Исследование возможности извлечения редких металлов из золы-уноса ТЭЦ (MS Word 97) (стр. 9 из 10)
| № | Фактор | Центр плана | Интервал варьирования | Погрешность |
| I | Температура (X1), °C | 70 | 20 | 2 |
| II | Концентрация щелочи (X2), г/л | 250 | 150 | 5 |
| III | Время выщелачивания (X3), ч | 2,5 | 1,5 | 0,1 |
Таблица 3.2.3.2.
План эксперимента и полученные результаты
| № | Температура (X1), °C | Концентрация щелочи (X2), г/л | Время выщелачивания (X3), ч | mGa, мкг | aGa, % |
| 1 | 90 (+) | 400 (+) | 4 (+) | 306±32 | 47,8 |
| 2 | 50 (-) | 400 (+) | 4 (+) | 146±17 | 22,8 |
| 3 | 90 (+) | 100 (-) | 4 (+) | 36,3±6,6 | 5,6 |
| 4 | 50 (-) | 100 (-) | 4 (+) | 15,1±2,8 | 2,4 |
| 5 | 90 (+) | 400 (+) | 1 (-) | 214±24 | 33,4 |
| 6 | 50 (-) | 400 (+) | 1 (-) | 76,4±10,1 | 11,8 |
| 7 | 90 (+) | 100 (-) | 1 (-) | 24,1±2,8 | 3,8 |
| 8 | 50 (-) | 100 (-) | 1 (-) | 11,2±1,2 | 1,8 |
Статистическая обработка результатов в приложении 4.
Получено уравнение регрессии:
aGa, %=16,2+6,5×X1+12,8×X2+3,5×X3+5,2×X1×X2+2,9×X2×X3
Таким образом, из полученных коэффициентов уравнения регрессии можно сделать следующие выводы. Наибольшее влияние на степень извлечения галлия оказывает концентрация щелочи, меньшее – температура и время выщелачивания. При этом совместное влияние температуры и концентрации щелочи значительнее, чем сочетание концентрации и времени выщелачивания.
Для изучения влияния времени на насыщаемость раствора галлием при обработке обескремненной золы щелочным раствором нами были выбраны следующие условия:
· концентрация щелочи 200 г/л;
· температура 80°C;
· Т:Ж=1:5 (20 г золы и 100 мл щелочи).
Полученные результаты приведены в таблице 3.2.3.3.
Таблица 3.2.3.3.
Зависимость степени извлечения галлия от времени
| Время выщелачивания, ч | Количество извлеченного галлия, мг | Степень извлечения a, % |
| 1 | 0,35±0,06 | 48,6 |
| 2 | 0,41±0,05 | 56,3 |
| 3 | 0,43±0,09 | 60,2 |
| 4 | 0,48±0,06 | 66,9 |
Статистическая обработка результатов в приложении 5.
Рисунок 3.2.3.
 |
Из таблицы 3.2.3.3 и рисунка 3.2.3. видно, что зависимость прямолинейная и максимум извлечения за 4 часа не достигнут. При этом за первый час в раствор переходит почти половина галлия.
3.2.4. Исследование возможности полного извлечения галлия при многостадийной обработке золы
Для того чтобы интенсифицировать процесс выщелачивания галлия, обескремненная зола последовательно обрабатывалась свежими растворами щелочи в 3 стадии по одному часу.
Исследование проводилось в условиях:
· концентрация щелочи 200 г/л;
· температура 80°C;
· Т:Ж=1:5 (20 г золы и 100 мл щелочи).
Данные приведены в таблице 3.2.4.
Таблица 3.2.4.
Полнота извлечения галлия при многократной обработке растворами щелочи
| Стадия | Время обработки, ч | S количество извлеченного галлия, мг | SaGa, % |
| I (обескремнивание) | 3 | 1,25±0,14 | 63,5 |
| II | 1 | 1,61±0,17 | 81,7 |
| III | 1 | 1,85±0,18 | 94,1 |
| IV | 1 | 1,93±0,21 | 98,2 |
Статистическая обработка результатов в приложении 6.
Таким образом, при многократной обработке обескремненной золы галлий извлекается практически полностью.
