RU2741025C2 - Gallium purification cell - Google Patents

Gallium purification cell Download PDF

Info

Publication number
RU2741025C2
RU2741025C2 RU2020119504A RU2020119504A RU2741025C2 RU 2741025 C2 RU2741025 C2 RU 2741025C2 RU 2020119504 A RU2020119504 A RU 2020119504A RU 2020119504 A RU2020119504 A RU 2020119504A RU 2741025 C2 RU2741025 C2 RU 2741025C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrolyte
bath
cathode
anode
gallium
Prior art date
Application number
RU2020119504A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020119504A (en
RU2020119504A3 (en
Inventor
Виталий Евгеньевич Дьяков
Original Assignee
Виталий Евгеньевич Дьяков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виталий Евгеньевич Дьяков filed Critical Виталий Евгеньевич Дьяков
Priority to RU2020119504A priority Critical patent/RU2741025C2/en
Publication of RU2020119504A publication Critical patent/RU2020119504A/en
Publication of RU2020119504A3 publication Critical patent/RU2020119504A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2741025C2 publication Critical patent/RU2741025C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B58/00Obtaining gallium or indium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to an electrolysis unit for gallium refining. Electrolysis cell comprises anode bath for liquid gallium and electrolyte with current lead, cathode cell with cathode bath from liquid cathode gallium and electrolyte, made with current lead and with perforated bottom, vessel with porous bottom for settling and filtration of electrolyte, siphon of electrolyte return to cathode bath and pump for electrolyte with suction nozzle and with delivery branch pipe, float, connection pipe for sludge collection from anode surface, connected by flexible hose with suction pump union and arranged on float with possibility of its location on boundary of electrolyte-gallium phases of anode bath for suction of sludge from anode surface and maintaining level of anode bath, tray for excess electrolyte drainage from cathode bath surface located on opposite side from electrolyte return siphon into cathode cell, and filter with porous bottom for filtration of sludges and drain into electrolyte tank, to which is brought pump tube assembly, and in its middle part there is pipeline with siphon for connection with level of cleaned electrolyte on cathode bath.
EFFECT: higher degree of purification due to removal of slurries during their formation.
1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области рафинирования цветных металлов, и в частности, к электрическим способам рафинирования металлического галлия.The invention relates to the field of refining non-ferrous metals, and in particular, to electrical methods for refining metallic gallium.

Известный электролизер содержит ванну с электролитом и жидким галлием разделенных перегородкой для катодного и анодного пространства [1].The known electrolyzer contains a bath with electrolyte and liquid gallium separated by a partition for the cathode and anode space [1].

Прототипом является электролизер содержащий ванну с жидким галлиевым анодом, размещенную над ним катодную ячейку с перфорированным дном и токоподводом [2].The prototype is an electrolyzer containing a bath with a liquid gallium anode, a cathode cell with a perforated bottom and a current lead located above it [2].

Недостатком этого электролизера является недостаточное перемешивание электролита и насыщение электролита шламами. Меняющееся межэлектродное расстояние от растворения анода, приводит к перенапряжению на аноде влияющее на растворение шламов электроположительных примесей, Мешалки для перемешивания только способствуют распределению шламов по всему объему. Это приводит к снижению качества продукта.The disadvantage of this electrolyzer is insufficient mixing of the electrolyte and saturation of the electrolyte with sludge. The changing interelectrode distance from the dissolution of the anode leads to overvoltage at the anode, affecting the dissolution of the slimes of electropositive impurities. Agitators for mixing only contribute to the distribution of the slimes throughout the volume. This leads to a decrease in the quality of the product.

Техническая задача состоит в том, чтобы образующиеся на аноде шламы удалить не с объема меняющегося зазора, а непосредственно с поверхности анод в момент образования и не допустить шламы на поверхности катода.The technical problem is to remove the sludge generated at the anode not from the volume of the changing gap, but directly from the anode surface at the time of formation and to prevent sludge on the cathode surface.

Сущность электролизера заключается в том, что он снабжен поплавком, штуцером для сбора шлама с поверхности анода, соединенным гибким шлангом с всасывающим штуцером насоса и размещенным на поплавке с возможностью его расположения на границе раздела фаз между электролитом и галлием анодной ванны для всасывания шлама с поверхности анода и поддержания уровня анодной ванны. The essence of the electrolyzer is that it is equipped with a float, a fitting for collecting sludge from the surface of the anode, connected by a flexible hose to the suction fitting of the pump and placed on the float with the possibility of its location at the interface between the electrolyte and gallium of the anode bath for sucking the sludge from the surface of the anode and maintaining the level of the anode bath.

