197948. lajstromszámú szabadalom • Eljárás gallium kinyerésére nátrium-aluminát oldatokból cementálással
197948 6 dója az elérni kívánt mértékig redukálódjon. A találmány szerinti eljárás szempontjából a fentiek alapján az az előnyös, ha a cementálást 30—50°C, célszerűen 35—45°C hőmérsékleten végezzük. Előnyös továbbá, ha a cementáláshoz használt gallium-alumínium ötvözetnek nátrium-aluminát oldattal érintkező felületét megújítjuk az eljárás folyamán. Ezért célszerű cementálás közben a nátrium-aluminát oldatot és/vagy a folyékony gallium-alumínium ötvözetet keverni. Intenzív keveréssel, pl. turbinakeverő vagy sugárszivattyú alkalmazásával lényegesen lecsökkenthetjük az elektrokémiai kettős réteg vastagságát és biztosíthatjuk a cementáló ötvözet elektródpotenciáljának folyamatos fenntartását. A találmány előnye, hogy lehetővé teszi a gallium kinyerését nátrium-aluminát oldatból gallium-alumínium ötvözettel való cementálással a korábban ismert eljárásokhoz képest lényegesen kisebb fajlagos alumínium felhasználással. A folyamat az alumínium beoldás szabályozásával jól kézben tartható. Az említett előnyök folytán az eljárás eredményesen megvalósítható az ipari gyakorlatban is. A találmányt az alábbi példákkal szemléltetjük. 1. példa Egy 1600 cm3 hasznos térfogatú, 145 mm átmérőjű, enyhén kónikus hengeres üveg tartályban végezzük a cementálást, amelyet csővezetékeken keresztül egy gallium-alumínium ötvözet előállító reaktorral, úgynevezett gallámgyártó edénnyel kötünk össze. Az utóbbiban 99,9% tisztaságú galliumból és 99,7— 99,8% tisztaságú alumíniumból állítunk elő 1.0 tömeg% alumínium tartalmú folyékony gallium-alumínium ötvözetet. A cementátorba 900 g 0,2 tömeg% alumínium tartalmú folyékony gallium-alumínium ötvözetet helyezünk el, és 1,4 liter térfogatú, 270 mg/liter galliumot tartalmazó nátrium-aluminát oldatot cementálunk 35°C- on. Eközben a cementáló ötvözet elektródpotenciálját a gallámgyártóban előállított 1.0 tömeg% alumínium tartalmú ötvözet arányos és folyamatos cirkuláltatásával —1,96 V értéken tartjuk, biztosítva egyúttal felületének folyamatos megújítását is. 240 percig folytatott cementálással 0,248 g galliumot nyerünk ki, miközben 8,7 g alumínium fogy el a cementátorban. A fajlagos alumínium felhasználás 35 g/g gallium. 2. (összehasonlító) példa Megismételtük az 1. példa szerinti eljárást, azzal az eltéréssel, hogy a cementálást a 173 340 sz. magyar szabadalmi leírásban ismertetett módon végeztük. Nevezetesen a gallium-alumínium ötvözet regenerálása végett szakaszosan fém alumíniumot adagoltunk a nátrium-aluminát oldatba olyan 5 ütemben, hogy az ötvözet elektródpotenciálja —1,93 V legyen. A cementálást 60°C hőmérsékleten, 750 fordulat/p^rc keverés közben végeztük. 300 perces cementálással 0,117 g galliumot nyertünk ki, miközben 11,5 g alumíniumot használtunk fel a cementátorban. A fajlagos alumínium felhasználás tehát 98 g/g gallium volt. Ezt a példát az előbbivel összevetve kitűnik, hogy a találmány szerinti eljárás révén lényegesen kevesebb alumínium felhasználásával lehet galliumot kinyerni, mint a korábban ismert cementálási eljárással. 3. példa Egy 35 liter hasznos térfogatú, 16 dm2 alapterületű, 800 fordulat/perc sebességű turbinakeverővei ellátott cemerítátoron 15 liter/ /óra áramlási sebességgel 230 g/liter Na20, 120 g/liter A1203 és 0,240 g/liter Ga koncentrációjú timföldgyári nátrium-aluminát oldatot áramoltatunk át 10 napon keresztül. A cementátor 10 kg tömegű betét-galliumjának Al-tartalmát egy 0,15 liter hasznos térfogatú gallámgyártóban előállított gallium -alumínium ötvözet 400 g/adag tömegének 10 perces szakaszos (60/10=6 adag/óra) alsó bevitelével biztosítjuk, amikor is egyidejűleg arányos tömegű, de kisebb Al-tartalmú gallium-alumínium ötvözet áramlik vissza a gallámgyártóba. Mind a gallámgyártó, mind a cementátor hőmérséklete 35°C. A cementálás közben a gallium-alumínium ötvözet átlagos Al-tartalma a gallámgyártóban 0,72 tömeg%, a cementátorban 0,092 tömeg% értékre áll be. A termelt gallium tömege /0,240—0,149=/ 0,091 • 15-24* 10=/ 327 g, a felhasznált alumínium tömege /0,72 X4-6-24-10=/ 4147 g, ami megfelel 12,7 g/g fajlagos alumínium felhasználásnak. 4. példa A cementálást a 3. példában említett módon végezzük, azzal az eltéréssel, hogy mind a gallámgyártó, mind a cementátor hőmérsékletét 40°C-on tartjuk. A cementálás közben a gallium-alumínium ötvözet átlagos Al-tartalma a gallámgyártóban 0,94 tömeg%, a cementátorban 0,085 tömeg% értékre áll be. A termelt gallium tömege /0,240—0,140 =/ 0,1 • 15-24-10 =/ 260 g, a felhasznált alumínium tömege (0,94-4-6-24-10 =/ 5414 g, ami megfelel 15,0 g/g fajlagos alumínium felhasználásnak. 5. példa A cementálást a 4. példában említett módon végezzük, azzal az eltéréssel, hogy a gallámgyártóból a gallium-alumínium ötvözet szakaszos adagolását ritkábban, azaz 16 percenként (60/16=3,75 adag/óra) végezzük. A cementálás közben a gallium-alumínium ötvözet Al-tartalma a gallámgyártóban 0,94 tömeg%, a cementátorban 0,055 tömeg% 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
