CN216639668U - 一种制备高纯镓的电解装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制备高纯镓的电解装置，包括电解槽、用于盛放熔融原料镓的阳极舟、用于连接熔融原料镓和电解正极的阳极板、以及用于连接电解槽中的电解液和电解负极的阴极板，阳极舟位于电解槽内，且电解液没过阳极舟，以将电解槽分为阳极舟内的阳极区和阳极舟外的阴极区，还包括设置在电解槽外部的恒温过滤槽、设置在电解槽阳极区且位于熔融原料镓上方的搅拌器、用于连接电解槽阳极区和恒温过滤槽进液口的抽液管、以及连接过滤恒温槽出液口和电解槽阴极区的回流管。本实用新型能够边搅拌熔融镓边抽取积聚有杂质的电解液，分离出杂质，保持电解液和熔融镓洁净，大大提高了生产效率和生产稳定性，用较低纯度原料制备出5N高纯镓产品。

Description

一种制备高纯镓的电解装置

技术领域

本实用新型涉及电解技术领域，具体涉及一种制备高纯镓的电解装置。

背景技术

镓是一种贵重的稀散金属元素，高纯镓广泛用作制造化合物半导体砷化镓、磷化镓及氮化镓等，原料的纯度会直接影响这些化合物的特性，一般要求纯度在99.999％以上，部分杂质元素更是要求在质谱法的检测限以下。

纯度99％以下原生粗镓一般是从精炼锌过程中的残渣、赤泥和用拜耳法从精炼铝过程中的铝酸钠经萃取、浓缩、电解等工序回收来的，粗镓中所含杂质有Cu、Al、Fe、Pb、Cd、Hg、Zn、Sn等多种，杂质元素含量依其原料来源存在较大差别，常依据杂质元素及含量差别选择适合的方法进一步提纯。

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，以及有机物分解法等，镓的提纯和检测都相当复杂，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。电解精炼法以其高效稳定是制备高纯镓的优选方法。对原料纯度要求低、处理量灵活，工艺稳定，适合工业化生产。

镓的电解提纯一般在碱性体系中进行，杂质主要来源于原料镓中的杂质和存在于电解液中的杂质，理论上，标准电解电位较镓的标准电解电位正的金属杂质如Ag、Pb、Co、Cu、 Ni、Fe等残留在阳极渣中，标准电解电位较镓的标准电解电位负的金属杂质如Ca、K、Na、 Mg、Al等残留在电解液中，电极电位跟镓(-1.22V)接近的元素如锌Zn(-1.216V)和Si(-1.73V) 难除去，因此电解提纯前常通过酸洗等化学提纯方法降低杂质锌的含量，再通过电解有很好的效果；杂质硅进入电解液后也易于和镓一起在阴极析出，但实验证实，在电解过程中，硅对阴极镓的污染主要是吸附作用，而且只需用简单的洗涤方法即可比较彻底的除去。

另外影响电解纯化的因素如极化和杂质的活性等，如当镓的阳极表面电解氧化时，在其表面上生产了氧化膜，致使局部电流密度升高，发生了极化，这时电位较正的杂质就有可能氧化进入电解液。实验发现当电流密度提高到6000A/m2，阴极镓中Cu、Pb的含量显著升高，因此为使正电位杂质尽可能地留在残阳极中，采用较低的电流密度电解为好。为此必须控制电解的温度高于镓的熔点(30-50℃)，通过搅拌等使液态镓阳极表面不断更新，表面杂质的浓度就不会因镓的溶解而迅速提高。可见随着电解的不断进行，由于电极表面的氧化等原因，许多杂质在海绵镓及氧化物中大量富集，导致电解液中杂质不断升高，就会影响电解镓的提纯效果。因此如何将阳极镓表面富集的杂质及时的分离除去，保持电解液的持续清洁，是保证镓提纯质量稳定的一个关键环节。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种制备高纯镓的电解装置，可保持电解液及阳极镓洁净，保证镓提纯质量稳定。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种制备高纯镓的电解装置，包括电解槽、用于盛放熔融原料镓的阳极舟、用于连接熔融原料镓和电解正极的阳极板、以及用于连接电解槽中的电解液和电解负极的阴极板，阳极舟位于电解槽内，且电解液没过阳极舟，以将电解槽分为阳极舟内的阳极区和阳极舟外的阴极区，还包括设置在电解槽外部的恒温过滤槽、设置在电解槽阳极区且位于熔融原料镓上方的搅拌器、用于连接电解槽阳极区和恒温过滤槽进液口的抽液管、以及连接过滤恒温槽出液口和电解槽阴极区的回流管。

本实用新型的有益效果是：设备结构简单，容易操作，通过搅拌器和恒温过滤槽，实现阳极镓搅拌同时及时排出富集的氧化物和杂质，保证电解液和阳极镓处于新鲜洁净状态，大大提高了生产稳定性和提纯效果，实现用较低纯度原料制备出5N高纯镓产品。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的制备高纯镓的电解装置的结构示意图；

附图标记说明：1-电解槽；2-电解液；3-阴极板；4-阳极舟；5-阳极板；6-搅拌器；7抽液管；8-熔融原料镓；9-恒温过滤槽；10-回流管；11-溢流管；12-排料口。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，一种制备高纯镓的电解装置，包括电解槽1、安装在电解槽1上的搅拌器6 和安装在电解槽1外部的恒温过滤槽9。

