CN207210550U - 一种高纯镓的电解装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高纯镓的电解装置，包括电解槽、阴极板和阳极板，所述电解槽内用隔板分隔出阳极区和阴极区，所述阳极区内装有不没过所述隔板的原料镓，所述阳极板置于所述阳极区，所述阴极板置于所述阴极区，所述阴极板具有中空结构，所述阴极板通过与所述中空结构连通的进水口和出水口外接循环冷却装置，所述电解槽内装有没过所述隔板的电解液。本实用新型所使用的电解单晶生长技术操作简便，成本低廉，提高了生产效率；得到的单晶镓纯度高，对杂质的去除效果好；通过设置隔板，可有效将原料镓和电解液区分开，方便阳极区产生的电解废液的集中收集和再处理提纯。
Description
技术领域
本实用新型涉及电解技术领域，尤其涉及一种高纯镓的电解装置。
背景技术
高纯镓用作制造砷化镓、氮化镓、磷化镓及低熔合金等电子器及外延片和光电子器，被广泛的应用到移动通信、宽带光纤通信、个人电脑、通信卫星等光电子领域和微电子领域，市场需求巨大。
高纯镓的应用将向高水平深度和广度发展。深度方面，7N、8N以上的镓施展空间大，如微波电路、纳电子器件等发展很快；广度方面，主要是6N级镓的应用，如半导体照明、LED领域等，是国家正在大力扶持的行业。我国镓的储量居世界第一，但高纯镓大部分依赖进口，长期以原料镓低价出口，高价进口高纯镓产品。国内市场以4N和5N居多，高纯镓总体生产水平与发达国家还存在较大差距。加大研究与开发先进的高效、循环利用技术，对发挥我国镓资源优势，实现我国镓的可持续及高效综合利用意义重大。
目前，高纯镓的生产方法很多。主要有重复电解法、重复结晶法、联合提纯法。大部分方法生产周期较长，效率低，生产成本比较高。其中电解-结晶联合法对设备要求简单，生产周期相对较短，利于实现高纯镓的工业化生产。中国专利CN201110423011.7公开了一种高纯镓的制备方法，其特征在于，包括步骤：配制规定浓度的且温度高于镓熔点的氢氧化钠溶液作为电解液；将配制的电解液装入电解槽中；将镓原料制作为所述电解槽的阳极板和阴极板；将所述阳极板和所述阴极板分别装入到所述电解槽的阳极区和阴极区中；启动所述电解槽的电解循环，进行直流电解，以在所述阴极区获得阴极区电解镓；直流电解完成后，将所述阴极区电解镓取出并送置于温度低于镓熔点的结晶槽内，以进行结晶，从而获得结晶镓。但是该实用新型专利采用电解-结晶联合的高纯镓的制备方法中仍存在如下问题：1、阴极区获得电解镓后需取出送置结晶槽内，以进行结晶，不利于简化操作过程；2、电解镓与原料镓、杂质无法有效的分离开，使得镓杂质含量低、产品合格率高。
实用新型内容
鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提出一种高纯镓的电解装置，采用电解-结晶联合提纯方法，具有操作简单、高效的特点，产品杂质含量低、产品合格率高。
为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种高纯镓的电解装置，包括电解槽、阴极板和阳极板，所述电解槽内用隔板分隔出阳极区和阴极区，所述阳极区内装有不没过所述隔板的原料镓，所述阳极板置于所述阳极区，所述阴极板置于所述阴极区，所述阴极板具有中空结构，所述阴极板通过与所述中空结构连通的进水口和出水口外接循环冷却装置，所述电解槽内装有没过所述隔板的电解液。
进一步的，所述原料镓为2N镓-4N镓。
进一步的，所述阴极板的形状为圆形或方形。
进一步的，所述循环冷却装置内的冷却水温度为10℃～25℃。
进一步的，所述电解液为氢氧化钠水溶液、偏镓酸钠水溶液或水中的任意一种。
进一步的，所述电解液的温度为30℃～40℃。
一种根据上述的任意一种高纯镓的电解装置的方法，包括以下步骤：
