CN1005779B - 电解—结晶联合法生产高纯镓 - Google Patents

电解—结晶联合法生产高纯镓 Download PDF

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Abstract

电解－－结晶联合法生产高纯镓，属于提取高纯金属镓的一种生产方法，其联合电解和结晶分离两过程，除去粗镓中微量杂质Ｆｅ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｈｇ、Ｎｉ等使产品质量达到９９．９９９９～９９．９９９９９％的高纯度，生产中应控制电解槽电流密度０．０２～０．０５Ａ／Ｃｍ2，槽电压２～３Ｖ，槽温４０～６０，结晶温度２０±５℃，精制镓经酸洗，水洗后即可包装产品，该发明包括了处理生产残镓，总提取率可达到９８％以上。

Description

电解--结晶联合法生产高纯镓
本发明属于提取高纯金属镓的生产方法，〔C22B58/00〕。
高纯镓早在本世纪二十年代苏、美、日等国开始试制，但是工艺方法没有在国际上公开过。我国从五十年代开始研究试制，目前有几家研究单位做过少量生产，一般用重复电解法，或区域熔炼法，电解法由于镓与某些杂质析出电位差异极小，难以抑制Zn、Fe等杂质的电积析出，再则受化学试剂纯度的限制，电积镓产品达不到高纯镓质量指标，生产周期长。
本发明的目的是联合电解和结晶两简捷的方法生产高纯金属镓，既保证产品的质量，又能实现大批量生产，且最终达到98%的提取率。
本发明是依据电化学反应的原理和镓易与其他金属元素形成低熔点合金的特性，联合电解和结晶两工艺过程的特长，互相补赏地除去微量的Fe、Cu、Pb、Zn、Sn、Si、Hg、Ni等元素。联合法除杂质效果明显，可将纯度低于99%的金属镓，处理成纯度为99.9999%～99.99999%的金属镓。
该发明是以熔融状的99.99%的镓为阳极，以熔融状的精制镓为阴极，光谱纯NaOH水溶液为电解质，通直流电，控制电流密度0.2～0.05ACm2，槽电压2.0～3.0V，槽温40～60℃，NaOH水溶液浓度为130～200g/L，Ga50～180g/L，经电化学反应：
阳极Ga-3e→Ga++，阴极Ga++++3c→Ga。镓在阳极，阴极反应占绝对优势，而在所控制的电解条件下能抑制杂质元素参与电化学反应，在阴极电积出纯度为99.9997～99.9999%的金属镓，继而阴极镓在结晶槽内进行结晶分离，结晶槽置于冷水浴中，控制槽温15～25℃，镓的表面覆盖光谱纯2摩尔浓度的盐酸或是光谱纯10～20g/L浓度的NaOH水溶液，结晶时间8～12小时，提取晶体镓80～90%，提取的晶体镓和残留的液镓分别进行热酸热水洗涤，除去海棉镓，可得纯度为99.99993%～99.99999%的金属镓和质量符合99.999%的金属镓。产品可根据需要瓶装或铸锭。
实施此发明，可提取66%数量的99.9999%的金属镓和10%数量的99.999%的金属镓，残留在电解槽阳极区的残镓以及分离出去的海棉镓等，可经再次电解提纯为99.99%的金属镓，重新作为生产原料，形成部份镓闭路循环，因此本发明镓的总提取率可达到98%以上。
实施本发明后，每处理100kg粗镓，比电解法可增加经济盈利40%，工作效率提高50%。
具体实施例如附图所示，附图详细叙述如下：
含量为99.99%的金属镓90kg，连同包装瓶（1）置于热水浴（2）中，待镓熔化后由出口（11）放出，由电解槽（3）进口（12）进入阳极区（16）。精制镓3kg由槽口（13）进入电解槽（3）的阴极区（17）。浓度150g/L的光谱纯NaOH溶液由槽口（12）进入电解槽（3）。铂金丝（14）、（15）导入直流电，控制电流20A。测得槽电压2.46V，槽温48.5℃，电解432小时后，阴极电积出68.69kg（除去原有精制镓3kg）。阴极镓由出口（19）放出直接由槽口（20）进入结晶槽（4），结晶槽置于水浴（5）中，镓表面覆盖2摩尔浓度的光谱纯盐酸3L，开动搅拌（24），转速10转/分，控制冷水浴温度20℃，测得结晶槽温度21℃，结晶速度8.1kg/H，10小时结束结晶分离，由出槽（20）取出晶体镓61.8kg。晶体镓由进口（23）进入洗涤槽（6），先用70℃2摩尔浓度盐酸，在搅动下连洗3次，再用热无离子水洗至PH7，除去海棉镓0.8kg，得符合99.99994%质量指标的金属镓61kg，由出口（25）装入包装瓶（8），产品经冷冻，充氩气，密封入库。
残留在结晶槽（4）的液体镓，由出口（22）放出，由（26）进口进入洗涤槽（7），开动搅拌（27）洗涤，此处只用热无离子水洗至PH7，去海棉镓，得99.999%纯度镓6.8kg，由分装口（28）装入包装瓶（9）。
残留在电解槽（3）阳极区（16）的金属镓19.5kg，由出口（18）放出，置它于残镓电解槽（10）电解处理，得18.8kg99.99%的粗镓返回包装瓶（1）。
本例镓的总回收率达到96.22%（溶液海棉镓回收未包括在内）。
经光谱分析，99.9999%镓产品杂质量为Fe4.3×10-6%，Pb＜1×10-6%，Cu1.3×10-6%，Al/，Ca＜3×10-6%，Zn＜5×10-6%，Sn＜2×10-5%，In/，Ni/，Mn/，Cr/，Au/，Ag/，Co/，Cd/，V/，Ti/，Mg/，总杂质量＜0.592PPM。

Claims (1)

1、一种由99%至99.99%粗制金属镓生产纯度为99.9999%至99.99999%高纯镓的提纯方法，其特征在于由电解、结晶两步骤组成，在所述的电解过程中，以熔融状的99.99%的镓作阳极，以熔融状精制镓为阴极，光谱纯NaOH水溶液为电解质，其浓度为130-200g/L，电解质的镓浓度为50-180g/L，电流密度0.2-0.05A/Cm2，槽电压2.0～3.0V，槽温40-60℃，在阴极电积出纯度为99.99997～99.9999%的金属镓，继而将阴极镓在结晶槽内进行结晶分离，在所述的结晶过程中，结晶槽温度15-25℃，镓的表面覆盖光谱纯2摩尔浓度的盐酸或光谱纯10-20g/L浓度的NaOH水溶液，结晶时间为8-12小时。
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