Это позволяет предотвратить накопление шламов, которые после накопления начинают растворяться и затем загрязнять катод.This prevents the accumulation of sludge, which after accumulation begins to dissolve and then contaminate the cathode.

Электролизер снабжен лотком для слива избытка электролита с поверхности катодной ванны, расположенным с противоположной стороны от сифона возврата электролита в катодную ячейку, и фильтром с пористым дном для фильтрации шламов и стока в емкость для электролита, к которому подведен нагнетающий патрубок насоса, а в его средней части размещен трубопровод с сифоном для связи с уровнем очищенного электролита на катодной ванне. The electrolyzer is equipped with a tray for draining excess electrolyte from the surface of the cathode bath, located on the opposite side of the siphon for returning the electrolyte to the cathode cell, and a filter with a porous bottom for filtering sludge and drain into the electrolyte tank, to which the pump discharge pipe is connected, and in its middle part, there is a pipeline with a siphon for communication with the level of the purified electrolyte on the cathode bath.

Это также способствует позволяют селективно собирать шламы с поверхности анода и создавать перемещение слоя электролита, а также способствует обновлению поверхности растворения анода и обновлению электролита на поверхности осаждения галлия на катоде. It also contributes to allow the selective collection of sludge from the anode surface and to create a movement of the electrolyte layer, and also contributes to the renewal of the dissolution surface of the anode and the renewal of the electrolyte on the gallium deposition surface on the cathode.

Конструкция электролизера поясняется на фиг 1 и поперечном разрезе фиг 2. Электролизер состоит из ванны 1 для электролита и жидкого галлиевого анода 2. В него погружен токоподвод 3 никелевой пластиной. Параллельно поверхности анода 2 устанавливается ячейка 4 (одна или несколько). Катодная ячейка 4 в виде прямоугольного ящика из пластика с перфорированным дном 5, по которому натягивается диафрагма 6 из капроновой ткани и закрепляется сверху любым способом, например обечайкой. На поверхность диафрагмы 6 в слой жидкого катодного галлия 7 устанавливается токоподвод 8 в виде пластины из никеля. Токоподвод 8 подключен к отрицательному полюсу источника постоянного тока. В одном торце ванны за перегородкой 10 с окном 11 установлен погружной насос 12 для откачивания электролита с поверхности анодного галлия. Всасывающий штуцер насоса 12 соединен гибким шлангом со штуцером 13 на поплавке для поддержания на плаву на металле анода. Это позволяет штуцеру 13 находиться на разделе фаз электролит-галлий при изменении его уровня в промежутках между загрузками (пунктиром показаны минимальный и максимальный уровень анодного металла. Нагнетающий патрубок насоса подведен к фильтру 14 с пористым дном для фильтрации шламов и стока в емкость 15 для электролита. В средней части емкость 14 снабжена трубопроводом 16 с сифом 17 для связи с уровнем очищенного электролита на катодной ванне (фиг 2), установленная на кронштейнах 18. С противоположного стороны ванны от сифона 17, поступления очищенного электролита, катодная ванна снабжена лотком 19 слива обедненного по галлию электролита в анодную ванну. Ванна 1 снабжена сифонным карманом 20 для заливки жидкого галлия на дно ванны и погружения токоподвода 3. Дно ванны 1 выполнено с полостью охлаждения, разделенной перегородками 21. Полость охлаждения снабжена штуцерами 22 подвода и отвода воды для термостатирования.The design of the electrolyzer is illustrated in Fig. 1 and a cross section of Fig. 2. The electrolyzer consists of a bath 1 for the electrolyte and a liquid gallium anode 2. A current lead 3 with a nickel plate is immersed in it. Cell 4 (one or more) is installed parallel to the surface of the anode 2. Cathode cell 4 in the form of a rectangular box made of plastic with a perforated bottom 5, along which a diaphragm 6 made of nylon fabric is pulled and fixed from above in any way, for example, a shell. A current lead 8 in the form of a nickel plate is installed on the surface of the diaphragm 6 in a layer of liquid cathode gallium 7. Current lead 8 is connected to the negative pole of the direct current source. In one end of the bath behind the partition 10 with a window 11, a submersible pump 12 is installed for pumping out the electrolyte from the surface of the anode gallium. The suction nozzle of the pump 12 is connected by a flexible hose to the nozzle 13 on the float to keep afloat on the metal of the anode. This allows the nozzle 13 to be at the electrolyte-gallium phase separation when its level changes in the intervals between charges (the dashed line shows the minimum and maximum level of the anode metal. The pump discharge pipe is connected to the filter 14 with a porous bottom for filtering sludge and drain into the electrolyte tank 15. In the middle part, the container 14 is equipped with a pipeline 16 with a sip 17 for communication with the level of the purified electrolyte on the cathode bath (Fig. 2), mounted on the brackets 18.On the opposite side of the bath from the siphon 17, the flow of purified electrolyte, the cathode bath is equipped with a drain pan 19 depleted in gallium electrolyte in the anode bath Bath 1 is equipped with a siphon pocket 20 for pouring liquid gallium on the bottom of the bath and immersion of the current lead 3. The bottom of the bath 1 is made with a cooling cavity divided by partitions 21. The cooling cavity is equipped with fittings 22 for supplying and removing water for temperature control.

