一種從拜耳法種分母液中回收鎵的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種從拜耳法種分母液中回收鎵的裝置。其包括至少一個鎵吸附裝置，所述鎵吸附裝置包括罐體，所述罐體頂部設有進液管道與其內部連通，所述罐體底部設有出液管道與其內部連通，所述罐體內由下至上依次設有承托板、鎵吸附介質層、導流板，所述進液管道上設有與其連通的進液口、反洗排水口、進氣口，所述進液口和反洗排水口上分別設有壓力表和取樣口，所述出液管道上分別設有與其連通的底排口、再生液進口、反洗進水口A、產液口、反沖洗水進口B，所述產液口上設有取樣口；所述罐體側壁的上部設有鎵吸附介質裝料口，其下部設有鎵吸附介質卸料口，所述罐體側壁上還設有與中排管道連接的中排口；所述罐體頂部設有排氣口與排氣管道連接。
【專利說明】一種從拜耳法種分母液中回收鎵的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及冶金化工【技術領域】，特別涉及一種從拜耳法制氧化鋁種分母液中回收鎵的裝置。
【背景技術】
[0002]鎵是一種較稀有的元素，在半導體工業中有重要應用，預期將來對鎵的需求量會越來越高。鎵的來源稀少，其產品多來自鋁工業等的副產物。鋁土礦通常含鎵
0.002% -0.008%。拜耳法中，鋁土礦的鎵約有70%隨氧化鋁一道浸出，約30%殘存于赤泥中。隨著溶液循環，拜耳法種分母液中鎵的濃度可積累到100mg/L至300mg/L。
[0003]目前，世界上90%以上原生鎵是從拜耳工藝種分母液中回收的。回收的方法有汞齊法、分步沉淀法、溶劑萃取法和納米介質吸附法。汞齊法因汞有劇毒而在大多數國家已禁止使用。分步沉淀法流程長，鎵回收率低，引入的中和沉淀劑CO2XaO等不僅與氧化鋁生產爭奪CO2原料，而且母液經酸化后變為弱酸性溶液，難以直接返回使用。溶劑萃取法所用的萃取劑昂貴，且萃取劑長期與強堿性鋁酸鈉溶液接觸，溶解損失較大，溶解于種分母液中的萃取劑對后續工藝中的分解也有影響。而納米介質吸附法流程簡短，操作方便，無需往鋁酸鈉溶液中加任何試劑，因此對主流程不產生任何影響，因而是被世界上公認的從拜耳工藝溶液中回收鎵的最經濟有效的方法。
[0004]日本學者發現一些具有=NOH基，并與另一個-NH2、-OH、-SH或=NH等基團結合的納米吸附介質具有提取鎵的功能，鎵吸附介質結構為R-C( = NOH)NH2，其中R代表介質基體，=NOH(也稱偕胺肟)基通過與鎵離子形成多配位絡合物選擇性吸附拜耳母液中的鎵，但吸附介質在吸附拜耳母液中的鎵的同時，母液中的釩也可以被納米介質吸附，因而釩成為鎵回收過程中的主要雜質。因此，在吸附時如何最大限度降低吸附釩所占用的點位，在再生時如何有效的解析鎵成為納米吸附介質法亟需解決的問題。
[0005]此外，傳統工藝中再生鎵吸附介質時需經飽洗、漂洗以沖洗出吸附介質中的拜耳母液及其他雜質，需用濃度73.5-107.2g/L的Na2S溶液和濃度為2.4-2.6N的NaOH溶液淋洗鎵吸附介質以解析吸附的鎵，初始解析效率僅為60%左右，隨著介質性能的衰減，其解析效率可增至90%左右。但傳統工藝的解析流程繁瑣且需消耗大量的蒸餾水及藥劑。如何提高鎵解析效率，減少蒸餾水消耗及化學藥劑的消耗，同樣是亟需解決的問題。
【發明內容】
[0006]針對現有技術中存在的上述缺陷，本實用新型提供了一種新的從拜耳法種分母液中回收鎵的裝置，該裝置在吸附時能有效降低釩吸附占據的點位，并在介質再生時，能有效提高鎵解析效率，且能大大延長鎵吸附介質工作壽命，降低鎵吸附介質的消耗量。
[0007]本實用新型是通過如下技術方案來實現的:一種從拜耳法種分母液中回收鎵的裝置，其包括至少一個稼吸附裝置，所述稼吸附裝置包括罐體，所述罐體頂部設有進液管道與其內部連通，所述罐體底部設有出液管道與其內部連通，所述罐體內由下至上依次設有承托板、鎵吸附介質層、導流板，所述進液管道上設有與其連通的進液口、反洗排水口、進氣口，所述進液口和反洗排水口上分別設有壓力表和取樣口，所述出液管道上分別設有與其連通的底排口、再生液進口、反洗進水口 A、產液口、反沖洗水進口 B，所述產液口上設有取樣口 ；所述罐體側壁的上部設有稼吸附介質裝料口，其下部設有稼吸附介質卸料口，所述罐體側壁上還設有與中排管道連接的中排口 ；所述罐體頂部設有排氣口與排氣管道連接。
