CN107326199A - 一种脱除镓中杂质锌汞的连续生产方法 - Google Patents

一种脱除镓中杂质锌汞的连续生产方法 Download PDF

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Abstract

一种脱除镓中杂质锌汞的连续生产方法，其步骤是：先将粗镓放入熔料器中加热熔化，加热温度为30‑40℃；然后将熔化的粗镓通过熔料器底部设置的进料阀门加入到真空蒸馏装置中进行真空蒸馏，使粗镓中的汞和锌气化，且真空蒸馏装置的真空度为0.001Pa‑100Pa，蒸馏温度为520℃‑1000℃；最后将气化的汞和锌通过真空蒸馏装置上连接的收尘器进行收集或吸附，同时将真空蒸馏形成的还具有温度的纯镓通过真空蒸馏装置底部设置的出料阀门排出到收料器中，且排料速度与加料速度一致。本发明具有设备及工艺简单，易操作，产能大，杂质分离效果好，且无环境污染等优点，能有效地实现无需降温的连续生产方式，从而极大地提高了生产效率，相对间断式蒸馏方式降低了能耗。

Description

一种脱除镓中杂质锌汞的连续生产方法
技术领域
本发明涉及一种镓提纯方法，具体是涉及一种脱除镓中杂质锌汞的连续生产方法。
背景技术
镓是一种稀散金属元素，广泛地用作制造化合物半导体砷化镓、磷化镓等的原料，原料的纯度会直接影响这些化合物的特性，目前一般要求在99.999%以上，部分杂质元素更是要求在质谱法的检测限以下。高纯镓的消耗量占全球镓消耗量的80%以上，镓的提纯和检测都相当复杂，开发新的快捷提纯工艺势在必行。
99%-99.9%的粗镓是从精炼锌过程中的残渣、赤泥和用拜耳法精炼铝过程中经萃取、浓缩、电解等工序回收来的，99.999%以上的高纯的镓的制备方法很多，如化学处理法、电解精炼法、重结晶法、真空蒸馏法，以及区熔、提拉单晶、氯化精馏还原、有机物分解等，各有优缺点，要制备更高纯度的镓就需要多种工艺相结合才能达到要求。粗镓中所含杂质有Cu、Al、Fe、Pb、Cd、Hg、Zn、Sn等多种，其中的Hg、Zn的含量依其原料来源，含量较多，常有几个、几十ppm甚至更高，如此高的含量直接采用电解提纯，效果就比较差，如锌的脱除率仅33%，且电解会产生电解废水，而采用分布结晶工艺，对环境要求高，如洁净空间、恒温等，同时也较难彻底分离，区熔工艺效率很低，不适合工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种采用真空蒸馏，易操作，杂质分离效果好，安全环保的脱除镓中杂质锌汞的连续生产方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的脱除镓中杂质锌汞的连续生产方法，其特点是包括以下步骤：
步骤一、将粗镓放入熔料器中加热熔化，加热温度为30-40℃；
步骤二、将熔化的粗镓通过熔料器底部设置的进料阀门加入到真空蒸馏装置中进行真空蒸馏，使粗镓中的汞和锌气化，且真空蒸馏装置的真空度为0.001Pa-100Pa，蒸馏温度为520℃-1000℃；
步骤三、将气化的汞和锌通过真空蒸馏装置上连接的收尘器进行收集或吸附，同时将真空蒸馏形成的还具有温度的纯镓通过真空蒸馏装置底部设置的出料阀门排出到收料器中，且排料速度与加料速度一致。
为了有效地确保本发明的使用效果，所述真空蒸馏装置包括真空炉、与真空炉相连通的抽真空系统、设置在真空炉内且呈上下排布的若干层坩埚及设置在真空炉内且位于坩埚外侧的加热装置，所述加热装置连接有控温系统，所述进料阀门连接在真空炉的顶部。所述若干层坩埚的排布结构设置成阶梯式结构或螺旋式结构。所述坩埚的材质为高纯石英或高纯石墨。所述加热装置为电阻加热装置或高频感应加热装置。
为了便于真空度控制，所述抽真空系统上连接有真空表。
本发明所依据的原理是：由于镓熔点29.75℃，沸点2403℃，在真空条件下，锌、汞的沸点差别很大，如在0.001毫米汞柱真空下，镓的沸点833℃，汞的沸点-5℃，锌的沸点250℃，可见同样真空温度条件下，锌和汞的蒸气压远低于镓元素，因此采用真空分离则是一种较好的选择。该过程是完全物理提纯过程，安全环保，无水污染。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明具有设备及工艺简单，易操作，产能大，杂质分离效果好，且无环境污染等优点，能有效地实现无需降温的连续生产方式，从而极大地提高了生产效率，相对间断式蒸馏方式降低了能耗。而且，本发明可采用阶梯式或螺旋式多层坩埚的结构，从而极大地增加了蒸发面积，同样真空、温度条件下，单位时间内的蒸发分离效果明显提高，锌汞的分离脱除率在99.9%以上，而且使用灵活，可以根据产能需求，选择合适的坩埚层数，并能对蒸馏条件及加料速度进行所需的控制。本发明特别适用于分离粗镓中的汞和锌，同时对其它蒸气压高的易于挥发的杂质元素如Cd、Pb、As等也是适用的。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明采用的提纯装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的脱除镓中杂质锌汞的连续生产方法，包括以下步骤：
步骤一、将粗镓放入熔料器1中加热熔化，加热温度为30-40℃，且该熔料器1具有恒温功能；
步骤二、将熔化的粗镓通过熔料器1底部设置的进料阀门2以一定的速度加入到真空蒸馏装置3中进行真空蒸馏，使粗镓中的汞和锌气化，且真空蒸馏装置3的真空度为0.001Pa-100Pa，蒸馏温度为520℃-1000℃；在本实施方式中，所述真空蒸馏装置3包括真空炉31、与真空炉31相连通的抽真空系统32、设置在真空炉31内且呈上下排布的若干层坩埚33及设置在真空炉31内且位于坩埚33外侧的加热装置34，其中所述加热装置34连接有控温系统35，所述进料阀门2连接在真空炉31的顶部，所述若干层坩埚33的排布结构设置成阶梯式结构或螺旋式结构，所述坩埚33的材质为高纯石英或高纯石墨，所述抽真空系统32上连接有真空表7，所述加热装置34为电阻加热装置或高频感应加热装置；在本实施方式中，加热装置34为高频感应加热装置，该高频感应加热装置包括石墨管341及设置在石墨管341外侧的感应线圈342，其中感应线圈342与控温系统35相连接，使用时，蒸馏温度由控温系统35控制，控温系统35控制感应线圈342通过石墨管341加热坩埚内的粗镓原料；而且当采用若干层坩埚33进行真空蒸馏时，熔化的粗镓先进入第一层坩埚，开始蒸馏，并通过进料阀门2定时补充原料，经过第一层坩埚蒸馏的蒸馏料自动流入第二层坩埚内，继续蒸馏，同时继续补充原料，然后经过第二层坩埚蒸馏的蒸馏料自动流入第三层坩埚内，继续蒸馏，如此反复，直到达到工艺要求；
步骤三、将气化的汞和锌通过真空蒸馏装置3上连接的收尘器4进行收集或吸附，并定期处理，同时将真空蒸馏形成的还具有温度的纯镓通过真空蒸馏装置3的真空炉31底部设置的出料阀门5以一定的速度排出到收料器6中，且排料速度与加料速度一致。
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
粗镓除锌汞：采用四层坩埚33，称取100公斤粗镓装入熔料器1中，粗镓为电解尾料，含有杂质锌35ppm、汞87ppm，开启控温系统35和抽真空系统32，熔料器1恒温35℃，蒸馏温度700℃，真空度达到10-2Pa,粗镓完全熔化后开启进料阀门2，加入5公斤熔融的粗镓，每蒸馏0.5小时后加一次料，每次5公斤，蒸馏2小时开启出料阀门5开始排料，从收料器6中取样送质谱检测，发现镓中锌含量降至0.05ppm，汞降至检测限以下。
实施例2：
粗镓除锌汞：采用六层坩埚33，称取100公斤粗镓装入熔料器1中，粗镓为多次结晶提纯尾料，含有杂质锌5ppm、汞17ppm，开启控温系统35和抽真空系统32，熔料器1恒温35℃，蒸馏温度850℃，真空度达到10-2Pa,粗镓完全熔化后开启进料阀门2，加入5公斤熔融的粗镓，每蒸馏0.5小时后加一次料，每次5公斤，蒸馏3小时开启出料阀门5开始排料，从收料器6中取样送质谱检测，发现镓中锌、汞均降至检测限以下。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (6)

