RU2164259C2

RU2164259C2 - Method of gallium recovery from gallium-containing oxides of rare-earth metals

Info

Publication number: RU2164259C2
Application number: RU98122023A
Authority: RU
Inventors: Г.Г. Кознов
Original assignee: ООО "Фомос-Технолоджи"
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 2001-03-20

Abstract

FIELD: gallium metallurgy, particularly, methods of gallium production by reduction of gallium-containing oxides of rare-earth metals. SUBSTANCE: method includes mixing of powder of gallium-containing oxide of rare-earth metal with reducing agent in the form of aluminum. Mixture of powders is ignited before beginning of reaction of self-propagating high-temperature synthesis. EFFECT: efficient recovery of gallium from complex oxide compounds. 3 cl, 1 tbl, 6 ex

Description

Настоящее изобретение относится к области металлургии галлия, а именно - способу получения галлия восстановлением из галлийсодержащих оксидов редкоземельных металлов. The present invention relates to the field of metallurgy of gallium, namely, to a method for producing gallium by reduction from gallium-containing oxides of rare earth metals.

Настоящее изобретение может быть использовано, в частности, в технологии утилизации галлия из отходов, образующихся при выращивании монокристаллов лантангаллиевого силиката, с чистотой, пригодной для повторного использования. The present invention can be used, in particular, in the technology of utilization of gallium from waste generated during the growth of single crystals of lantangallium silicate, with a purity suitable for reuse.

Отходы представляют собой тигельный остаток лантангаллиевого силиката (ЛГС) и/или отходы после резки монокристаллов ЛГС состава La₃Ga₅SiO₁₄.Waste is a crucible residue of lantangallium silicate (LGS) and / or waste after cutting LGS single crystals of La ₃ Ga ₅ SiO ₁₄ composition.

Способ может быть использован для извлечения галлия также из других оксидных систем с содержанием металлического галлия не менее 28 вес.%. The method can be used to extract gallium also from other oxide systems with a metal gallium content of at least 28 wt.%.

Известен способ переработки галлийсодержащих шлаков, предусматривающих выщелачивание шлака щелочью с продувкой воздухом и введением за 0,25-0,5 ч до окончания процесса продувки полиакриламида в количестве 2-10 мг/л (RU, 600203, кл. С 22 В 58/00, 1978 г.). A known method of processing gallium-containing slag, providing for the leaching of slag with alkali and air purging, is introduced for 0.25-0.5 hours before the end of the polyacrylamide purge process in an amount of 2-10 mg / l (RU, 600203, class C 22 V 58/00 , 1978).

Недостатком известного способа является тот факт, что глубокое извлечение галлия может быть обеспечено при переработке шлаков, содержащих не менее 90% галлия. В случае переработки бедных шлаков (содержание галлия не превышает 0,3-0,4%), в частности анодных осадков, невозможно обеспечить удовлетворительное вскрытие галлия. The disadvantage of this method is the fact that the deep extraction of gallium can be achieved by processing slags containing at least 90% gallium. In the case of processing of poor slag (gallium content does not exceed 0.3-0.4%), in particular anode deposits, it is impossible to provide a satisfactory opening of gallium.

Известен способ выделения галлия из отходов алюминиевого производства, согласно которому пыль газоочистки электролиза алюминия выщелачивают водным раствором соляной кислоты, а образующийся при этом хлорид галлия экстрагируют трибутилфосфатом (см. GB, 2184108, С 01 G 15/00, 1987). A known method for the separation of gallium from aluminum production wastes, according to which the dust of gas purification of aluminum electrolysis is leached out with an aqueous solution of hydrochloric acid, and the gallium chloride formed in this process is extracted with tributyl phosphate (see GB, 2184108, C 01 G 15/00, 1987).

Недостатком способа является то, что полученные таким способом технологические галлийсодержащие растворы плохо фильтруются, загрязнены углеродом и низкоконцентрированы по галлию. The disadvantage of this method is that the technological gallium-containing solutions obtained in this way are poorly filtered, contaminated with carbon and low concentrated in gallium.

