Способ получения германиевого концентрата из ископаемых углей
METHOD FOR PRODUCING GERMANIUM CONCENTRATE FROM FOSSIL COALS

Изобретение относится к способу переработки германийсодержащего сырья, в качестве которого используют германийсодержащий уголь или лигнит.
3
Известен способ переработки германийсодержащего сырья (патент RU 2616751 Опуб. 18.04.2017 Бюл. №11), включающий его термическую обработку с использованием кислородосодержащего газа и водного раствора минеральной кислоты для извлечения германия. В качестве германийсодержащего сырья используют уголь или лигнит, в качестве раствора минеральной кислоты используют водный раствор разбавленной серной кислоты. Термическую обработку проводят в две стадии с извлечением дополнительно к германию иттрия и скандия. При этом на первой стадии первоначально проводят пиролиз в инертной среде при температуре 800-700°C с получением твердого остатка, на второй стадии сжигают этот остаток при температуре 750-700°C и коэффициенте избытка воздуха α=1,05-1,1, образования осадка Fe(OH), в который переходит германий, содержавшийся в растворе, осадок отфильтровывают и сушат при 120-130°C.
Недостатками данного способа являются сложность его осуществления, отсутствие в продуктах переработки синтез-газа.
3
2
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения германиевого концентрата из ископаемых углей (патент RU 2293133 Опубликовано: 10.02.2007 Бюл. №4) включающий термообработку ископаемого германийсодержащего угля. Термообработку угля осуществляют с получением зольного уноса в аппарате шахтного типа путем подачи воздуха и нагрева верхнего слоя угля до температуры горения, после создания устойчивой зоны горения нагрев верхней зоны прекращают, а температуру в горящем слое не ниже 1000°C и в слое огарка не ниже 700°C, а скорость движения зоны горения поддерживают регулированием расхода воздуха при его удельной подаче 250-300 нм (мч) и при достижении зоны горения нижней части аппарата подачу воздуха прекращают.
Недостатками данного способа являются сложность его осуществления, отсутствие в продуктах переработки синтез-газа.
Задачей изобретения является упрощение процесса получения германиевого концентрата из ископаемых углей при большей степени извлечения германия в концентрат и калорийности синтез-газа (горючего газа) по сравнению с прототипом.
Решение поставленной задачи достигают тем, что согласно заявленному способу получения германиевого концентрата из ископаемых углей, включающий термообработку угля с использованием воздуха и получением зольного уноса. Термообработку угля проводят в аппарате циркулирующего кипящего слоя при температуре 800-900°C, а скорость движения зоны горения поддерживают путем регулирования расхода воздуха при его подаче с коэффициентом избытка α=0,2-0,3 с получением зольного уноса содержащего синтез-газ и шлак, мелкие частицы которого на выходе поступают в тканевый фильтр для разделения на германиевый концентрат и синтез-газ.
Нижний предел температуры 800°C связан с протеканием реакций восстановления оксида германия до оксида GeO:
2
2
GeO+CO→GeO↑+CO,
2
2
2
GeO+H→GeO↑+HO.
Поскольку в продуктах реакции газификации присутствуют водород и оксид углерода образуется из твердого диоксида германия газообразный оксид германия.
Верхний предел температуры 900°C выбран для предотвращения спекания твердых частиц шлака в печи кипящего слоя.
Коэффициентом избытка воздуха в пределах α=0,2-0,3 выбран в связи с оптимальными значениями газификации угля в аппарате кипящего слоя и при α в области 0,2-0,3 изменения компонентов в смеси практически не наблюдаются фиг. 1.
Для проведения опытов изготовлена установка, показанная на фиг. 2. Установка собрана по схеме переработки угля в циркулирующем кипящем слое (ЦКС), которая сделана из кварцевого стекла и работает следующим образом.
Установка состоит из кварцевого корпуса 1 и перфорированного дна 2. За счет воздуха поступающего снизу через перфорированное дно создается кипящий слой (ЦКС) из горящих угольных частиц, которые на выходе поступают в циклон. В циклоне крупные частицы угля и золы осаждаются и поступают в оборот. Туда же поступает уголь на переработку. Мелкие частицы на выходе поступают в тканевый фильтр, где идет разделение на германиевый концентрат и синтез газ.
Преимущество циркулирующего кипящего слоя состоит в том, что на выходе газов из аппарата кипящего слоя установлен циклон, где осаждается грубый концентрат, содержащий крупные частички угля и золы, который подается назад в оборот. За счет этого повышается извлечение германия в тонкий концентрат на тканевом фильтре.
a
а
a
а
а
a
а
2
2
3
2
3
2
2
2
2
4
Для опытов использован лигнит состава, мас. %: W 8.0; А 2.6; S 0.8; С 55.9; Н 5.2; N 0.8; О 26.7. Химический состав золы лигнита, мас. %: SiO - 44.0; AlO - 17.5; FeO - 9.1; СаО - 9.1; MgO - 8.0; KO - 2.1; NaO - 9.4; TiO - 0.8. Содержание германия - 137.0 г/т лигнита. Наименьшая теплота сгорания . При газификации лигнита с α=0,2-0.3 образуются синтез-газ, содержащий, %: 28-32 СО; 16-22 Н и 1-5 СН.
Способ поясняется следующими примерами.
Пример 1
2
3
Из 1 т лигнита, с содержанием германия 137 г/т при температуре 800°C и α=0,2 производится 266 г германиевого концентрата степень извлечения германия 94 против 86% и образуется синтез-газа состава, масс. %: СО - 31,8; Н - 20,5 с калорийностью 6,24 против 4,9 мДж/м в прототипе.
Пример 2
2
3
Из 1 т лигнита, с содержанием германия 137 г/т при температуре 900°C и α=0,3 производится 264 г германиевого концентрата степень извлечения германия 93 против 86% и образуется синтез-газа состава, масс. %: СО - 32,4; Н - 20,4 с калорийностью 6,03 против 4,9 мДж/м.
Приведенные примеры не ограничивают возможность осуществления нового способа при других значениях температуры, но в заявляемом интервале. Новый способ позволяет упростить процесс и получать большее извлечение германия в концентрат и большую калорийность синтез-газа (горючего газа) по сравнению с прототипом.