[发明专利]从粉煤灰和煤矸石中提取镓的生产工艺

说明书

技术领域

本发明属于固体废弃物回收利用技术领域，具体涉及一种从粉煤灰和煤矸石中提取镓的生产工艺。

背景技术

煤系固体废物包括粉煤灰和煤矸石，来自煤的开采、加工和利用过程。煤矸石是与煤伴生的岩石，在采煤和煤的洗选过程中，都有煤矸石排除。粉煤灰则是燃煤废杂，是燃煤电厂排出的固体废弃残渣。目前，我国煤系固体废物总堆存量已超过20亿吨，而且还在不断增加，不仅占用了大量的土地资源，而且还严重污染着环境。

不久的将来必须实施粉煤灰和煤矸石综合利用，通过循环利用实现废弃物的零排放这一目标。国内外目前对粉煤灰和煤矸石大多采用烧制水泥、空心砖等途径，这些利用方式仅仅为一种低水平的利用，往往难以获得良好的经济效益。因此，如何提高粉煤灰和煤矸石的利用价值，成为矿山、电力及相关企业实现可持续发展所面临的亟待解决的重大问题。

化学分析表明，煤中含有80多种元素，燃烧时其中少部分随烟排掉，大部分仍保留在粉煤灰中，其主要组成元素为硅、铝、氧、铁，其次还有钙、镁、钾、钠、硫、钒、钛等，同时还赋存一些珍贵的稀有金属锗、镓、铀、钍等元素。因此，如能将其中的高附加值成分提取出来得到有效利用，可成为一种来源广泛的、可取得良好经济效益的再生资源。

粉煤灰和煤矸石的综合利用研究，特别是从中提取氧化铝的研究自上世纪40年代开始至今，国内外的许多专家、学者在这方面进行了大量的工作，提出了多种提取方法。其中，代表性的主要有：石灰石烧结法、碱石灰烧结法、碱烧法、氟氨助溶法等等。在这些方法中，石灰石烧结法是目前唯一付诸于工业实践的一种方法，其它方法由于工艺条件的限制、氧化铝提取率低、能耗高、生产成本高、排渣量大等各种原因，目前仍然停留在实验阶段。

需要指出的是，这些方法主要考虑粉煤灰和煤矸石中主量成分氧化铝的经济价值，而其他成分往往作为杂质处理掉。特别是对赋存珍贵的稀有金属镓、锗、铀、钍等元素未能综合利用，针对粉煤灰中稀有金属镓、锗的回收，现有成果多是采用对粉煤灰高温焙烧，使镓、锗升华并通过冷凝富集方式回收。从煤矸石中回收镓、锗的技术研究则报道更少。从煤系固体废物中有效回收利用稀有金属是实现综合利用，获得良好的经济效益的途径之一。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中镓提取率低、能耗高、工艺复杂、残渣量大以及残渣利用附加值低的技术问题，而提供一种工艺简单，能耗低，镓提取率高的从粉煤灰和煤矸石中提取镓的生产工艺。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种从粉煤灰和煤矸石中提取镓的生产工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：

(1)对粉煤灰或煤矸石进行研磨，并使其颗粒直径为200-240目，将研磨后的粉煤灰或煤矸石与Na₂CO₃按粉煤灰或煤矸石∶碳酸钠＝1∶0.5-5的比例混合、搅拌，该比例为重量百分比；

(2)将步骤(1)形成的混合物在温度600-1000℃条件下煅烧0.5-2小时；

(3)向烧结产物中加入适量的水，其中的Na₂SiO₃和NaAlO₂被溶于水中，按重量百分比烧结物∶水＝1∶50-200，在温度60-95℃条件下浸取0.5-2小时后过滤；

(4)向步骤(3)所得滤液中通入CO₂，碳分3小时后过滤，得到H₂SiO₃和Al(OH)₃混合物，过滤得硅铝混和物；

(5)在步骤(4)所得的滤液中加入工业盐酸，使其溶液的pH为1.0-5.5，倒入装有经活化的吸附材料的吸附柱内，镓被吸附在柱子上；

(6)将步骤(5)得到的吸附镓的柱子用洗脱液0.5-3.5mol/L HCl洗脱，洗脱后的溶液为GaCl₃溶液，再经浓缩、结晶，即制得氯化镓。

步骤(2)中所述煅烧的时间为0.5～1小时。

步骤(3)中所述烧结物与水的重量百分比为1∶70～150；浸提温度为70℃～85℃；浸提时间在1～1.5小时。

步骤(5)中所述溶液的pH为2.0-3.5。

步骤(5)中所述吸附材料为海泡石、蒙脱石或阳离子树脂。

步骤(6)中所述洗脱液的酸度为1.0-2.5mol/LHCl。