Brevet FR2591582A1 — publié le 19870619

PROCEDE DE PRODUCTION DE GALLIUM, EXTRAIT DES POUSSIERES DES COLLECTEURS DE GAZ DtINSTALLATIONS DE PRODUCTION D'ALUMINIUM L'invention concerne un procédé de production de gallium à partir d'une poussière récupérée dans les systèmes collecteurs de gaz d'installations de production électrolytique d'aluminium à partir d'un mélange de bauxite et de cryolithe. Les principaux éléments constitutifs de cette poussière sont du carbone et des oxydes d'aluminium, 2c! de sodium et de fer. La poussière contient normalement, environ 0,2 à environ 0,5 en poids de gallium. Il est connu de récupérer le gallium de la poussière identifiée ci-dessus, en mélangeant cette poussière à un excès d'un carbonate de métal alcalin ou d'un hydroxy.de de métal alcalin, en traitant ce mélange à tempé- rature élevée sous atmosphère oxydante, puis en filtrant ensuite le produit traité dans une solution aqueuse pour dissoudre le gallium. Le gallium est ensuite extrait de la solution de filtrage, par exemple par extraction liquide- liquide. La récupération de gallium est cependant faible et normalement inférieure à 70%. Il est en outre connu qu'on peut traiter de l'argile (silicate d'aluminium) contenant de petites quantités de gallium, par de l'acide chlorhydrique pour filtrer le gallium, et qu'on peut extraire le gallium de la solution de filtrage riche, par extraction liquide- liquide, en utilisant un composé d'amine comme élément d'extraction. Le gallium est ensuite débarrassé;'de la phase organique par une solution de transfert (extraction) contenant de l'acide chlorhydrique, ce qui permet d'obtenir une solution de GaCl3. Le matériau de silicate d'aluminium est cependant très différent de la poussière récupérée dans les systèmes collecteurs de gaz des installations de production électrolytique d'aluminium. Enfin, il est connu qu'on peut extraire le gallium des solutions de rebut de production de germanium en utilisant du tri-n-butyl-phosphate (TBP), dilié comme élément d'extraction organique. Ces types de solutions sont des mélanges d'acide sulfurique et d'acide chlorhydrique, et il est nécessaire d'utiliser un élément d'extraction organique comprenant 10 de TBP dissous dans un diluant aliphatique pour obtenir ule extraction sélective du gallium. Cela implique que de grandes quantités de solution organique doivent être utilisées. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus de l'art antérieur en créant un procédé simple et bon marché de production de gallium, dans lequel du gallium de grande pureté peut être extrait de la poussière récupérée de>; systèmes collecteurs de gaz 23 des installations de production électrolytique d'aluminium. A cet effet, l'invention concerne un procédé d'extraction sélective de gallium à partir d'une poussière récupérée dans les systèmes collecteurs de gaz d'installations de production électrolytique d'al-iminium, procédé caractérisé en ce que la poussière est lessivée dalls une solution aqueuse d'acide chlorhydrique, ce qui permet de dissoudre le gallium sous forme de chlorure de gallium, après quoi le chlorure de gallium est extrait sélectivement de la solution mère de lessivage par une phase organique constituée de tri-n-butyl-phosphate non dilué, et en ce q:l. le gallium est débarrasé de la phase organique par de l'eau ou par une solution alcaline de NaOHI dont la concentration est comprise entre 0,- et 3 M, et de préférence entre 1 et 2 M. La poussière est de préférence lessivée par uns solution d'acide chlorhydrique en concentration de 3 à 8 M, à une temp.,:?at ire de 95 à 105 C. Selon une formie préférée de réalisation de l'invention, toute quantité éventuelle de fer ferrique dissoute avec le gallium, est réduite en fer ferreux par adjonction d'un agent réducteur, de préférence constitué par de la poudre de fer, avant que la solution de filtrage riche soit mise en contact vec la phase d'extraction organique. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, la poussière est traitée sous atmosphère oxydante à une températ:re de 500 à 1 000 C avant l'étape de lessC-i:ge Ce traitement pernet de ret.iLr,- de la poassi-re, le carboine, les fluorures et le goudron, ce qui réduit d'environ 507, le poids de la pot.i%.'î. 2;u Le procédé selon l'invention permet d' obt.-iir un rendement de lessivage élevé du gallium, sup--ieu:i- à 30.., et d'e't'aire le gallium sélectivement au rn. :l d- T3P non dilué. L'utilisation de TBP non diLié. per-nmet d'obtenir une réductior1 importante du volume 2 d,ô la phase d; extraction organique comparativement au procédé conil, dans lequel on utilise une phase organique comprenant '. de TBP d.il-lié dans un diluant aliphatique. L'inveution sera maintenant décrite plus en détails en se référant aux exemples ci-après. 