Электролизер работает следующим образом. В ванну 1 заливается электролит из 10-20% раствора едкого натрия высокой чистоты. На дно ванны 1 через сифонный карман 20 заливается жидкий галлий в качестве анода 2.The electrolyzer works as follows. Bath 1 is filled with electrolyte from a 10-20% solution of sodium hydroxide of high purity. Liquid gallium is poured into the bottom of the bath 1 through the siphon pocket 20 as anode 2.

К токолодводам 8, 3 лопается постоянный ток напряжением 2-4 в и силой тока 20-100а, С анода 2 галлий растворяется в электролит и при концентрации 10-50 г\л Ga диффундирует через диафрагму 6 (капроновую ткань), осаждается на пластине токоподвода 8, а по мере накопления галлия осаждается на всей поверхности жидкого катода 7. После накопления жидкого галлия 7 на катоде в ячейке 4 слоем 3-4 см его периодически сливают любым способом (вычерпыванием или вакуумным отсосом). Периодически через сифонный карман 20 доливают жидкий галлий. При запуске в полость охлаждения через штуцер 22 подается горячая вода (40-60°С), а при постоянной работе подается холодная вода для охлаждения жидкого галлия на аноде 2. В процессе электролиза в слое электролита на поверхности анода накапливаются шламы примесей в виде гидратов. Насосом 12 всасывается электролит со шламами через штуцер 13, плавающий на поверхности анодного металла 2. Электролит закачивается в напорный фильтр 14 с пористым дном для фильтрации шламов твердых примесей. После отделения шламов на фильтре 14 по каналу 16 подается в сифон 17 катодной ячейки 4 катодного галлия 7.A direct current with a voltage of 2-4 V and a current of 20-100 a bursts to the current leads 8, 3, gallium from the anode 2 dissolves into the electrolyte and at a concentration of 10-50 g / l Ga diffuses through the diaphragm 6 (nylon fabric), is deposited on the current supply plate 8, and as the accumulation of gallium is deposited on the entire surface of the liquid cathode 7. After the accumulation of liquid gallium 7 on the cathode in the cell 4 with a layer of 3-4 cm, it is periodically drained by any method (scooping or vacuum suction). Liquid gallium is added periodically through the siphon pocket 20. At start-up, hot water (40-60 ° C) is supplied to the cooling cavity through the nozzle 22, and during continuous operation, cold water is supplied to cool liquid gallium at the anode 2. During electrolysis, impurities in the form of hydrates accumulate in the electrolyte layer on the anode surface. The pump 12 sucks in the electrolyte with sludge through the nozzle 13 floating on the surface of the anode metal 2. The electrolyte is pumped into the pressure filter 14 with a porous bottom to filter the sludge of solid impurities. After separating the sludge on the filter 14 through channel 16, it is fed to the siphon 17 of the cathode cell 4 of the cathode gallium 7.

