azonban a 10% körüli koncentráció a legelőnyösebb, ez lehetővé teszi a gallium legna- 55 gyobb részének kinyerését. Noha a hőmérséklet nem befolyásolja jelentősen az eljárás eredményét, az ismert eljárásokat előnyösen viszonylag nagy hőmérsékleten hajtják végre. Az extrakció hőmérséklete 100°C-nál alacsonyabb, 60 előnyösen 50-80 °C. Az ipari gyakorlatban általában Bayer-féle timföldgyártásból származó aluminátoldatokat, különösen úgynevezett bontott oldatokat - ezek hőmérséklete mintegy 50 °C - dolgoznak fel az eljárással. Noha az említett 65 hőmérséklet kisebb, mint az előnyös hőmérséklet, mégis kielégítő kinyerési hatásfokot biztosít. Az oldószer regenerálását és a gallium kinyerését oly módon végzik, hogy a szerves fázist az extrakció hőmérsékleténél alacsonyabb, a szobahőmérséklethez közeli hőmérsékleten kezelik a savas oldattal. Az ismert eljárásokkal 13-14 g-ion/liter hidroxid-koncentrációjú bázikus oldatokat dolgoznak fel. így például olyan Bayer-féle timföldgyártásból származó nátriumaluminát oldatot, amelynek összetétele: Na20 100-400 g/liter A1203 40-150 g/liter Ha úgynevezett bontott oldatokat dolgoznak fel, ezek összetétele az alábbi: Na2 O 150-200 g/liter A1203 70—100 g/liter Az eljárást az iparban az alábbi berendezésben és az alábbi módszenei hajtják végre. Egy első extraháló készülékbe betöltik a bontás következtében kevés alumíniumoxidot tartalmazó nátriumaluminát oldatot, valamint egy szerves fázist, amely egy komplexképzőszert, egy oldószert és adott esetben egy alkoholos vegyületet és más szolvatáló anyagokat tartalmaz. Ekkor a gallium legnagyobb része átmegy a szerves fázisba. A szerves fázisba átmenő gallium mennyisége a két folyadék áramlási sebességétől függ. Az alumínium, a nátrium és bizonyos szennyezések szintén átjutnak a szerves fázisba. Az így kapott szerves fázist egy másik extrakciós berendezésben egy első regeneráló oldattal hozzák étintkezésbe. A regeneráló oldat egy erős sav híg oldata vagy egy komplexképző erős sav tömény oldata. A gallium lényegében mindkét esetben a szerves fázisban marad. A szerves fázist egy harmadik, ellenáramú extrakciós berendezésbe viszik, ahol egy erős savval érintkeztetik a gallium kinyerése végett, majd az első extraháló berendezésbe való visszavezetés előtt vízzel mossák. A gallium kinyerésére használt vizes oldatot azután tovább tisztítják, majd kinyerik belőle a galliumot. Egyszerűbb ipari berendezést is lehet használni ehhez az eljáráshoz, ekkor azonban kevésbé tiszta galliumot kapnak. Egy ilyen berendezés egy fent leírt első extraháló készüléket tartalmaz, amelynek kimenetéhez egy második ellenáramú berendezés kapcsolódik, amelyben erős savak oldatával egyetlen műveletben regenerálják az alumíniumot, nátriumot és galliumot. A 74 24263, a 75 11300 és a 75 11797 számú francia szabadalmi leírásokban ismertetett eljárást egy gallium-extraháló egységben végezve megfigyelhető, hogy az alkenil-8-hidroxikinolinok hosszabb használat után egyre nagyobb mértékben degradálódnak az extraháló közeg lúgossága miatt (76 29009 számú francia szabadalmi bejelentés). Ennek következtében az extraháló kapacitás csökken. Ezért a későbbiekben olyan szubsztituált hidroxikinolinokat használtak, amelyek erősen bázikus közegben állandóbbak, és amelyek megőrzik az alkenil-8-hidroxikinolinok figyelemreméltó előnyös saját-