3.3. Электрохимическое выщелачивание ванадия
Поскольку в предыдущих опытах не была достигнута достаточная степень извлечения ванадия в раствор, нами исследовалось электрохимическое выщелачивание в кислой и щелочной средах (см. 2.6.3.).
3.3.1. Электровыщелачивание в кислой среде
Исследования проводились в условиях:
· концентрация H2SO4 100 г/л;
· температура 20°C;
· время электролиза 2 ч;
· отношение Т:Ж=1:10 (20 г золы и 200 мл кислоты);
· титановый катод и свинцовый анод.
Полученные данные приведены в таблице 3.3.1.
Таблица 3.3.1.
Зависимость полноты извлечения металлов от плотности тока
| Условия опыта | V | Fe | Al | |||
| m, мг | a, % | m, г | a, % | m, г | a, % | |
| Sk=41 см2 I=1 A i=24,4 mA/см2 | 0,26±0,04 | 3,9 | 0,30±0,02 | 25,7 | 0,32±0,04 | 8,9 |
| I=2 A i=48,8 mA/см2 | 0,38±0,06 | 5,8 | 0,33±0,03 | 29,0 | 0,37±0,04 | 10,2 |
| I=5 A i=122 mA/см2 | 0,73±0,11 | 11,0 | 0,39±0,03 | 33,8 | 0,40±0,05 | 11,3 |
| I=10 A i=244 mA/см2 | 0,77±0,11 | 11,7 | 0,59±0,05 | 51,5 | 0,45±0,05 | 12,7 |
Статистическая обработка результатов в приложении 7.
Из таблицы 3.3.1. следует, что повышение плотности тока с 24,4 до 244 mA/см2 увеличивает степень извлечения железа на 25%, алюминия – на 4%, ванадия – на 8%, что все же недостаточно.
3.3.2. Электровыщелачивание в щелочной среде
Было исследовано влияние температуры на электровыщелачивание ванадия в щелочной раствор. Исследование проводилось при условиях:
· концентрация щелочи 200 г/л;
· время обработки 1 ч;
· отношение Т:Ж=1:10 (25 г золы и 250 мл щелочи);
· титановые катод и анод;
· i=25 mA/см2.
Полученные данные приведены в таблице 3.3.2.
Таблица 3.3.2.
Зависимость содержания ванадия в растворе электровыщелачивания от температуры
| t, °C | mV, мг | aV, % |
| 20 | 0,67±0,15 | 8,1 |
| 85 | 1,05±0,23 | 12,7 |
Из анализа таблиц 3.3.1. и 3.3.2. можно заключить, что как в кислой, так и в щелочной средах в исследованных условиях не наблюдается увеличения степени извлечения ванадия. Поэтому поиски по извлечению ванадия должны быть продолжены.
1. Показано, что галлий может быть полностью извлечен из золы-уноса ТЭЦ четырехкратной обработкой раствором щелочи концентрацией 200 г/л при t=80°C и Т:Ж=1:10.
2. Извлечение ванадия из золы-уноса ТЭЦ растворами кислоты и щелочи в исследованных условиях составляет 11-12%.
3. Добавка NaCl при кислотном выщелачивании позволяет извлечь в раствор 79,8% железа и 24% галлия.
1. Дымов А.М., Савостин А.П. Аналитическая химия галлия. – М.: Наука, 1968. – С. 5-9, 131-134.
2. Иванова Р.В. Химия и технология галлия. – М.: Металлургия, 1973. – С. 5-9, 131-134.
3. Еремин Н.И. Галлий. – М.: Металлургия, 1964.
4. Меерсон Г.А., Зеликман А.Н. Металлургия редких металлов. – М.: Металлургииздат, 1955. – С. 495-501.
5. Beja M. Chimie et Industrie, 67, I, 1952, 45-55, цит. по [4].
6. Резник П.А., Иванова Р.В. Сборник научных трудов Гиредмета, 1, 238, 258 (1959).
7. Резник П.А., Миронова З.М. Цветные металлы, 12, 60 (1940).
8. Яценко С.П., Деменев Н.В. Журнал неорганической химии, 4, 869 (1959).