[0008]本實用新型中的稼吸附介質層為帶有偕胺肟基團的納米吸附介質，為現有技術。本實用新型使用時，拜耳法種分母液以一定流速由上至下通過稼吸附介質層，母液中的鎵離子與吸附介質的偕胺肟基團形成多配位絡合物而被有效吸附。吸附過程中，通過控制種分母液與鎵吸附介質層的接觸時間，可以有效降低釩吸附占據的點位，提高稼吸附效率；吸附介質吸附一段時間飽和后，先從罐體的進氣口通入壓縮空氣，利用壓縮空氣將吸附介質內殘留的拜耳母液頂出，之后由反沖洗水進口 B泵入加熱到80?90°C的蒸餾水，將殘存于吸附介質內的種分母液及其他雜質沖洗干凈并為堿再生階段預熱介質；吸附介質再生時，將再生液自再生液進口泵入罐體內，對吸附介質進行解析再生，解析液自罐體的中排口排出，并收集后送至電解鎵單元制得高純度金屬鎵。罐體內的吸附介質再生后，可由反洗進水口 A泵入蒸餾水對吸附介質進行沖洗并使鎵吸附介質層重新分層，反洗水自反洗排水口排出，殘余水由罐體底部的底排口排出。由于稼吸附介質層底部的介質并未吸附飽和，比重大于中上部的吸附介質，反洗時該部分介質將會升至上層，下一周期時優先吸附，消除了傳統工藝中吸附介質的緩沖層，提高了吸附介質的利用率。
[0009]為了便于分類收集，所述中排管道上設有與其連通的水中排口和富鎵液中排口。
[0010]為了上述同樣的目的，所述底排口包括水底排口、富鎵液底排口。
[0011]為達到更好的鎵吸附效果，所述鎵吸附介質層與導流板之間間隔有一定距離，該間隔距離為75?200cm。
[0012]為降低母液中釩對鎵吸附的干擾，提高稼吸附效果，所述鎵吸附介質層的裝填高徑比為I?2，裝填高度為1.5m?4m。
[0013]為了提高稼吸附效果，所述稼吸附裝置為至少兩個，其相互并聯或串聯連接。
[0014]本實用新型結構設計簡單、合理，吸附時可以通過控制種分母液與鎵吸附介質的接觸時間來有效降低釩吸附占據的點位，大大減少吸附雜質，同時，本實用新型在介質再生時，能有效提高鎵解析效率；此外，本實用新型通過設計合理的稼吸附介質層高徑比也大大降低了吸附過程中釩吸附占據的點位，減少吸附雜質。由于本實用新型將傳統工藝的鎵提取設備中的吸附塔、飽洗塔、漂洗塔、淋洗塔、轉型塔合并設計為一個罐體，結構簡單，操作方便，生產過程中吸附介質不需要轉移，有效降低了納米吸附介質的破碎率，提高了納米吸附介質的使用壽命，鎵吸附介質的工作壽命由傳統工藝的20個周期左右延長至26個周期左右，大大降低了鎵吸附介質的消耗量。本實用新型操作簡單，投資及運行成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型實施例1中的結構示意圖；
[0016]圖2是本實用新型實施例2中的結構示意圖；
[0017]圖中，I是出液管道，2是再生液進口，3是反洗進水口 A，4是承托板，5是人孔，6是進液取樣口，7是進液口，8是鎵吸附介質層，9是罐體，10是排氣管道，11是進液管道，12是導流板，13是窺視鏡，14是稼吸附介質裝料口，15是中排口，16是反洗排水口，17是進氣口，18是稼吸附介質卸料口，19是產液口，20是產液取樣口，21是反沖洗水進口 B，22是底排口，23是中排管道；24是水中排口，25是富鎵液中排口，26是水底排口，27是富鎵液底排口，28是取樣口，29是壓力表。
【具體實施方式】
[0018]下面通過非限定性的實施例并結合附圖對本實用新型作進一步的說明:
[0019]實施例1
[0020]如附圖1所示，一種從拜耳法種分母液中回收鎵的裝置，其包括一個稼吸附裝置，所述稼吸附裝置包括罐體9，所述罐體9頂部設有進液管道11與其內部連通，所述罐體9底部設有出液管道I與其內部連通。在罐體9內由下至上依次設有承托板4、鎵吸附介質層
