CH381432A - Gallium purification process - Google Patents

Gallium purification process

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CH381432A
CH381432A CH7396559A CH7396559A CH381432A CH 381432 A CH381432 A CH 381432A CH 7396559 A CH7396559 A CH 7396559A CH 7396559 A CH7396559 A CH 7396559A CH 381432 A CH381432 A CH 381432A
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CH
Switzerland
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gallium
distillation
process according
halogen
metallic
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Application number
CH7396559A
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French (fr)
Inventor
Hutter Jean-Claude
Peyron Andre
Original Assignee
Pechiney Prod Chimiques Sa
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B58/00Obtaining gallium or indium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C1/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • C25C1/22Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions of metals not provided for in groups C25C1/02 - C25C1/20

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Description

  

  Procédé de     purification    du     gallium       La présente invention concerne un nouveau pro  cédé pour la purification du gallium.  



  Le     gallium    contient généralement diverses impu  retés dont les principales sont le zinc et le plomb ;  des éléments tels que Al, V, Cu, B, Na, Fe, Si, à des  teneurs variables, accompagnent souvent Zn et Pb.  Le gallium obtenu de façon courante titre générale  ment 99 % de Ga alors qu'une pureté de 99;9 %  peut être atteinte :dans la préparation de ce métal par  électrolyse des solutions de     gallates        alcalins.    Cepen  dant, pour     certaines    applications, cette pureté n'est  pas suffisante : c'est notamment le cas des     utilisations     du Ga dans le     domaine    de l'électronique où il est né  cessaire d'avoir un métal de pureté beaucoup plus  poussée.  



  Les procédés classiques de purification, notam  ment la cristallisation du métal ou la distillation d'un  de ses halogénures anhydres, sont généralement fort  laborieux 'et ne permettent d'atteindre qu'une pureté  assez     limitée.     



  La présente invention concerne un procédé de  réalisation aisée, permettant     d'arriver    à des puretés  remarquables ; elle rend notamment possible l'obten  tion d'un     gallium    ne contenant plus qu'une partie  d'impuretés pour cent mille, ou même moins.  



  Le nouveau procédé de     purification    du     gallium     suivant l'invention, est caractérisé en ce que l'on  transforme le gallium métallique fondu par action  d'un halogène, en halogénure de gallium, on     distille          cet    halogénure de     gallium    dans un courant d'halo  gène, on le dissout dans l'eau et le réduit en métal  très pur par électrolyse.  



  Comme halogène on emploie de préférence du  chlore. Dans ce cas, on transforme le gallium métal  lique en chlorure     galleux    puis gallique. Les     points    de  fusion de     GaC12    et     GaCl,    sont respectivement 1640 C    et 75,50 C ; leurs produits     d'ébullition    sous l'atmo  sphère sont 5350 C et 2150 C. En conséquence la  distillation du chlorure     gallique    peut     avoir    lieu à     une     température inférieure à 2150 C lorsqu'on opère sous  pression réduite.

   Le chlorure .     gallique    distille au fur  et à mesure de sa     formation    à condition que la pres  sion dans l'appareil soit. égale ou inférieure à la ten  sion de vapeur de     GaC13    à la température du bain de  chlorure     galleux,        supérieure    ou     égale    à 1640 C. Des  résultats     industriels    favorables sont obtenus avec des  températures de distillation comprises entre 1600 C  et     200,,    C.

     Par distillation et par     redissolution    dans l'eau  pure, on obtient une solution de     GaC13    ; cette solution  extra-pure     ainsi    formée est ensuite électrolysée, de  manière connue, pour     produire    du     ,gallium    très pur.  



  Il -est     recommandable        d'éliminer,    au début de  l'opération, la scorie non     métallique    qui se forme sur  la     surface    du gallium fondu lorsqu'une faible partie de  ce métal a été     transformée    en chlorure     galleux.    On a  en effet constaté qu'une grande partie des impuretés,  notamment les zinc, plomb et cuivre, se retrouve  dans     cette        scorie.     



  Suivant la nature et la proportion des     impuretés     dans le     gallium    de départ;     l'élimination    de ladite  scorie est effectuée après qu'une fraction de 1 à 15  de métal a été transformée en halogénure. Dans le  cas courant où le     gallium    initial titre entre 99 % et  99,9 %, la proportion de métal halogéné, au moment  où l'on a intérêt à     éliminer    la scorie, est de 3 à 7 %,  généralement voisine de 5 % en poids. du métal de  départ.  



       L'élimination    de la scorie permet à elle seule d'at  teindre une pureté supérieure à 99,95 %.  



  Au cours de la réalisation du procédé consistant  à traiter par un halogène le gallium métallique, la      réaction exothermique, conduisant à- la formation de  l'halogénure     galleux    dégage généralement     suffisam-          ment    de     chaleur    pour qu'on     puisse    se     dispenser    de  chauffer le     mélange    réactionnel;     dans    le cas très pra  tique de     chloruration,    la température s'élève     d'elle-          même    à 2000 C.

