CN114655979B - 一种利用砷化镓废料制备氢氧化镓的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用砷化镓废料制备氢氧化镓的方法,将砷化镓废料磨至0.15~0.25mm,按液固比3.5~4:1加入质量浓度30~40%的硫酸溶液,再加入质量浓度35%的双氧水,加热至90~100℃浸出,得到酸溶液;向酸溶液中加入氢氧化钙,使酸溶液中的砷形成砷钙渣,以除渣形式除去砷离子,滤液为硫酸镓溶液;或者用树脂吸附除去砷离子,得到硫酸镓溶液;向硫酸镓溶液中加入硫酸铵,得到硫酸镓铵溶液,加热蒸发,得到硫酸镓铵晶体;将硫酸镓铵晶体溶于水中,得到硫酸镓铵溶液,加热硫酸镓铵溶液至70~90℃,加热时间2~4小时,得到沉淀的氢氧化镓。本发明方法可将砷化镓废料中的Ga制备成氢氧化镓,操作简单,成本低,既解决了废料堆存问题,又可以制备出氢氧化镓。所得氢氧化镓可进一步制取镓或者氧化镓。
Description
技术领域
本发明属于镓回收技术领域,具体涉及一种利用砷化镓废料制备氢氧化镓的方法。
背景技术
砷化镓(GaAs)是一种重要的半导体材料,依据GaAs材料的半绝缘性与半导体性,砷化镓材料在微电子、光电子、太阳能电池、微波及通信等方面都有不同应用。其中最主要是GaAs单晶材料的制备,全球每年砷化镓单晶的生产量超过100t以上,在单晶生长、切割、研磨、抛光等过程中,最后的成品率很低,常常小于15%,会产生大量的砷化镓废料,所以砷化镓废料就成为了生产镓的重要原材料,其中Ga含量接近50%。目前回收砷化镓的技术主要有真空蒸馏法和酸溶液法,主要产品经电解等工艺形成纯度较高的镓。其中,真空蒸馏法对于设备和废料的成分要求较高,导致其回收成本高,且不适用于回收成分较复杂的废料。酸溶液法需要对砷化镓废料进行萃取和反萃取,以得到镓的水溶液,而后对镓的水溶液通电以电沉积镓,这种过程会产生大量废水,并且溶液中的镓的电沉积过程会伴随剧烈的副反应,导致镓的电沉积电流效率较低。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题,提出一种利用砷化镓废料制取氢氧化镓的方法。
本发明采取的技术方案如下:
一种利用砷化镓废料制备氢氧化镓的方法,方法步骤如下:
(1)将砷化镓废料磨至0.15~0.25mm,按液固比3.5~4:1加入质量浓度30~40%的硫酸溶液,再加入质量浓度35%的双氧水50ml~80ml,加热至90~100℃,浸出1.5~2小时,得到酸溶液;
(2)向酸溶液中加入氢氧化钙,使酸溶液中的砷形成砷钙渣,过滤除去砷钙渣,以除渣形式除去砷离子,滤液为硫酸镓溶液;
(3)向硫酸镓溶液中加入硫酸铵,得到硫酸镓铵溶液,加热蒸发,得到硫酸镓铵晶体;
(4)将硫酸镓铵晶体溶于水中,得到硫酸镓铵溶液,加热硫酸镓铵溶液至70~90℃,加热时间2~4小时,得到沉淀的氢氧化镓。
进一步地,上述步骤(3)中,硫酸铵溶液和硫酸镓的摩尔比为1.2:1。
本发明通过对砷化镓废料用硫酸浸出,并向溶液中加入适量H2O2,将砷化镓废料中的化合态Ga和As转化为离子态,再将As除去,得到硫酸镓溶液,向硫酸镓溶液中加入硫酸铵,使其加热蒸发得到硫酸铵镓晶体,再将硫酸铵镓晶体溶于水中,溶液经过加热水解得到氢氧化镓。
与现有技术比较,本发明的方法,可以将砷化镓废料中的Ga制备成氢氧化镓,操作简单,成本低,既解决了废料堆存问题,又可以制备出氢氧化镓。所得氢氧化镓可进一步制取镓或者氧化镓。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例进一步阐述本发明的内容。
实施例1
利用砷化镓废料制备氢氧化镓的方法,是利用砷化镓废料中的镓先生成硫酸镓铵晶体,再使其水溶液加热水解出氢氧化镓。方法步骤如下:
(1)将100g砷化镓废料磨至0.15~0.2mm的粒度,加入质量浓度30%的硫酸溶液,并加入50ml H2O2,加热至90~100℃,浸出1.5小时,得到酸溶液。硫酸溶液与砷化镓废料的液固比为4:1;
(2)向酸溶液中加入氢氧化钙,使酸溶液中的砷形成砷钙渣,过滤除去砷钙渣,以除渣形式除去砷离子,滤液为硫酸镓溶液;氢氧化钙的加入量为60g;化学反应式如下:Ca(OH)2+H3AsO4→Ca3(AsO4)2↓+6H2O;
(3)向滤液中加入硫酸铵,混溶得到硫酸镓铵溶液,化学反应式如下:Ga2(SO4)3+(NH4)2SO4→2NH4·Ga(SO4)2。硫酸铵(NH4)2SO4和硫酸镓Ga2(SO4)3溶液的摩尔比为1.2:1。将硫酸镓铵溶液加热蒸发得到硫酸镓铵晶体;
(4)将1质量份的硫酸镓铵晶体溶于4质量份的水中,制备成硫酸镓铵溶液,将硫酸镓铵溶液加热至70~90℃,加热4小时,产出氢氧化镓沉淀。化学反应式如下:NH4·Ga(SO4)2→Ga(OH)3↓+(NH4)2SO4。
本实施例镓的回收率为73.4%。
实施例2
利用砷化镓废料制备氢氧化镓的方法,方法步骤如下:
(1)将100g砷化镓废料磨至0.2~0.25mm的粒度,加入质量浓度35%的硫酸溶液,并加入60ml H2O2,加热至90~100℃,浸出2小时,得到酸溶液。硫酸溶液与砷化镓废料的液固比为3.5:1;
(2)向酸溶液中加入氢氧化钙,使酸溶液中的砷形成砷钙渣,过滤除去砷钙渣,以除渣形式除去砷离子,滤液为硫酸镓溶液;氢氧化钙的加入量为65g;
(3)向滤液中加入硫酸铵,混溶得到硫酸镓铵溶液。硫酸铵(NH4)2SO4和硫酸镓Ga2(SO4)3溶液的摩尔比为1.2:1。将硫酸镓铵溶液加热蒸发得到硫酸镓铵晶体;
(4)将质量1份的硫酸镓铵晶体溶于4质量份的水中,制备成硫酸镓铵溶液,将硫酸镓铵溶液加热至70~75℃,加热3小时,产出氢氧化镓沉淀。镓的回收率为74.1%
实施例3
利用砷化镓废料制备氢氧化镓的方法,方法步骤如下:
(1)将100g砷化镓废料磨至0.2mm左右的粒度,加入质量浓度40%的硫酸溶液,并加入80ml H2O2,加热至95~100℃,浸出100min,得到酸溶液。硫酸溶液与砷化镓废料的液固比为3.8:1;
(2)向酸溶液中加入氢氧化钙,使酸溶液中的砷形成砷钙渣,过滤除去砷钙渣,以除渣形式除去砷离子,滤液为硫酸镓溶液;氢氧化钙的加入量为70g;
(3)向滤液中加入硫酸铵,混溶得到硫酸镓铵溶液。硫酸铵(NH4)2SO4和硫酸镓Ga2(SO4)3溶液的摩尔比为1.2:1。将硫酸镓铵溶液加热蒸发得到硫酸镓铵晶体;
(4)将质量1份的硫酸镓铵晶体溶于3质量份水中,制备成硫酸镓铵溶液,将硫酸镓铵溶液加热至80~90℃,加热2小时,产出氢氧化镓沉淀。镓的回收率为75.2%。
Claims (2)
1.一种利用砷化镓废料制备氢氧化镓的方法,其特征在于,方法步骤如下:
(1)将砷化镓废料磨至0.15~0.25mm,按液固比3.5~4:1加入质量浓度30~40%的硫酸溶液,再加入质量浓度35%的双氧水50ml~80ml,加热至90~100℃,浸出1.5~2小时,得到酸溶液;
(2)向酸溶液中加入氢氧化钙,使酸溶液中的砷形成砷钙渣,过滤除去砷钙渣,以除渣形式除去砷离子,滤液为硫酸镓溶液;
(3)向硫酸镓溶液中加入硫酸铵,得到硫酸镓铵溶液,加热蒸发,得到硫酸镓铵晶体;
(4)将硫酸镓铵晶体溶于水中,得到硫酸镓铵溶液,加热硫酸镓铵溶液至70~90℃,加热时间2~4小时,得到沉淀的氢氧化镓。
2.根据权利要求1所述的一种利用砷化镓废料制备氢氧化镓的方法,其特征在于,上述步骤(3)中,硫酸铵和硫酸镓溶液的摩尔比为1.2:1。
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