8、導流板12，其中，稼吸附介質層8為帶有偕胺肟基團的納米吸附介質構成，為現有技術。稼吸附介質層8與導流板12之間間隔有一定距離，該間隔距離優選為75?200cm。為提高鎵吸附處理效果，降低釩吸附點位，鎵吸附介質層8的高徑比優選為I?2，裝填高度優選為1.5m?4m。罐體9的側壁上設有鎵吸附介質裝料口 14、稼吸附介質卸料口 18及位于罐體9中上部的中排口 15，鎵吸附介質裝料口 14用于裝填鎵吸附介質，稼吸附介質卸料口18用于更換鎵吸附介質。所述中排口 15與中排管道23連接。為便于進入罐體9內部進行檢查，罐體9的側壁的上下部各設一個人孔5。罐體9的側壁上還設有兩個窺視鏡13，用以觀察運行時的吸附介質的狀況。所述進液管道11上設有與其連通的進液口 7、反洗排水口16、進氣口 17，在進液口 7和反洗排水口 16處均分別設有壓力表29和取樣口 28，在進液管道11上設有進液取樣口 6。所述出液管道I上分別設有與其連通的底排口 22、再生液進口
2、反洗進水口 A3、產液口 19、反沖洗水進口 B21，所述產液口 19處設有產液取樣口 20。所述罐體9頂部設有排氣口與排氣管道10連接。上述所有管口均通過自動或手動閥門控制其開關。
[0021]1、本實用新型運行時:本實用新型的進液是溫度為45?55°C的拜耳種分母液。運行時，打開進液口 7的閥門和產液口 19的閥門(其他閥門應關閉)，將種分母液以I?6BV/h的流速通過鎵吸附介質層8。通過鎵吸附介質靜態吸附實驗發現，當鎵離子濃度為120mg/L、釩離子濃度為180mg/L左右時，達到鎵平衡吸附量所需時間約為100分鐘，而達到釩平衡吸附量所需時間約為1200分鐘，因此通過控制拜耳母液與鎵吸附介質的接觸時間可有效地控制吸附介質的f凡吸附量。本實用新型控制接觸時間為1min?60min,可有效提高介質的鎵吸附量。
[0022]通過產液取樣口 20取樣檢測吸附后母液中鎵的含量，以確定合理的介質再生時間。
[0023]2、再生:
[0024]當產液取樣口 20處取樣的母液鎵含量接近原母液，表明鎵吸附介質層8已吸附飽和，需要對鎵吸附介質層8進行解析再生，再生工藝步驟如下:
[0025](I)反沖洗I+進氣1:
[0026]關閉進液口 7和產液口 19的閥門，打開反沖洗水進口 B21、中排口 15的閥門，以I?2BV/h的流速打入加熱至70?80°C的2?4BV的蒸餾水，置換出稼吸附介質層8中的拜耳母液，沖洗出介質層內殘留的一些雜質，并為下一步進熱堿再生液預熱鎵吸附介質，水由中排口 15排出并收集；
[0027]關閉反沖洗水進口 B21和中排口 15的閥門，打開進氣口 17和底排口 22的閥門，以6Nm3/(m2.min)的流量向罐體8內進0.1?0.2MPa無油壓縮空氣10分鐘，將稼吸附介質層8中的液體頂出，液體由底排口 22排出并收集。通過通入壓縮空氣，可更好地將沉積在介質層底部的比重較大的氫氧化鋁顆粒及其他雜質由底排口排出，同時節省蒸餾水的用量。本實用新型較傳統吸附工藝節約水量約20%。
[0028](2)進堿再生液+進氣II:
[0029]關閉進氣口 17和底排口 22的閥門，打開再生液進口 2和中排口 15的閥門，以I?2BV/h的流速打入2BV的溫度為80?90°C的4% NaOH溶液，以解析吸附飽和介質，排出液由中排口 15排出并收集；
[0030]關閉再生液進口 2和中排口 15的閥門，打開進氣口 17和底排口 22的閥門，以6Nm3/(m2.min)的流量進0.1?0.2MPa無油壓縮空氣10分鐘，將稼吸附介質層8中的液體頂出，由底排口 22排出并收集；此工藝段收集的富鎵液經簡單除雜、濃縮后送至電解段制得高純度鎵。
[0031](3)反洗 + 進氣 II1:
[0032]關閉進氣口 17和底排口 22的閥門，打開反洗進水口 A3和反洗排水口 16的閥門，以I?2BV/h的流速打入2?3BV蒸餾水將稼吸附介質層8中的液體置換出，并通過進水的水壓將鎵吸附介質層8重新分層。出水由反洗排水口 16排出并收集；
[0033]至此，罐內吸附介質解析完成，系統可開始下一周期運行。
[0034]本實用新型中，在吸附時能通過控制母液與鎵吸附介質接觸時間及設計合理的介質層高徑比來有效降低釩吸附量，減少吸附雜質。在對鎵吸附介質進行解析再生時，再生步驟大大簡化，水耗及藥耗大大降低。確保鎵吸附介質工作壽命由傳統工藝的20個周期左右延長至26個周期左右，降低鎵吸附介質的消耗量。本裝置操作簡單，投資及運行成本低。
[0035]本實施例中的其他部分采用已知技術，在此不再贅述。