1)将原料镓置于电解槽的阳极区中，原料镓的高度不没过隔板；
2)将配制的电解液装入电解槽中，没过隔板，电解液的温度为30℃～40℃；
3)启动整流器，进行直流电解，电流密度为50A/m2～500A/m2；同时启动循环冷却装置，冷却水温度为10℃～25℃；
4)直流电解完成后，将阴极板取出，获得6N高纯镓。
本实用新型的突出效果为：
1、本实用新型的高纯镓的电解装置所使用的电解单晶生长技术操作简便，成本低廉，提高了生产效率；
2、本实用新型直接在阴极板表面生长单晶镓结晶，得到的单晶镓纯度高，对杂质的去除效果好；
3、本实用新型通过设置隔板，可有效将原料镓和电解液区分开，方便阳极区产生的电解废液的集中收集和再处理提纯。
附图说明
图1为本实用新型实施例1-4的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种高纯镓的电解装置，包括电解槽1、阴极板2和阳极板3，电解槽1内用隔板4分隔出阳极区和阴极区，阳极区内装有不没过隔板4的原料镓5，阳极板3置于阳极区，阴极板2置于阴极区，阴极板2具有中空结构，阴极板2通过与中空结构连通的进水口6和出水口7外接循环冷却装置，电解槽1内装有没过隔板4的电解液8。
其中，原料镓5为2N镓。阴极板2的形状为圆形。循环冷却装置内的冷却水温度为10℃。电解液8为氢氧化钠水溶液。电解液8的温度为30℃。
一种根据上述的高纯镓的电解装置的方法，包括以下步骤：
1)将原料镓5置于电解槽1的阳极区中，原料镓5的高度不没过隔板4；
2)将配制的电解液8装入电解槽1中，没过隔板4，电解液8的温度为30℃；
3)启动整流器，进行直流电解，电流密度为50A/m2；同时启动循环冷却装置，冷却水温度为10℃；原料镓5在阳极板3上获得电子，还原成镓离子，镓离子通过电解液8移动至阴极区，在阴极板2上析出纯度为6N高纯镓。由于阴极板2温度低于镓熔点，高纯镓在阴极板2上结晶，并不断形核生长，从而获得结晶镓；
4)直流电解完成后，将阴极板2取出，获得6N高纯镓。
实施例2
如图1所示，本实施例的一种高纯镓的电解装置，包括电解槽1、阴极板2和阳极板3，电解槽1内用隔板4分隔出阳极区和阴极区，阳极区内装有不没过隔板4的原料镓5，阳极板3置于阳极区，阴极板2置于阴极区，阴极板2具有中空结构，阴极板2通过与中空结构连通的进水口6和出水口7外接循环冷却装置，电解槽1内装有没过隔板4的电解液8。
其中，原料镓5为3N镓。阴极板2的形状为方形。循环冷却装置内的冷却水温度为25℃。电解液8为偏镓酸钠水溶液。电解液8的温度为30℃。
一种根据上述的高纯镓的电解装置的方法，包括以下步骤：
1)将原料镓5置于电解槽1的阳极区中，原料镓5的高度不没过隔板4；
2)将配制的电解液8装入电解槽1中，没过隔板4，电解液8的温度为30℃；
3)启动整流器，进行直流电解，电流密度为100A/m2；同时启动循环冷却装置，冷却水温度为25℃；原料镓5在阳极板3上获得电子，还原成镓离子，镓离子通过电解液8移动至阴极区，在阴极板2上析出纯度为6N高纯镓。由于阴极板2温度低于镓熔点，高纯镓在阴极板2上结晶，并不断形核生长，从而获得结晶镓；
4)直流电解完成后，将阴极板2取出，获得6N高纯镓。
实施例3
如图1所示，本实施例的一种高纯镓的电解装置，包括电解槽1、阴极板2和阳极板3，电解槽1内用隔板4分隔出阳极区和阴极区，阳极区内装有不没过隔板4的原料镓5，阳极板3置于阳极区，阴极板2置于阴极区，阴极板2具有中空结构，阴极板2通过与中空结构连通的进水口6和出水口7外接循环冷却装置，电解槽1内装有没过隔板4的电解液8。
其中，原料镓5为4N镓。阴极板2的形状为圆形。循环冷却装置内的冷却水温度为15℃。电解液8为水。电解液8的温度为40℃。