   Par contre, à partir du moment     ont     tout le     gallium    a été     transformé    en     bihalogénure,    le  passage au     tdhalogénure,@    avec distillation de celui-ci,  exige un apport de chaleur ; aussi,     chauffe-t-on    la  chambre de réaction pendant cette dernière phase       opératoire.     



  Le procédé suivant     l'invention,    peut être     réalisé     dans un quelconque des appareils connus utilisables  pour une distillation avec passage de courant gazeux  ou de vapeur. Une     installation    convenant     particulière-          ment    à cette     réalisation    comprend une chambre de  réaction     constituée    par un tube     vertical,    fermé à sa       partie        inférieure,    dans lequel plonge; jusqu'au fond,  un tube d'amenée de-     gaz    ;

   la chambre de réaction  est     reliée,    à sa     partie-supérieure,    à un condenseur.  



  Afin     d'illustrer    l'invention, on décrit ci-dessous  un exemple:    <I>Exemple</I>  Un tube     vertical    en verre, fermé à sa partie infé  rieure, contient du     gallium    liquide dans lequel plonge,    jusqu'au fond, une tubulure d'arrivée de chlore. Le  haut du tube contenant le     gallium    est en     communi-          cation    avec un     condenseur.    La température du gal  lium étant élevée au-dessus de 300 C, on fait passer  un courant de chlore à une     allure        telle    que l'halo  gène soit absorbé totalement ou presque.

   La tempé  rature s'élève d'elle-même vers     200o    C. Lorsque 5 %  de gallium initial ont été chlorés, une couche de     bi-          chlorure    liquide, contenant des scories en suspen  sion, s'étale sur la surface du gallium, on enlève     alors     cette couche surnageante, après quoi on     continue    à  faire passer du chlore à travers le métal     liquide.     



  Lorsque tout le métal est     transformé    en     bichlo-          rure,    on chauffe la chambre de réaction (le tube ver  tical) à     180,1    C, en y maintenant une pression réduite  à 100 mm de mercure. Le trichlorure de gallium dis  tille nu fur et à mesure de sa formation et se dépose  en     aiguilles    blanches dans le condenseur.  



  Après la distillation de tout le     GaC1s,    on dissout  ce sel     dans    L'eau pure, par arrosage du condenseur.  La solution obtenue est électrolysée avec une anode  de graphite et une cathode en     @    gallium liquide lui  même; auquel le courant électrique est amené par un  fil de platine. L'analyse spectrographique a donné les  résultats suivants     :,     
EMI0002.0056     
  




  Method for the purification of gallium The present invention relates to a new method for the purification of gallium.



  Gallium generally contains various impurities, the main ones being zinc and lead; elements such as Al, V, Cu, B, Na, Fe, Si, at variable contents, often accompany Zn and Pb. The gallium obtained commonly generally has 99% Ga while a purity of 99; 9% can be achieved: in the preparation of this metal by electrolysis of solutions of alkaline gallates. However, for certain applications, this purity is not sufficient: this is particularly the case for the uses of Ga in the field of electronics where it is necessary to have a metal of much higher purity.



  The conventional purification processes, in particular the crystallization of the metal or the distillation of one of its anhydrous halides, are generally very laborious and only make it possible to achieve a fairly limited purity.



  The present invention relates to an easy production process, making it possible to achieve remarkable purities; in particular, it makes it possible to obtain a gallium containing only a part of impurities per hundred thousand, or even less.



  The new gallium purification process according to the invention is characterized in that the molten metallic gallium is converted by the action of a halogen into gallium halide, this gallium halide is distilled in a halogen stream. , it is dissolved in water and reduced to very pure metal by electrolysis.



  Chlorine is preferably used as halogen. In this case, the gallium metal is converted into gallous and then gallic chloride. The melting points of GaCl2 and GaCl are 1640 C and 75.50 C, respectively; their boiling products under the atmosphere are 5350 C and 2150 C. Consequently, the distillation of gallic chloride can take place at a temperature below 2150 C when operating under reduced pressure.

   Chloride. gallic distils as it is formed, provided that the pressure in the apparatus is. equal to or less than the vapor voltage of GaCl3 at the temperature of the gallous chloride bath, greater than or equal to 1640 C. Favorable industrial results are obtained with distillation temperatures of between 1600 C and 200 ,, C.

     By distillation and by redissolution in pure water, a solution of GaCl3 is obtained; this extra-pure solution thus formed is then electrolyzed, in a known manner, to produce very pure gallium.



  It is advisable to remove, at the start of the operation, the non-metallic slag which forms on the surface of the molten gallium when a small part of this metal has been transformed into gallous chloride. It has in fact been observed that a large part of the impurities, in particular zinc, lead and copper, is found in this slag.



  Depending on the nature and the proportion of impurities in the starting gallium; the removal of said slag is carried out after a fraction of 1 to 15 of the metal has been converted into the halide. In the common case where the initial gallium has a content of between 99% and 99.9%, the proportion of halogenated metal, when it is in the interest of removing the slag, is 3 to 7%, generally around 5% in weight. of the starting metal.



