192014. lajstromszámú szabadalom • Berendezés oldatokból ritkafémek kicementálására
1 2 A találmány oldatokból^ritkafémek ldcementálására, 'előnyösen timföldgyári aluminátoldatokból gallium kinyerésére alkalmas berendezésre vonatkozik. A timföldgyári aluminátoldatokból (a továbbiakban: oldat, oldatok) a galliumot közvetlenül elektrokémiai redukcióval (elektrolízis, cementálás) célszerű kinyerni. Az oldatokban a gallium koncentrációja 0,1-04 g/dm3 nagyságrendű. Az elektrokémiai redukciós eljárások alkalmazásakor a galliumkiválás sebességét az oldatban levő gallát ionok mennyisége és az elektrokémiai kettősrétegbe, azaz az elektród illetve a cemen tálószer felületére jutásának a sebessége, vagyis a diffúzió sebessége szabja meg. A gallium kinyerésére szolgáló berendezés termelékenységét a gallát redukció sebességén kívül a gallát redukció lejátszódására alkalmas felületnek — az elektródnak -, illetve a cementálószer felületének nagysága határozza meg. Az oldatok galliumtartalmának közvetlen kinyerésére ismert eljárás a 173.340 ljsz. magyar szabadalommal is védett, a cseppfolyós gallium-alumínium ötvözettel (Al-gallám) végzett cementálás. Ezt az eljárást ma úgy foganatosítják, hogy lapos fenekű tartály (cementátor) aljára gallium-alumínium ötvözet réteget terítenek, arra öntik az oldatot, az ötvözetbe potenciálmérés alapján rendszeresen alumínium granulátumot adagolnak, hogy az alumínium koncentrációt megszabott határok közt tartsák, s ezzel az ötvözet cementáló képessége folyamatosan fennmaradjon, az oldatot lapátkeverővei keverik így biztosítva a reakciózónában az intenzív anyagátadást. A megoldás hátránya, hogy a gallium-alumínium ötvözet keverés közben kialakult felülete viszonylag kicsi, de ezen belül is jelentősen függ a tartály méreteitől és belső szigetelése felületének kialakításától, ezért munka- és időigényes mérések alapján egyedileg kell elvégezni az egyes cementátoroknál az optimalizálást. Célunk olyan berendezés kialakítása, melyben az ismerthez képest nagyobb az ötvözet és az oldat közötti határfelület, továbbá nagyobb a redukció intenzitása, ezzel növekszik a berendezés termelőképessége ugyanolyan nagyságrendű berendezésben több lesz az időegység alatt kinyert ritkafém. Ezt a célt a találmányunk szerinti berendezéssel érjük el, mely belső részén vegyi-és hőhatásnak ellenálló szigeteléssel ellátott hengeres tartály, melynek feneke lefelé kúpos és közepén lenyúló gyűjtőzsákban végződik, a tartályban forgatható függőleges tengely, annak alsó végén járókerék-lapátokkal ellátott vízszintes járókerék, annak alsó részén függőleges, a gyüjtőzsákba nyúló szívócső van, a gyűjtőzsákban fémelektród, a tartály felső részében referencia-elekt ród, a fém- és referencialekektród között feszültségmérő van. A találmány szerinti berendezés példakénti kiviteli alakját, mely oldatokból gallium kicementálására szolgál, az 1,2. és 3. ábrákon mutatjuk be. Az 1. ábra a találmány szerinti üres tartályt, a 2. ábra a találmány szerinti tartályt üzem közben, a 3. ábra a járókerék vízszintes metszetét szemlélteti. Az 1 hengeres tartály gumival vagy teflonnal van bélelve, a 2 kúpos fenék 3 gyűjtőzsákban végződik, aminek alján platina vagy molibdén 7 elektród van. A referencia 8 elektród kálóméiból van. A 7 és 8 elektród a 13 vezetékkel van egy 9 feszültségmérőre kötve. A forgatható 4 tengely alsó végén van egy vízszintes 5 járókerék, mely két 10 és 11 járókeréktárcsából és azok között elrendezett pl. 8 db sugárirányú 12 járókeréklapátból áll, az alsó 10 járókerék-tárcsa közepén köralakú nyílás van, melyhez egy 6 szívócső felső vége illeszkedik, annak alsó vége belenyúlik a 3 gyüjtőzsákba. Van az 1 tartályon oldat leeresztő 14 szerelvény, ötvözetleeresztő 15 szerelvény, oldattöltő 16 szerelvény, alumíniumgranulátumot adagoló 17 szerkezet és az ábrákon fel nem tüntetett, a 4 tengelyt forgató motor vagy hajtómű. A berendezés működtetése a következő: a 3 gyűjtőzsákba maximum 04 % alumíniumtartalmú 19 gallium-alumínium ötvözetet öntenek, majd az 1 tartályt a 16 szerelvényen át feltöltik oldattal, ezután a 4 tengelyt olyan fordulatszámmal forgatják, hogy a 6 szívócső a 19 gallium-alumínium ötvözetet felszívja, és a 18 oldatban diszpergálja. Keverés közben figyelik a 9 feszültségmérőt, és amikor a potenciálkülönbség adott értékre — pl. -1,7 Voltra - nő, a 17 adagolóval alumínium-granulátumot adagolnak a 18 oldatba, ily módon a potenciálkülönbséget közel állandó határok - pl. -1,7 és -2 V — között tartva. A technológiai igényeknek megfelelő idő elmúltával a 18 oldatot a 14 szerelvényen át leeresztik, majd a 16 szerelvényen át friss oldatot eresztenek az 1 tartályba és folytatják a cementálást. A 18 oldat adagolása és elvétele folyamatosan is történhet, ez esetben a 16 szerelvény megfelelő mértékben állandóan nyitva van, és kimenő peremére a rajzon szaggatott vonallal ábrázolt 20 csővezeték csatlakozik, mely leér az 5 járókerék fölé, ugyanakkor a 14 szerelvény helyett 21 túlfolyó van. Amikor a körfolyamatban levő gallium-alumínium ötvözet galliumban a technológiai előírásnak megfelelően dúsult, azt a 15 szerelvényen át leeresztik. Laboratóriumi kísérletek: 1.0,215 g/dm3 Ga és 230 g/dm3 Na2 Ofc tartalmú oldatból hagyományos, lapos fenekű cellákban cementáltuk ki a galliumot, miközben az oldatot lapátkeverővei kevertük. A berendezésre és a műveletre jellemző körülmények a következők voltak: cellaátmérő: 10 cm oldattérfogat: 320 cm3 gallium-alumínium ötvözet mennyisége: 100 g gallium-alumínium ötvözet A1 tartalma: max.0,3% keverési sebesség: 700 ford/perc hőmérséklet: 60 C° Az oldat Ga tartalma (Cqa), a cella termelékenysége (Tq3) és a fajlagos Al-ráfordítás (F^) az idő függvényében h = óra, a következőképpen változott: Idő Qja TGa Fai (h) (mg/dm3 ) (mg Ga/h) (G Al/g Ga) 0 215 __ 1 192 7,4 ____ 2 172 64 ____ 3 155 6,4 105 192.014 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2.
