Г/л;

200 г/л;

время обработки 2 ч;

Т:Ж=1:5 (40 г золы и 200 мл серной кислоты).

Анализ на содержание элементов в растворе проводился по методикам 2.5.1 – 2.5.4. Степень извлечения металлов рассчитывалась исходя из их содержания в спеке обескремненной золы, %: Ga – 0,0036; V – 0,033; Fe – 5,77; Al – 17,9 (см. 2.5.6.). Данные приведены в таблице 3.2.1.

Таблица 3.2.1.

Полнота выщелачивания Ga, V, Fe и Al в серной кислоте

Темпе-ратура, C	NaCl, г/л	Ga		V		Fe		Al
		m, мг	, %	m, мг	, %	m, г	, %	m, г	, %
55	-	0,090,02	6,1	0,810,11	4,6	0,660,02	36,8	0,780,05	17,7
70	-	0,140,04	9,6	1,090,15	6,2	0,850,03	47,2	0,890,06	20,2
90	-	0,230,06	16,3	1,060,15	6,0	1,090,04	60,4	1,040,06	23,6
85	5	0,370,10	25,6	1,020,14	5,8	1,280,05	71,1	1,030,06	23,4
85	50	0,350,10	24,0	1,230,17	7,0	1,440,05	79,8	0,920,06	20,8

Статистическая обработка результатов в приложении 2.

Из таблицы 3.2.1. видно, что кислотное выщелачивание не приводит к эффективному извлечению галлия и ванадия из золы-уноса ТЭЦ. Повышение температуры и введение добавки NaCl увеличивает извлечение галлия в 2,7 и 4 раза соответственно. Но полнота извлечения галлия недостаточна. Можно отметить значительную степень извлечения железа серной кислотой, которая при температуре 80C и в присутствии NaCl концентрацией 50 г/л достигает 79,8%, что может быть использовано при разработке технологической схемы комплексной переработки золы.

3.2.2. Исследование эффективности выщелачивания галлия, ванадия, железа и алюминия щелочными растворами с добавкой NaCl

Обработка обескремненной золы в щелочной среде проводилась в условиях:

концентрация щелочи 200 г/л;

температура 80C;

время обработки 2 ч;

Т:Ж=1:5 (40 г золы и 200 мл щелочи).

Полученные данные приведены в таблице 3.2.2.

Таблица 3.2.2.

Извлечение Ga, V, Fe и Al при щелочной обработке

NaCl, г/л	Ga		V		Fe		Al
	m, мг	, %	m, мг	, %	m, мг	, %	m, мг	, %
-	0,810,09	56,3	2,10,4	12,1	23,41,0	1,3	33911	7,7
5	0,790,09	55,1	1,20,2	7,0	12,40,5	0,7	662	1,5
50	0,800,09	56,0	1,80,3	10,2	7,90,3	0,4	532	1,2

Статистическая обработка результатов в приложении 3.

Из таблицы 3.2.2. следует, что при обработке щелочью железо и алюминий выщелачиваются незначительно; ванадий выщелачивается на 12%, что в 2 раза больше, чем в кислоте, но также недостаточно. Довольно эффективно в щелочной среде переходит в раствор из золы галлий, более чем наполовину. Введение добавки NaCl уменьшает степень извлечения ванадия и алюминия и практически не сказывается на степени извлечения галлия и железа.

3.2.3. Исследование влияния концентрации щелочи, температуры и времени выщелачивания на полноту извлечения галлия

В связи с тем, что в щелочной среде галлий выщелачивается эффективно, было изучено влияние на степень извлечения галлия из необработанной золы таких факторов, как концентрация щелочи, температура и время выщелачивания (таблица 3.2.3.1.). Было проведено математическое планирование эксперимента и составлен план 2³ (таблица 3.2.3.2.). Степень извлечения галлия рассчитывалась исходя из его содержания в спеке необескремненной золы: 0,0035%.

Таблица 3.2.3.1.

Факторное пространство

№	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	Ga, %
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:

_Ga, %=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 , %
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.

З

_Ga, %

70

65

60

55

50

45

ависимость степени извлечения галлия от времени

1 2 3 4 , ч

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	 количество извлеченного галлия, мг	 Ga, %
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