9. Хасиева С.А., Зеликман А.Н., Иванова Р.В. Азербайджанский химический журнал, №5, 109 (1964).
10. Еремин Н.И., Гуськов В.М. Журнал прикладной химии, 33, 157 (1960).
11. Нижник А.Т., Шехтер З.В. Журнал прикладной химии, 35, 295 (1962).
12. Шалавина Е.Л., Гусарова Т.Д. Труды института металлургии АН КазССР, 1964. – Т. 9. – С. 121-129.
13. Шалавина Е.Л., Гусарова Т.Д. Труды института металлургии АН КазССР, 1965. – Т. 12. – С. 52-57.
14. Химия и технология редких и рассеяных элементов. Ч. I. /Под ред. К.А. Большакова. – М.: Высшая школа, 1976. – С. 245-276.
15. Gastinger E. Berg-und Huttenmannische Monatshefte, 99, I, 1954, 13, цит. по [4].
16. Нижник А.Т., Шехтер З.В. Журнал прикладной химии, 37, 742 (1964).
17. Morgan G.J. Chem. Soc., 1935, p.556, цит. по [2].
18. Кострикин В.М., Иванов-Эмин Б.Н. Журнал прикладной химии, 13, №10 (1940).
19. Janagari M.J. Coal Research Inst. (Japan), 1956, v. 7, p. 129-138, цит. по [2].
20. Schreiter W. Chem. Techn., 1954, Bd 3, s. 141-143, цит. по [2].
21. Еремин Н.И. Изв. вузов. Цветная металлургия. 1960. Т. 2. С. 108.
22. Абишева З.С., Блайда И.А., Пономарева Е.И. Цветные металлы. 1994. №3. С. 36-38.
23. Абишева З.С., Блайда И.А., Пономарева Е.И. Цветные металлы. 1994. №2. С. 42-44.
24. Людоговский Г.И. Требования промышленности к качеству минерального сырья. Ванадий. Госгеолтехиздат, 1960.
25. Химия и технология редких и рассеянных элементов. Ч. III. /Под ред. К.А. Большакова. – М.: Высшая школа, 1976. – С. 16-36.
26. Ежовска-Тршебятовска Б., Копач С., Микульский Т. Редкие элементы. – М.: Мир, 1979. – С. 297-300.
27. Амирова С.А., Печковский В.В. и др. Журнал прикладной химии, 36, №5, 936 (1963).
28. Veres J. Acta techn. Acad. scient. hung., 41, №3-4 (1962), цит. по [25].
29. Винаров И.В., Янкелевич Р.Г. Украинский химический журнал, 30, №5, 524 (1964).
30. Кунаев А.М. Пиро-гидрометаллургические способы переработки ванадиевого сырья Казахстана. – Алма-Ата: Наука, 1971. – С. 17-21.
31. Основы металлургии. Т. IV. Редкие металлы. /Отв. ред. Грейвер Н.С. и др. – М.: Металлургиздат, 1967.
32. Ростокер У. Металлургия ванадия. – М.: ИЛ., 1959. – С. 9.
33. Izumi Tsuboi, Shigetami Kasai, Takuya Yamamoto, Isao Komasawa, Eiichi Kunugita. Извлечение редких металлов из летучей угольной золы // Int. Solv. Extr. Conf., 1990 (ISEC’90), Kyoto, July 16-21, 1990: Abstr.–[Kyoto], 1990. – С. 215. – Англ., цит. по РЖХим 8Л52, 1991.
34. Schemel Roberto, Rodriguez Domingo, Salazar Ramon. Выщелачивание и извлечение ванадия из ванадийсодержащих отходов //Пат. 4539186, США. Заявл. 15.03.84 №589951, опубл. 3.09.85. МКИ С 01 G 31/00, НКИ 423/62, цит. по РЖХим 12Л121, 1986.
35. Каваёси Яцухиро. Извлечение ванадия // Заявка 60-161339, Япония. Заявл. 30.01.84, №59-13332, опубл. 23.08.85. МКИ С 01 G 31/00, С 22 В 34/22, цит. по РЖХим 13Л126, 1986.