Известен способ переработки галлиевых шлаков, по которому шлак выщелачивают в 25%-ном растворе щелочи с нагреванием до 90^oC. Из раствора галлий выделяют электролизом с никелевыми электродами (см. Иванова Р.В. Химия и технология галлия, М., Металлургия, 1973, с. 326).A known method of processing gallium slag, in which the slag is leached in a 25% alkali solution with heating to 90 ^o C. From a gallium solution is isolated by electrolysis with nickel electrodes (see Ivanova R.V. Chemistry and technology of gallium, M., Metallurgy, 1973, p. 326).

Недостатком известного способа является низкая производительность за счет использования операции электролиза, при этом способ непригоден для эффективного извлечения галлия из оксидных композиций. The disadvantage of this method is the low productivity due to the use of the operation of electrolysis, while the method is unsuitable for the effective extraction of gallium from oxide compositions.

Известен способ извлечения галлия из твердых тонкодисперсных углеродсодержащих материалов, включающий нагрев их в окислительной атмосфере и конденсацию полученных субоксидов (RU, 2092601, кл. С 22 В 58/00, 1998 г.). A known method for the extraction of gallium from solid finely dispersed carbon-containing materials, including heating them in an oxidizing atmosphere and condensation of the obtained suboxides (RU, 2092601, class C 22 B 58/00, 1998).

Однако реализация этого способа применительно к галлийсодержащим оксидам редкоземельных металлов затруднена тем, что возгонка окиси галлия из оксидных соединений типа ЛГС затруднена из-за прочных связей окиси галлия с другими компонентами, входящими в состав отходов. However, the implementation of this method with respect to gallium-containing rare earth oxides is complicated by the fact that the sublimation of gallium oxide from oxide compounds of the LGS type is difficult due to the strong bonds of gallium oxide with other components that make up the waste.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу является способ извлечения галлия из галлийсодержащих материалов, включающий восстановление хлоридов галлия алюминием (см. Иванова Р.В., "Химия и технология галлия", М., Металлургия, 1973, С.361-362). The closest in technical essence and the achieved result to the claimed method is a method for extracting gallium from gallium-containing materials, including the reduction of gallium chlorides with aluminum (see Ivanova R.V., "Chemistry and Technology of Gallium", M., Metallurgy, 1973, P.361 -362).

В известном способе в качестве галлийсодержащих материалов используют хлорид галлия, а в качестве восстановителя - гранулы алюминия при 200^oC.In the known method, gallium chloride is used as gallium-containing materials, and aluminum granules at 200 ^° C are used as reducing agent.

Недостаток известного способа состоит в том, что он применим только для извлечения галлия из хлоридов, получение которых из ЛГС затруднено. Введение дополнительной операции получения хлоридов существенно повышает стоимость переработки при одновременном снижении эффективности извлечения галлия. The disadvantage of this method is that it is applicable only for the extraction of gallium from chlorides, the preparation of which from LGS is difficult. The introduction of an additional operation for the production of chlorides significantly increases the cost of processing while reducing the efficiency of extraction of gallium.

В рамках данной заявки решается задача разработки эффективного способа извлечения галлия из сложных оксидных соединений. In the framework of this application, the task of developing an effective method for the extraction of gallium from complex oxide compounds is solved.

Поставленная задача решается тем, что в способе извлечения галлия из галлийсодержащих материалов, включающем смешивание материалов с алюминием, в качестве исходных материалов используют порошок галлийсодержащего оксида редкоземельных металлов с содержанием галлия не менее 28% мас., а алюминий в виде порошка, при этом смесь порошков оксида с алюминием локально и кратковременно поджигают до начала протекания реакции самопроизвольного высокотемпературного синтеза. The problem is solved in that in the method for extracting gallium from gallium-containing materials, including mixing materials with aluminum, gallium-containing oxide of rare-earth metals with a gallium content of at least 28% by weight and aluminum in the form of a powder are used as starting materials, while the mixture of powders oxide with aluminum locally and briefly set on fire before the onset of the reaction of spontaneous high-temperature synthesis.

