200802. lajstromszámú szabadalom • Eljárás adszorpciós gyanták impregnálására és gallium kivonására BAYER -anyalúgból
HU 200 802 B 5 6 1. táblázat (folytatás) A gyanta jellemzői Amberlite XAD7 Amberlite XAD 1180 Duolite S 861 Duolite S 866 40-10~10 m és 5000-10”10 m közötti átmérőjű pórusok %-a 80 70—80 70 60 Fajlagos felülete (BET-meghat.) (m /g) 450 650 600 500 A duzzadás mértéke száraz/nedves (%) 69 11* 40 17 (* A Gyártó Cég Technikai Útmutatója szerint 20%) Az 1. táblázatban foglaltuk össze a fenti gyanták legfőbb fizikai-kémiai jellemzőit. 20 Azoknak az oldatoknak a szabad nátriumhidroxid koncentrációja, amelyeket a Bayer-eljárásból közvetlenül kapunk, a nátrium-alumináttal túltelített oldatok alumínium-trihidroxiddá való lebontása után, 80—140 g/liter, az oldható 25 alumínium-trioxid koncentrációja 60—110 g/liter, és az oldott gallium mennyisége 150—350 mg/liter. A gyantán való áthaladás közben az oldatokat 40—60°C hőmérsékleten, tehát azon a hőmérsékleten tartjuk, amely a bontási lépés 30 végén fennáll. így a gallium megkötése után ezek az oldatok közvetlenül visszatáplálhatók a Bayer-féle alumíniumgyártás folyamatába. Esetünkben a fenti négy gyantán a következő összetételű lúgot alkalmaztuk: 35 A lúgnak megfelelő Na20: 163 g/liter AI2O3: 98,1 g/liter Ga-tartalom: 240 mg/liter A találmány célja továbbá ezeknek az impregnált gyantáknak az alkalmazása is, amellyel 40 lehetővé válik gallium kivonásában mutatott hatékonyságuk összehasonlítása és a legjobb változat kiválasztása ipari méretű alkalmazás céljára. 45 Ez az eljárás a következő lépésekből áll: a) A gyantát előkezeljük, majd rendre ionmentesített vízzel, etanollal, 1 n sósavoldattal, majd ismét kimerítően vízzel mossuk, amíg kloridionoktól mentessé válik (ezt ezüst-nitrát- 50 tál ellenőrizzük), majd kemencében 110°C-on tömegállandóságig szárítjuk. Ez nem szükséges a XAD 1180 gyanta esetében, amelyet száraz állapotban szállítanak. b) A gyantát Kelex 100 anyag valamilyen 55 alkoholos oldatával, előnyösen etanolos oldatával, előnyösen körülbelül 15—30 tömeg%-os etanolos oldatával impregnáljuk. A Kelex 100 koncentrációja nem kritikus jellegű. Gyakorlati szempontból legelőnyösebb a Kelex alkoholban elérhető maximális koncentrációjánál kissé alacsonyabb koncentrációt alkalmazni, és úgy eljárni, hogy a Kelex 100 tömegaránya a száraz gyanta térfogatához viszonyítva 250 és 350 g/liter, pontosabban a jelen esetben 280 g/liter legyen. Az impregnálást végezhetjük egy műveletben vagy egymást követő több műveletben, miközben vákuumban 60“C-on végzett közbenső szárítási lépést iktatunk be az etanol eltávolítására és a Kelex 100 adszorbeált mennyiségének a megállapítására. A végső vákuumszárítás után a Kelex 100 anyaggal impregnált gyantát ionmentesített vízzel kezeljük, utána vákuumban gázmentesítjük, s végül oszlopba töltjük. c) A gallium megkötését úgy végezzük, hogy a 40—60°C hőmérsékleten tartott Bayer-anyalúgot 2—10 ágytérfogat óránkénti áramlási sebességgel, azaz olyan sebességgel vezetjük át az oszlopon, amely megfelel az oszlopba helyezett gyantaágy 2—10-szeres térfogatának. Jelen esetben 1200 ml bontás utáni Bayeranyalúgot vezettünk át mind a négy oszlopon 4 óra alatt, ami — egy-egy oszlopban elhelyezett gyanta térfogatának megfelelően — 300 ml /óra áramlási sebességnek felelt meg, és az 3,75 ágytérfogat/óra és 6,4 ágytérfogat/óra határok között váltakozott, amint ezt a 2. táblázat mutatja. d) A gyanta vízzel történő átmosása után a megkötött gallium eluálását erős ásványi savval, előnyösen 3 n és 6 n közötti koncentrációjú kénsavval végezzük, környezeti hőmérsékleten 2—10 ágytérfogat/óra áramlási sebességgel. Jelen esetben csak az Amberlite XAD7 és XAD 1180 gyantákat tudtuk eluálni a gallium megkötése után 4,5 n kénsavoldattal, 300 ml/óra áramlási sebességgel, ami 3,7 ágytérfogat/óra és 6,4 ágytérfogat/óra áramlási sebességet jelent, amint ezt a 2. táblázat mutatja. 4
