CN102491406B - 一种制备硫酸镓的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备硫酸镓的方法，涉及一种从金属镓的电解废液中制备硫酸镓的方法。其特征在于其制备过程是采用生产金属镓的电解废液为原料。本发明的一种制备硫酸镓的方法，有效解决了在高纯镓的生产过程中，电解废液不能重复循环利用，将电解废液作为制备硫酸镓的原料，实现了废液的资源化利用，制备的硫酸镓纯度达到99.99％以上。
Description
技术领域
一种制备硫酸镓的方法，涉及一种从金属镓的电解废液中制备硫酸镓的方法。
背景技术
镓是当代信息技术发展的重要支撑材料，镓的化合物GaAs、GaP、GaN等广泛应用于电子工业，作为可见光、红外及激光二极管、集成电路、太阳能电池等的基本材料。镓的无机盐如：硝酸镓、硫酸镓作为一种化学、材料和医药的原料，在新型医药，功能材料，催化等高技术领域的需求越来越大。
硫酸镓作为镓的一种无机盐，可用于高纯化合物制备试剂，有机反应催化剂，地质分析和光谱纯分析试剂等方面，尤其作为催化剂方面得到了广泛的研究与应用。目前的制备方法主要是采用硫酸与金属镓来制备硫酸镓，其他关于硫酸镓的制备技术未见相关报道。涉及到的工业化生产硫酸镓的方法也未见相关报道，在制备工艺方面还没有一个系统详细的技术方案，使得硫酸镓的生产质量与纯度得不到保证。
目前，在电解精制生产金属镓过程中，电解提纯以粗镓原料为阳极，以高纯镓为阴极，用碱溶液做电解液，在电解槽中进行电解，用这种方法可将粗镓提纯到99.999%以上的高纯镓，这一过程产生了含镓的电解废液。以生产金属镓的电解废液为原料制备高纯硫酸镓进行工业化生产，可以填补工业化生产硫酸镓制备工艺方面的空白。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种以金属镓的电解废液为原料、产品纯度的制备硫酸镓的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种制备硫酸镓的方法，其特征在于其制备过程是采用生产金属镓的电解废液为原料。
本发明的一种制备硫酸镓的方法，其特征在于制备过程的步骤包括：
（1）将生产金属镓的电解废液进行过滤除杂；
（2）在过滤除杂电解废液中，加入无机酸进行中和沉淀反应；
（3）中和沉淀反应后，进行洗涤后过滤，制得氢氧化镓；
（4）在制得的氢氧化镓中加入硫酸反应，制备硫酸镓溶液；
（5）将制得的硫酸镓溶液经蒸发浓缩、冷却、静置析出结晶；
（6）将析出的晶体进行干燥、烘干，研磨后得到十八水合硫酸镓晶体。
本发明的一种制备硫酸镓的方法，其特征在于所述的生产金属镓电解废液，镓离子浓度为100～200g/L。
本发明的一种制备硫酸镓的方法，其特征在于所述的步骤（2）加入的无机酸为盐酸，控制pH=7左右为反应终点。
本发明的一种制备硫酸镓的方法，其特征在于所述的步骤（4）在制得的氢氧化镓中加入硫酸反应时，加入2mol/L的硫酸溶液，制得硫酸镓的水溶液。
本发明的一种制备硫酸镓的方法，其特征在于所述的步骤（5）制得的硫酸镓溶液经蒸发浓缩、冷却后，加入10毫升左右的乙醇/乙醚混合物，再进行静置析出结晶的。
本发明的一种制备硫酸镓的方法，以金属镓的电解废液为原料，将电解废液过滤除杂，然后将废液与无机酸进行中和，控制中和溶液的PH值使镓形成氢氧化镓沉淀，并洗涤过滤出沉降料浆。由于氢氧化镓为超细微粉（D50＜3微米）或为凝胶状，表面活性高，与硫酸反应完全，反应速度快，适宜工业化生产。
本发明的一种制备硫酸镓的方法，所得到的氢氧化镓料浆与一定浓度的硫酸在加热的条件下进行反应制取硫酸镓溶液，然后将溶液反复加热、蒸浓，冷至室温后，往浓缩液中加入有机物，摇匀后放置于冷却液中，可析出十八水合硫酸镓结晶物。
本发明的一种制备硫酸镓的方法，制得的硫酸镓溶液在60～70℃温度环境下蒸发浓缩，蒸去多余水分，使溶液达到饱和状态，然后冷却至室温。