Кроме того, используют порошки галлийсодержащих оксидов редких металлов и алюминия дисперсностью менее 40 мкм., при этом содержание алюминия в смеси порошков составляет 11-15 вес.%
Авторами экспериментально было установлено, что только в рамках заявленных диапазонов концентраций и степени дисперсности порошков решается поставленная задача.In addition, using powders of gallium-containing oxides of rare metals and aluminum with a fineness of less than 40 microns., While the aluminum content in the mixture of powders is 11-15 wt.%
The authors experimentally found that only within the stated ranges of concentrations and degree of dispersion of the powders the problem is solved.

Выбранная степень дисперсности исходных порошков и их количество взаимосвязаны, обеспечивая необходимые реакционные поверхности. В результате локальный и кратковременный поджиг такой смеси порошков, например, в вольтовой дуге, становится достаточным для инициирования самопроизвольного высокотемпературного синтеза. The selected degree of dispersion of the initial powders and their amount are interconnected, providing the necessary reaction surfaces. As a result, local and short-term ignition of such a mixture of powders, for example, in a voltaic arc, becomes sufficient to initiate spontaneous high-temperature synthesis.

Сущность способа поясняется примером реализации. The essence of the method is illustrated by an example implementation.

Пример. Для восстановления галлия из отходов лантангаллиевого силиката (ЛГС) используют порошок оксида и алюминия дисперсностью 30 мкм, при этом применяют порошок алюминия марки ПА-4. Смешивают 880 г ЛГС со 120 г алюминиевого порошка. Полученную смесь засыпают в графитовый стакан. Смесь локально и кратковременно нагревают до начала протекания реакции самопроизвольного высокотемпературного синтеза (СВС), при таком нагреве происходит восстановление галлия металлическим алюминием до металла и образование ряда соединений на основе алюминия, кремния и лантана. Время реакции восстановления - 15-30 мин, а остывание до температуры 40-50^oС - в течение 1-2 ч. Полученный материал содержит металлический галлий в виде капель. Восстановленный галлий отделяют от оксидной составляющей путем центрифугирования. Выход металлического галлия составляет 85 вес.%.Example. To restore gallium from the waste of lanthanum gallium silicate (LGS), an oxide and aluminum powder with a dispersion of 30 μm is used; PA-4 grade aluminum powder is used. 880 g of LGS are mixed with 120 g of aluminum powder. The resulting mixture is poured into a graphite glass. The mixture is locally and briefly heated until the onset of the spontaneous high-temperature synthesis (SHS) reaction, with such heating, gallium is reduced by metal aluminum to metal and a number of compounds based on aluminum, silicon and lanthanum are formed. The recovery reaction time is 15-30 minutes, and cooling to a temperature of 40-50 ^o C for 1-2 hours. The resulting material contains gallium metal in the form of drops. Reduced gallium is separated from the oxide component by centrifugation. The yield of gallium metal is 85 wt.%.

В таблице приведены результаты осуществления способа в интервале заявленных параметров и вне их применительно к галлийсодержащим оксидам различных редкоземельных металлов. Содержание оксида галлия в отходах определяется наличием в них примесей, таких, как кремний, алюминий, графит, медь и др. The table shows the results of the method in the range of the declared parameters and outside of them as applied to gallium-containing oxides of various rare-earth metals. The content of gallium oxide in the waste is determined by the presence of impurities in them, such as silicon, aluminum, graphite, copper, etc.

Claims

1. A method of extracting gallium from gallium-containing materials, comprising mixing materials with aluminum, characterized in that as the starting materials use a powder of gallium-containing rare earth oxide with a metal gallium content of at least 28 wt.%, And aluminum in the form of a powder, with a mixture of powders oxide with aluminum locally and briefly set on fire before the onset of the reaction of spontaneous high-temperature synthesis.

2. The method according to claim 1, characterized in that the powder of aluminum and gallium-containing oxide is used with a fineness of less than 40 microns.

3. The method according to claim 1, characterized in that the aluminum content in the powder mixture is 11 to 15 wt.%.