3 r). . Exemple 1. g de poussière collectés dans un système collecteur de gaz d'une installation de production électrolytique d'aluminium, ont été lessivés avec 1000 ml, 6 M, de solution d'acide chlorhydrique. La température de lessivage était de 100 C. L'analyse chimique de la poussière était la suivante: Carbone 33% en poids Fluor 17% Oxygène 17% Aluminium 13% " Sodi. ,m 9% Fer 6% " Soufre 3% " Calci-um,;o Gallium 0,47% " L'analyse chimique de la solution mère était la suivante: Gallium 0,8 g/l Fer 13,4 " Aluminium 25,0 " Sodi:lm 17,4 Fluor 29,4 " Chlore 212 " Le rendement du lessivage du galtianm était aussi de 85%. De la poudre de fer a été ajoutée à la solution mère de lessivage pour réduire le fer ferrique en fer ferreux. Cela a permis d'augmenter ainsi la teneur en fer de la solution de lessivage jusqu'à 18, 4 g/1.l Ensuite, la solution mère de lessLvage a été mise en contact avec du tri-n-butylphosphate dans un rapport de volume de 5/1 entre la phase aqueuse et la phase organique, ce qui a permis d'extraire le gallium de la phase organique. La teneur en gallium de la soli-titn de lessivage a ainsi été réduite de 0,8 g/l à moins de 0,02 g/1. Cela signifie que 97,5% du gallilm de la solution ont été extraits par contact aveo le TBP non dilué. Le gallium a maintenant été débarrassé de la phase organique en amenant, en deux étapes, la phase organique en contact avecs de l'eau de pH 7. Le rapport de volume eau/matière organique était de 1:1. La solution aqueuse obtenue contenant du gallium a ensuite été de nouveau mise en contact avec du TBP dans un rapport de volume eau/matière organique de 5/1. Le gallium a ensuite été décapé par mise en contact de la phase organique avec l'eau de la meme manière que celle décrite ci-dessus. La solution d'extraction ou transport finale présentait le dosage suivant: Gallium 5 g/li Fer 0,05 g/li Aluminium 0,05 g/li Sodium 0,54 g/li Fluor 0,026 g/1 Bien que le rapport Ga/Fe de la solution mère de lessivage soit de 0,06, le rapport Ga/Fe de la solution d'extractin finale était supérieure à 1 Oc0. 9 Exemple 2. Dans une installation pilote pour la production continue de galli.lm à partir de poussière recup'Äe d'un système collecteur de gaz d'installations de production électrolytique d'aluminiam, on a lessivé 12 kg de poussière par heure dans 30 litres/heure de 6 M d'HCl. La température de lessivage était maintenue à 1000C. La solution mère de lessivage présentait le dosage moyen suivant: Gallium 1,1 g/1 Aluminium 35 g/i Fer 20 g/li SodiAm 25 g/1 Fluor 50 g/1 Chlore 212 g/l Le fer ferrique de la solution mère de lessivage a été réduit en fer ferreux par adjonction de fer élémentaire. La teneur moyenne en fer de la solution mère a ainsi été augmentée à 40 g/l. La solution more de lessivage a ensuite été mise en contact avec du tri-nbutyl-phosphate danis un appareil de mélange et dép8t. Le rapport en volume 13 entre la solution de filtrage et le TBP a été régulé à /1. Le gallium a ainsi été extrait de la phase organique. La teneur en gallium de la solution de lessivage a ainsi été réduite à une valeur inférieure à 0,02 g/l. Cela signifie que plus de 98,1% de la teneur en gallium ont été extraits de la phase organique. 1/4 de la phase organique a été soutiré en permanence pour en extraire la teneur en gallium. La phase organique a été ramenée à l'étape d'extraction après extraction. ' Le gallium a été extrait de la phase organique par mise en contact de cette phase organique avec de l'eau dans un rapport en volume phase organique/ eau de 1:1. Après avoir fait fonctionner l'ins- tallation pilote jusqu'à atteindre l'équilibre, on a obtenu la teneur moyenne suiîzante des d'"férents éléments dans la solution d'extraction. Gallium 15 g/î Fer 0,05 g/l Aluminium 0,003 g/li Fluor Chlore 0,25 g/li g/li Alors que le rapport Ga/Fe dans la solution mère de lessivage était de 0,06, le même rapport était de 300 dans la solution d'extraction. Cela montre que le procédé selon l'invention permet dtobtenir une extraction très sélective du gallium. 2S91582 REVENDICATIONS 1- Procédé d'extraction sélective de gallium à partir d'une poussière récupérée dans les systèmes collecteurs de ga, d'installations de production électrolytique d'aluminium, procédé caractérisé en ce que la poussière est lessivée dans une solution aqueuse d:acide chlorhydrique, ce qui permet de dissoudre le gallium soirus forme de chlorure de gallium, après quoi le chlorure de gallium est extrait sélectivement de la solu- tion mère de lessivage par une phase organique constituée de tri-n-butylphosphate non dilué, et en ce que le gallium est débarrassé de la phase organique par de l'eau ou par une solution alcaline de NaOH dont la concentration est comprise entre 0,1 et 3 M, et de préférence entre 1 et 2M. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poussière est lessivée par une solution aqueuse d'acide chlorhydrique d'acidité comprise ente" 3 et 8 M, et en ce que la température de lessivage est maintenue entre 50 et 120 C, et de préférence entre et 105 0C. 3- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fer ferrique de la solution 23 mère est réduit en fer ferreux par addition d'un agent réducteur, avant que la solution mère de lessivage soit mise en contact avec la phase organilique. 4- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poussière est traitée sous atmosphère oxydante à une température comprise entre 500 et 1000 C avant l'étape de filtrage.