本发明的一种制备硫酸镓的方法，经冷却后的硫酸镓饱和溶液中加入有机混合液作为结晶的纯化化学试剂。有机物的加入，一方面可以降低溶质的溶解度，同时利用其挥发性而除去晶体表面吸附的溶剂而有利于晶体的析出，另一方面可以起到助溶剂的作用，溶解掉溶液中的有机物而起到纯化晶体的目的。
本发明的一种制备硫酸镓的方法，加入有机物的饱和溶液，在急冷的条件下进行冷却，为保证适宜的冷却温度，用循环冷液制造低温环境，为晶体的析出提供适宜的低温环境。
本发明的一种制备硫酸镓的方法，溶液反应容器的材质是聚四氟乙烯材料。该材料具有耐强酸、强碱、高温的特性，性质稳定不污染反应物料。
本发明的一种制备硫酸镓的方法，有效解决了在高纯镓的生产过程中，电解废液不能重复循环利用，将电解废液作为制备硫酸镓的原料，实现了废液的资源化利用，制备的硫酸镓纯度达到99.99％以上。
具体实施方式
一种制备硫酸镓的方法，具体实施步骤如下：取一定量金属镓的电解废液，进行真空过滤除去黑色浮渣及钝化膜，得到相对纯净的滤液用无机酸中和至终点，将中和后得到的Ga(OH)3用热水洗涤过滤，得到纯净的滤饼。配制一定浓度的硫酸溶液，将盛有硫酸的容器放于磁力搅拌器上，设定温度70℃，在搅拌状态下加入定量的氢氧化镓滤饼，反应时间为24～60小时。待反应完毕，将溶液在60℃～70℃的温度下蒸发浓缩至饱和状态，将浓缩液冷却至室温后加入定量的有机混合物，然后放置于冷却液中2～4小时，即可析出十八水合硫酸镓晶体，将析出的晶体放于滤纸上吸滤后，放于干燥箱中于60℃～80℃温度下进行烘干，经研磨后即可得到白色粉末状十八水合硫酸鎵。
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
（1）取金属镓电解废液50mL，真空过滤除除杂后，取过滤后清液用无机酸中和至终点，中和过程中不断搅拌，保证中和完全，得到氢氧化镓24g。
（2）将中和后的氢氧化镓用热水洗涤后过滤，得到的滤饼用热水洗涤后再过滤，直到将氢氧化镓洗涤干净。
（3）取一定配比的硫酸148mL于反应容器中，加入氢氧化镓滤饼，在设定温度70℃的磁力搅拌器上进行反应。
（4）待反应完全后，将所得溶液在70℃左右的温度下进行蒸发浓缩6小时达到饱和状态。
（5）将浓缩后的饱和溶液冷却至室温后，加入一定量有机物混合物。
（6）将加入有机物混合物的饱和溶液，放置于冷却液中2～4小时，使溶液结晶完全。
（7）将析出的晶体放于滤纸上吸滤后，放于干燥箱中于60℃温度下进行烘干，经研磨后得到十八水合硫酸镓晶体68g。
Claims (5)
1.一种制备硫酸镓的方法，其特征在于其制备过程是采用生产金属镓的电解废液为原料；其特征在于制备过程的步骤包括：
（1）将生产金属镓的电解废液进行过滤除杂；
（2）在过滤除杂电解废液中，加入无机酸进行中和沉淀反应；
（3）中和沉淀反应后，进行洗涤后过滤，制得氢氧化镓；
（4）在制得的氢氧化镓中加入硫酸反应，制备硫酸镓溶液；
（5）将制得的硫酸镓溶液经蒸发浓缩、冷却、静置析出结晶；
（6）将析出的晶体进行干燥、烘干，研磨后得到十八水合硫酸镓晶体。
2.根据权利要求1所述的一种制备硫酸镓的方法，其特征在于所述的生产金属镓电解废液，镓离子浓度为100～200g/L。
3.根据权利要求1所述的一种制备硫酸镓的方法，其特征在于所述的步骤（2）加入的无机酸为盐酸，控制pH=7为反应终点。
4.根据权利要求1所述的一种制备硫酸镓的方法，其特征在于所述的步骤（4）在制得的氢氧化镓中加入硫酸反应时，加入2mol/L的硫酸溶液，制得硫酸镓的水溶液。
5.根据权利要求1所述的一种制备硫酸镓的方法，其特征在于所述的步骤（5）制得的硫酸镓溶液经蒸发浓缩、冷却后，加入10毫升的乙醇/乙醚混合物，再进行静置析出结晶的。
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