Пример: В анодную ванну заливается 3,5 л раствора 100 г\л NaOH. Включается обогрев ванны горячей водой до 50 град. Через карман 20 заливается 3 кг жидкого галлия на анод. На токоподводы 3 и 8 подается постоянный ток регулируемой силой тока 20а, напряжением 5в. Включается перистальческий насос для равномерности распределения электролита в анодном и катодном объеме. Регулярно через 2 часа отбирается проба электролита на содержание галлия. Через 12 часов после накопления галлия в электролите до 20 г\л повышается сила тока до 60а. Еще через 48 часов содержание галлия в электролите 48 г\л. Для непрерывности процесс необходима догрузка анода, но для снятия показателей разгружается катодный галлий для взвешивания и анализа, собираются шламы для анализа. Результаты приведены в таблице.Example: 3.5 l of 100 g / l NaOH solution is poured into the anode bath. The bathtub is heated with hot water up to 50 degrees. Through pocket 20, 3 kg of liquid gallium is poured onto the anode. Current leads 3 and 8 are supplied with a constant current with an adjustable current strength of 20A and a voltage of 5V. A peristalic pump is turned on for uniform distribution of the electrolyte in the anode and cathode volumes. Regularly after 2 hours, an electrolyte sample is taken for gallium content. 12 hours after the accumulation of gallium in the electrolyte up to 20 g / L, the current increases to 60A. After another 48 hours, the gallium content in the electrolyte is 48 g / l. For the continuity of the process, additional loading of the anode is necessary, but to take readings, cathode gallium is unloaded for weighing and analysis, and sludge is collected for analysis. The results are shown in the table.

Figure 00000001
Figure 00000001

Технический результат изобретения выражается в перемешивании электролита у поверхности анода, очистки электролита от шламов и, тем самым, повышении коэффициента очистки. Предложенный электролизер согласно изобретению обеспечивает очистку галлия от примесей до содержания галлия 99,8% (по прототипу) до 99,99%.The technical result of the invention is expressed in stirring the electrolyte at the surface of the anode, cleaning the electrolyte from sludge and, thereby, increasing the cleaning factor. The proposed electrolyzer according to the invention provides for the purification of gallium from impurities to a gallium content of 99.8% (according to the prototype) to 99.99%.

Литература:Literature:

1. Патент России №2127328 по заявке №97111637 от 1997.07.15. Способ получения галлия, С22В 58/00, опубликован 10.03.1999.1. Patent of Russia No. 2127328 on application No. 97111637 dated 1997.07.15. Method for producing gallium, C22B 58/00, published 03/10/1999.

2. Коленкова М.А, Крейн О.Е. Металлургия рассеянных и легких редких металлов, 1977, 143 с.2. Kolenkova M.A., Kerin O.E. Metallurgy of scattered and light rare metals, 1977, 143 p.

Claims (1)

Электролизер для рафинирования галлия, содержащий анодную ванну для жидкого галлия и электролита с токоподводом, катодную ячейку с катодной ванной из жидкого катодного галлия и электролита, выполненную с токоподводом и с перфорированным дном, сосуд с пористым дном  для отстаивания и фильтрации электролита, сифон возврата электролита в катодную ванну и насос для электролита с всасывающим штуцером и с нагнетающим патрубком, отличающийся тем, что он снабжен поплавком, штуцером для сбора шлама с поверхности анода, соединенным гибким шлангом с всасывающим штуцером насоса и размещенным на поплавке с возможностью его расположения на границе раздела фаз электролит-галлий анодной ванны для всасывания шлама с поверхности анода и поддержания уровня анодной ванны, лотком для слива избытка электролита с поверхности катодной ванны, расположенным с противоположной стороны от сифона возврата электролита в катодную ячейку, и фильтром с пористым дном для фильтрации шламов и стока в емкость для электролита, к которому подведен нагнетающий патрубок насоса, а в его средней части размещен трубопровод с сифоном для связи с уровнем очищенного электролита на катодной ванне.An electrolyzer for refining gallium, containing an anode bath for liquid gallium and electrolyte with a current lead, a cathode cell with a cathode bath of liquid cathode gallium and electrolyte, made with a current lead and with a perforated bottom, a vessel with a porous bottom for settling and filtering the electrolyte, a siphon for returning the electrolyte to a cathode bath and an electrolyte pump with a suction nozzle and a discharge nozzle, characterized in that it is equipped with a float, a nozzle for collecting sludge from the anode surface, connected by a flexible hose to the pump suction nozzle and placed on the float with the possibility of its location at the electrolyte phase boundary - gallium of the anode bath for suction of sludge from the surface of the anode and maintaining the level of the anode bath, a tray for draining excess electrolyte from the surface of the cathode bath, located on the opposite side from the siphon of electrolyte return to the cathode cell, and a filter with a porous bottom for filtering sludge and drain into the container for elect it, to which the discharge pipe of the pump is connected, and in its middle part there is a pipeline with a siphon for communication with the level of the purified electrolyte on the cathode bath.
RU2020119504A 2020-06-05 2020-06-05 Gallium purification cell RU2741025C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020119504A RU2741025C2 (en) 2020-06-05 2020-06-05 Gallium purification cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020119504A RU2741025C2 (en) 2020-06-05 2020-06-05 Gallium purification cell