一种根据上述的高纯镓的电解装置的方法，包括以下步骤：
1)将原料镓5置于电解槽1的阳极区中，原料镓5的高度不没过隔板4；
2)将配制的电解液8装入电解槽1中，没过隔板4，电解液8的温度为40℃；
3)启动整流器，进行直流电解，电流密度为200A/m2；同时启动循环冷却装置，冷却水温度为15℃；原料镓5在阳极板3上获得电子，还原成镓离子，镓离子通过电解液8移动至阴极区，在阴极板2上析出纯度为6N高纯镓。由于阴极板2温度低于镓熔点，高纯镓在阴极板2上结晶，并不断形核生长，从而获得结晶镓；
4)直流电解完成后，将阴极板2取出，获得6N高纯镓。
实施例4
如图1所示，本实施例的一种高纯镓的电解装置，包括电解槽1、阴极板2和阳极板3，电解槽1内用隔板4分隔出阳极区和阴极区，阳极区内装有不没过隔板4的原料镓5，阳极板3置于阳极区，阴极板2置于阴极区，阴极板2具有中空结构，阴极板2通过与中空结构连通的进水口6和出水口7外接循环冷却装置，电解槽1内装有没过隔板4的电解液8。
其中，原料镓5为2N镓。阴极板2的形状为方形。循环冷却装置内的冷却水温度为20℃。电解液8为氢氧化钠水溶液。电解液8的温度为40℃。
一种根据上述的高纯镓的电解装置的方法，包括以下步骤：
1)将原料镓5置于电解槽1的阳极区中，原料镓5的高度不没过隔板4；
2)将配制的电解液8装入电解槽1中，没过隔板4，电解液8的温度为40℃；
3)启动整流器，进行直流电解，电流密度为500A/m2；同时启动循环冷却装置，冷却水温度为20℃；原料镓5在阳极板3上获得电子，还原成镓离子，镓离子通过电解液8移动至阴极区，在阴极板2上析出纯度为6N高纯镓。由于阴极板2温度低于镓熔点，高纯镓在阴极板2上结晶，并不断形核生长，从而获得结晶镓；
4)直流电解完成后，将阴极板2取出，获得6N高纯镓。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高纯镓的电解装置，包括电解槽、阴极板和阳极板，其特征在于：所述电解槽内用隔板分隔出阳极区和阴极区，所述阳极区内装有不没过所述隔板的原料镓，所述阳极板置于所述阳极区，所述阴极板置于所述阴极区，所述阴极板具有中空结构，所述阴极板通过与所述中空结构连通的进水口和出水口外接循环冷却装置，所述电解槽内装有没过所述隔板的电解液。
2.根据权利要求1所述的一种高纯镓的电解装置，其特征在于：所述原料镓为2N镓-4N镓。
3.根据权利要求1所述的一种高纯镓的电解装置，其特征在于：所述阴极板的形状为圆形或方形。
4.根据权利要求1所述的一种高纯镓的电解装置，其特征在于：所述循环冷却装置内的冷却水温度为10℃～25℃。
5.根据权利要求1所述的一种高纯镓的电解装置，其特征在于：所述电解液为氢氧化钠水溶液、偏镓酸钠水溶液或水中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种高纯镓的电解装置，其特征在于：所述电解液的温度为30℃～40℃。
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| CN107338455A (zh) * | 2017-09-01 | 2017-11-10 | 江西德义半导体科技有限公司 | 一种高纯镓的电解装置及方法 |
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| CN111394751A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-07-10 | 广东省稀有金属研究所 | 电解提纯镓的方法、高纯镓及电解装置 |
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