[0036]實施例2
[0037]如附圖2所示，本實施例與實施例1基本相同，不同之處在于:本實施例中，在中排管道23上設有與其連通的水中排口 24和富鎵液中排口 25，所述底排口 22分為水底排口26和富鎵液底排口 27。
[0038]利用本實施例中的裝置進行稼回收時，其運行階段的操作與實施例1相同，在再生階段中:
[0039](I)反沖洗I+進氣1:
[0040]關閉進液口 7和產液口 19的閥門，打開反沖洗進水口 21、水中排口 24的閥門，自反沖洗進水口 21以I?2BV/h的流速打入加熱至70?80°C的2?4BV的蒸餾水，置換出吸附介質層中的拜耳母液，沖洗出介質層內殘留的一些雜質，水由水中排口 24排出并收集；
[0041]關閉反沖洗進水口 21和水中排口 24的閥門，打開進氣口 17和水底排口 26的閥門，以6Nm3/(m2 -min)的流量進0.1?0.2MPa無油壓縮空氣10分鐘，將吸附介質層中的液體頂出，由水底排口 26排出并收集。
[0042](2)進堿再生液+進氣II:
[0043]關閉進氣口 17和水底排口 26的閥門，打開再生液進口 2和富鎵液中排口 25的閥門，以I?2BV/h的流速打入2BV的溫度為80?90°C的4% NaOH溶液，以解析吸附飽和介質，排出液由富鎵液中排口 25排出并收集；
[0044]關閉再生液進口 2和富鎵液中排口 25的閥門，打開進氣口 17和富鎵液底排口 27的閥門，以6Nm3/(m2 -min)的流量進0.1?0.2MPa無油壓縮空氣10分鐘，將吸附介質層中的液體頂出，由富鎵液底排口 27 口排出并收集；此工藝段收集的富鎵液經簡單除雜、濃縮后送至電解段制得高純度鎵。
[0045](3)反洗 + 進氣 II1:
[0046]關閉進氣口 17和富鎵液底排口 27的閥門，打開反洗進水口 A3和反洗排水口 16的閥門，以I?2BV/h的流速打入2?3BV蒸餾水將吸附介質層中的液體置換出，并通過進水的水壓將鎵吸附介質層重新分層。出水由反洗排水口 16排出并收集。
[0047]至此，罐內吸附介質解析完成，系統可開始下一周期運行。
[0048]本實施例中的其他部分與實施例1相同，在此不再贅述。
【權利要求】
1.一種從拜耳法種分母液中回收鎵的裝置，其特征是:包括至少一個稼吸附裝置，所述稼吸附裝置包括罐體(9)，所述罐體(9)頂部設有進液管道(11)與其內部連通，所述罐體(9)底部設有出液管道(I)與其內部連通，所述罐體(9)內由下至上依次設有承托板(4)、鎵吸附介質層(8)、導流板(12)，所述進液管道(11)上設有與其連通的進液口(7)、反洗排水口(16)、進氣口(17)，所述進液口(7)和反洗排水口(16)上分別設有壓力表和取樣口，所述出液管道(I)上分別設有與其連通的底排口(22)、再生液進口(2)、反洗進水口 A(3)、產液口(19)、反沖洗水進口 B(21)，所述產液口(19)上設有取樣口 ；所述罐體(9)側壁的上部設有稼吸附介質裝料口(14)，其下部設有稼吸附介質卸料口(18)，所述罐體(9)側壁上還設有與中排管道連接的中排口(15);所述罐體(9)頂部設有排氣口與排氣管道(10)連接。
2.根據權利要求1所述的從拜耳法種分母液中回收鎵的裝置，其特征是:所述中排管道上設有與其連通的水中排口(24)和富鎵液中排口(25)。
3.根據權利要求1所述的從拜耳法種分母液中回收鎵的裝置，其特征是:所述底排口(22)包括水底排口(26)、富鎵液底排口(27)。
4.根據權利要求1所述的從拜耳法種分母液中回收鎵的裝置，其特征是:所述鎵吸附介質層⑶與導流板(12)之間間隔有一定距離，該間隔距離為75?200cm。
5.根據權利要求1或2或3所述的從拜耳法種分母液中回收鎵的裝置，其特征是:所述鎵吸附介質層(8)裝填高徑比為I?2，裝填高度為1.5m?4m。
【文檔編號】C22B3/02GK203833992SQ201420257189
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月19日 優先權日:2014年5月19日
【發明者】王文波, 王顏亭 申請人:山東同源和環境工程有限公司