Учёные СФУ предложили комплексный подход для получения галлия из отходов

Учёные-химики Сибирского федерального университета предложили комплексный способ извлечения рассеянного элемента галлия из отходов алюминиевого производства.

Важной особенностью этого подхода является использование на стадии концентрирования и разделения сорбции — извлечения нужного компонента с помощью гранул сорбента вместо широко распространенной экстракции (извлечения при помощи растворителя). Важно, что это позволяет отказаться от использования токсичных органических растворителей. В полученном растворе содержание посторонних примесей — алюминия, железа, никеля, кальция — минимально. Конечным продуктом, получаемым в результате применения предложенного комплексного подхода, является технический металлический галлий. Этот металл в целом востребован в производстве микроэлектроники, медицинских лазеров и ветрогенераторов, а также элементов смартфонов.

Галлий — металл с довольно нетипичными свойствами. Он напоминает ртуть своей способностью быть жидким при температуре чуть выше комнатной, однако практически не испаряется и поэтому широко применяется в производстве современных медицинских термометров. При этом он широко используется для производства различной электроники, магнитов для ветрогенераторов, а в последнее время набирает популярность в области создания современных смартфонов.

«Мы предлагаем комплексный подход к выделению галлия из золы углеродного концентрата. Углеродный концентрат образуется в результате алюминиевого производства и на сегодняшний день практически не перерабатывается, считаясь отходом. В нём накапливаются значительные количества галлия, который, в силу своих свойств, практически не образует собственных месторождений, поэтому в промышленности этот металл получают как побочный продукт производств, связанных с переработкой сульфидных полиметаллических руд, либо при сжигании угля в процессе получения электрической и тепловой энергии», — сообщила соавтор исследования, кандидат химических наук, сотрудник Сибирского федерального университета Ольга Буйко.

Предложенная комплексная схема выделения галлия включает в себя процесс озоления углеродного концентрата при 600ºС, выщелачивание галлия из полученной золы соляной кислотой, концентрирование галлия и отделение от макрокомпонентов с помощью промышленно выпускаемых анионитов из кислых растворов, и «смывание» галлия с поверхности сорбентов дистиллированной водой. Последней завершающей ступенью процесса является осаждения галлия из раствора на галламу алюминия и получение технически чистого галлия.

«Соединения галлия в процессе сжигания остаются в „зольном остатке“. Потом галлий выделяется из зольного остатка растворами разбавленной соляной кислоты. Благодаря образованию в таких растворах устойчивых анионных хлоридных комплексов возможно высокоизбирательное концентрирование галлия с использованием анионных полимерных сорбентов. В этом исследовании мы подобрали оптимальные режимы сжигания отходов, растворы и температурные режимы для эффективного выщелачивания галлия из полученной золы, сорбенты избирательные к галлию в достаточно жёстких условиях среды, условия десорбции — извлечение галлия обратно из сорбента. Десорбция („смывание“ галлия с сорбента) в итоге осуществляется обычной дистиллированной водой. В завершении процесса металл из подщелаченных и концентрированных по галлию растворов осаждается, например, „на галламу“ (сплав галлия с алюминием), получается так называемый технический галлий», — продолжила Ольга Буйко.

Такой метод позволяет получать ценный продукт из неперерабатываемых отходов алюминиевого производства, снижая экологическую нагрузку на окружающую среду. Он может использоваться на производственных площадках, например, крупнейшего российского производителя алюминия — компании «РУСАЛ».

Работа выполнена по заданию Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, грант FSRZ-2020-0013.

Источник: https://news.sfu-kras.ru/node/28664