       The elimination of the slag alone makes it possible to achieve a purity greater than 99.95%.



  In carrying out the process consisting of treating the metallic gallium with a halogen, the exothermic reaction, resulting in the formation of the gallous halide, generally gives off sufficient heat so that heating of the reaction mixture can be dispensed with. ; in the very practical case of chlorination, the temperature itself rises to 2000 C.

   On the other hand, from the moment all the gallium has been transformed into bihalide, the change to the tdhalide, @ with distillation of the latter, requires a supply of heat; also, the reaction chamber is heated during this last operating phase.



  The process according to the invention can be carried out in any of the known apparatuses which can be used for distillation with passage of a gas or vapor stream. An installation which is particularly suitable for this embodiment comprises a reaction chamber formed by a vertical tube, closed at its lower part, into which the immersed; to the bottom, a gas supply tube;

   the reaction chamber is connected, at its upper part, to a condenser.



  In order to illustrate the invention, an example is described below: <I> Example </I> A vertical glass tube, closed at its lower part, contains liquid gallium in which plunges, to the bottom, a chlorine inlet pipe. The top of the tube containing the gallium is in communication with a condenser. The temperature of the gal lium being raised above 300 ° C., a stream of chlorine is passed at a rate such that the halogen is completely or almost completely absorbed.

   The temperature rises by itself around 200o C. When 5% of the initial gallium have been chlorinated, a layer of liquid bi-chloride, containing slag in suspension, spreads over the surface of the gallium, we this supernatant layer is then removed, after which chlorine is continued to pass through the liquid metal.



  When all of the metal is transformed into bichloride, the reaction chamber (the vertical tube) is heated to 180.1 ° C., maintaining a reduced pressure therein at 100 mm Hg. The gallium trichloride dissolves naked as it is formed and is deposited in white needles in the condenser.



  After the distillation of all the GaCls, this salt is dissolved in pure water, by spraying the condenser. The solution obtained is electrolyzed with a graphite anode and a cathode of liquid gallium itself; to which the electric current is brought by a platinum wire. The spectrographic analysis gave the following results:,
EMI0002.0056
  


 

Claims (1)

REVENDICATION Procédé de purification du gallium, caractérisé en ce que l'on transforme du gallium métallique fondu par action d'un halogène, en halogénure de gallium, on distille cet halogénure de gallium dans un courant d'halogène; on le dissout dans l'eau, et le réduit en métal très pur par électrolyse.. SOUS-REVENDICATIONS 1. CLAIM A method for purifying gallium, characterized in that molten metallic gallium is converted by the action of a halogen into gallium halide, this gallium halide is distilled in a stream of halogen; it is dissolved in water, and reduced to very pure metal by electrolysis. SUB-CLAIMS 1. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que, après que 1 à 15 % du gallium initial a été transformé en halogénure gallëux, on élimine la scorie non métallique qui se forme sur la surface du gallium fondu: 2: Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que la distillation est effectuée sous une pression inférieure à 1 atmosphère. 3. Process according to claim, characterized in that, after 1 to 15% of the initial gallium has been converted into gallous halide, the non-metallic slag which forms on the surface of the molten gallium is removed: 2: Process according to claim, characterized in that the distillation is carried out under a pressure of less than 1 atmosphere. 3. Procédé selon la sous-revendication 1, caracté risé en ce que le traitement par l'halogène est effectué en deux temps dont le premier sans chauffage, jus qu'à la transformation complète du métal en sel- gal- leur, et le second avec chauffage pendant la transfor mation du bihalogénure en trihalogénure avec distil lation de ce dernier. 4. Process according to sub-claim 1, characterized in that the treatment with halogen is carried out in two stages, the first of which without heating, until the complete transformation of the metal into salt, and the second with heating during the conversion of the bihalide to the trihalide with distillation of the latter. 4. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce qu'on traite du gallium fondu par du chlore sec, qu'on élimine la scorie non métallique formée; après qu'une fraction de 1 à 15 % du gallium a été chlorée, puisque ensuite on poursuit la chloruration sous pression réduite en distillant entre. 160 et 200o C dans un courant de chlore le trichlorure gallique qu'on dissout dans l'eau pure et qu'on réduit à l'état métal lique par électrolyse. 5. Process according to Claim, characterized in that the molten gallium is treated with dry chlorine, that the non-metallic slag formed is removed; after a fraction of 1 to 15% of the gallium has been chlorinated, since then the chlorination is continued under reduced pressure with distillation between. 160 and 200o C in a current of chlorine the gallic trichloride which is dissolved in pure water and which is reduced to the metallic state by electrolysis. 5. Procédé selon la sous-revendication 4, caracté risé en ce que la distillation est effectuée à une tem pérature comprise entre 1600 C et 180 C sous une pression- de l'ordre de 100 mm de mercure. Process according to sub-claim 4, characterized in that the distillation is carried out at a temperature between 1600 C and 180 C under a pressure of the order of 100 mm of mercury.
CH7396559A 1958-06-04 1959-06-03 Gallium purification process CH381432A (en)

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