1.一种脱除镓中杂质锌汞的连续生产方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、将粗镓放入熔料器（1）中加热熔化，加热温度为30-40℃；
步骤二、将熔化的粗镓通过熔料器（1）底部设置的进料阀门（2）加入到真空蒸馏装置（3）中进行真空蒸馏，使粗镓中的汞和锌气化，且真空蒸馏装置（3）的真空度为0.001Pa-100Pa，蒸馏温度为520℃-1000℃；
步骤三、将气化的汞和锌通过真空蒸馏装置（3）上连接的收尘器（4）进行收集或吸附，同时将真空蒸馏形成的还具有温度的纯镓通过真空蒸馏装置（3）底部设置的出料阀门（5）排出到收料器（6）中，且排料速度与加料速度一致。
2.根据权利要求1所述的脱除镓中杂质锌汞的连续生产方法，其特征在于：所述真空蒸馏装置（3）包括真空炉（31）、与真空炉（31）相连通的抽真空系统（32）、设置在真空炉（31）内且呈上下排布的若干层坩埚（33）及设置在真空炉（31）内且位于坩埚（33）外侧的加热装置（34），所述加热装置（34）连接有控温系统（35），所述进料阀门（2）连接在真空炉（31）的顶部。
3.根据权利要求2所述的脱除镓中杂质锌汞的连续生产方法，其特征在于：所述若干层坩埚（33）的排布结构设置成阶梯式结构或螺旋式结构。
4.根据权利要求2所述的脱除镓中杂质锌汞的连续生产方法，其特征在于：所述坩埚（33）的材质为高纯石英或高纯石墨。
5.根据权利要求2所述的脱除镓中杂质锌汞的连续生产方法，其特征在于：所述加热装置（34）为电阻加热装置或高频感应加热装置。
6.根据权利要求2所述的脱除镓中杂质锌汞的连续生产方法，其特征在于：所述抽真空系统（32）上连接有真空表（7）。
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