电解槽1呈方形或圆形，底面设置有排料口12，内有电解液2，电解液2可由镓酸钠、氢氧化钠水溶液组成，电解溶液2中插有阴极板3，阴极板3与电解电源的负极相连，熔融原料镓8装在阳极舟4中，量不超过料舟的2/3，阳极舟4放进电解槽1的中间位置，并使电解液2没过阳极舟4，熔融原料镓8中插有阳极板5，阳极板5与电解电源的正极相连。

电解槽1可分为阳极舟4内的阳极区和阳极舟4外的阴极区。搅拌器6主要由中空的搅拌轴和安装在搅拌轴底部的搅拌叶片组成，搅拌叶片安装在阳极舟4内，且位于熔融原料镓 8上方，采用机械搅拌保持熔融原料镓8与电解液2充分接触。

抽液管7的一端安装在中空的搅拌轴内，管口距离熔融原料镓表面1.0-5.0mm，较好的解决了管口距离熔融镓的可调及稳定性。抽液管7的另一端与恒温过滤槽9顶部的进液口相连，恒温过滤槽9底部的出液口经回流管10与电解槽1阴极区相连。同时，恒温过滤槽9顶部还通过溢流管11与电解槽1顶部相连通。

恒温过滤槽9可商购获得，具有若干过滤管或过滤袋及恒温装置，抽液管7和回流管上配套有泵装置。电解过程中，抽取熔融原料镓8上方的电解液到恒温过滤槽9进行过滤，可及时将富集在熔融原料镓8表面的杂质去除，保持电解液及阳极镓洁净，过滤后的电解液恒温后通过回流管10和溢流管11返回电解槽1，确保电解液的稳定。

利用本申请的电解装置提纯镓的工艺可为：采用99％的熔融镓为阳极，不锈钢为阴极，氢氧化钠水溶液为电解液，直流电极，电流密度50A-2000A/m²，槽电压2.0-5.0V，温度为 30-50℃，氢氧化钠浓度130-200g/L，镓离子浓度50-180g/L。

下面通过具体的实施例，对本申请的电解装置的使用作进一步说明。

实施例1

采用图1中所示的电解装置用于镓的电解提纯，制备含镓的氢氧化钠电解液35L，其中，含镓80g/L，含氢氧化钠150g/L，装入电解槽中，恒温至40℃；在阳极舟内加入纯度99.5％左右的熔融原料镓5000g，插入导电阳极板，连接电解电源正极；将阴极板放入电解液内，连接电解电源负极；机械搅拌，调整好抽液管口位置距离镓表面2mm，电解液温度、搅拌等稳定后开启电解电源，设置电流密度为200A/m²，连续电解200小时。检测结果如下表1(杂质分析采用电感耦合等离子体质谱仪分析检测(ICPMS))。

表1各元素浓度检测结果

电解收率达到65％左右，电解镓纯度达到99.999％，杂质总含量低于10ppm，长时间电解，槽电压平稳。

对比试验：实施例2

电解设备及原材料等同实施例1，不过滤情况下电解72小时后电压从3.0升至3.5V，连续电解120小时时槽电压突然增加10V，停止电解取样分析结果如下表2，同时观察到此时阳极舟内原料镓变得不均匀，呈现不同颜色，表面有氧化膜。

表2各元素浓度检测结果

电解收率约为40％，电解镓纯度99.99％，杂质In、Au、Sn含量分别是12ppm、5.3ppm、 2.5ppm，槽电压明显升高。

综上所述，本申请的制备高纯镓的电解装置，采用搅拌器和抽液管，通过控制管口位置，实现边搅拌熔融镓边抽取积聚有杂质的电解液，分离出杂质，保持电解液和熔融镓洁净，大大提高了生产效率和生产稳定性，实现用较低纯度原料制备出5N高纯镓产品。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的保护范围中。

Claims (5)

1.一种制备高纯镓的电解装置，包括电解槽、用于盛放熔融原料镓的阳极舟、用于连接熔融原料镓和电解正极的阳极板、以及用于连接电解槽中的电解液和电解负极的阴极板，阳极舟位于电解槽内，且电解液没过阳极舟，以将电解槽分为阳极舟内的阳极区和阳极舟外的阴极区，其特征在于：还包括设置在电解槽外部的恒温过滤槽、设置在电解槽阳极区且位于熔融原料镓上方的搅拌器、用于连接电解槽阳极区和恒温过滤槽进液口的抽液管、以及连接过滤恒温槽出液口和电解槽阴极区的回流管。

2.根据权利要求1所述的一种制备高纯镓的电解装置，其特征在于：所述搅拌器包括中空的搅拌轴和设置在搅拌轴底部的搅拌叶片，所述抽液管通过中空的搅拌轴与电解槽阳极区连通。

3.根据权利要求1或2所述的一种制备高纯镓的电解装置，其特征在于：所述抽液管的管口位于熔融原料镓上方。

4.根据权利要求3所述的一种制备高纯镓的电解装置，其特征在于：所述抽液管的管口距离熔融原料镓表面1.0-5.0mm。

5.根据权利要求1所述的一种制备高纯镓的电解装置，其特征在于：所述恒温过滤槽与电解槽之间还设置有溢流管。

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