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020119504A RU2020119504A (en) 2020-09-28
RU2020119504A3 RU2020119504A3 (en) 2020-11-17
RU2741025C2 true RU2741025C2 (en) 2021-01-22

Family

ID=72946926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020119504A RU2741025C2 (en) 2020-06-05 2020-06-05 Gallium purification cell

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2741025C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115852448B (en) * 2023-01-31 2023-04-28 山西镓华天和电子材料有限公司 Coarse gallium purifying device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1452230A (en) * 1974-06-06 1976-10-13 Gen Electric Co Ltd Methods and apparatus for removing impurities from liquid metals electrolytically
US5458669A (en) * 1992-10-28 1995-10-17 Sumitomo Chemical Company, Limited Process for purification of gallium material
WO2000026422A1 (en) * 1998-10-29 2000-05-11 Dowa Mining Co., Ltd. High purity gallium for preparation of compound semiconductor, and method and apparatus for purifying the same
RU2003129753A (en) * 2003-10-06 2005-04-10 ОАО "Новосибирский олов нный комбинат" (RU) GALLIUM REFINING ELECTROLYZER
RU2271400C1 (en) * 2004-06-07 2006-03-10 ОАО Научно-исследовательский институт материалов электронной техники (НИИМЭТ) Method of electrochemical refining of gallium

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1452230A (en) * 1974-06-06 1976-10-13 Gen Electric Co Ltd Methods and apparatus for removing impurities from liquid metals electrolytically
US5458669A (en) * 1992-10-28 1995-10-17 Sumitomo Chemical Company, Limited Process for purification of gallium material
WO2000026422A1 (en) * 1998-10-29 2000-05-11 Dowa Mining Co., Ltd. High purity gallium for preparation of compound semiconductor, and method and apparatus for purifying the same
RU2003129753A (en) * 2003-10-06 2005-04-10 ОАО "Новосибирский олов нный комбинат" (RU) GALLIUM REFINING ELECTROLYZER
RU2271400C1 (en) * 2004-06-07 2006-03-10 ОАО Научно-исследовательский институт материалов электронной техники (НИИМЭТ) Method of electrochemical refining of gallium

Also Published As

Publication number Publication date
RU2020119504A (en) 2020-09-28
RU2020119504A3 (en) 2020-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5928493A (en) Process and apparatus for electrocoagulative treatment of industrial waste water
US4207158A (en) Electrically augmented vacuum filtration
RU2741025C2 (en) Gallium purification cell
SU497759A3 (en) Electrolyzer for wastewater treatment
US4168222A (en) Electrically augmented vacuum filtration
CN105668720B (en) A kind of method for treating water and device of electric flocculation and filter synchronous progress
EA025846B1 (en) Method of wastewater treatment and apparatus for realization of the method in sequencing batch reactors
JP2009114530A (en) Bubble mixing confirming apparatus for electrolyte supply equipment
RU2339583C1 (en) Device for electrochemical water purification
CN217264978U (en) Novel electrocoagulation air flotation device
CN220684771U (en) Combined efficient oil removing device
JP2003502509A (en) Cleaning device for the bottom of the electrolytic cell
CS216814B2 (en) Method of dewatering of the suspension and device for executing the same
CN214456981U (en) Automatic air supporting of high efficiency is arranged sediment device
BE526503A (en)
CN220999883U (en) Electrolytic tank
CN211035534U (en) Electrochemical oxidation treatment device for coal chemical industry wastewater
CN218059253U (en) Circulation device of electrolytic cell
RU2652607C1 (en) Device for cleaning aluminum containing chloride solutions from iron
CN217203051U (en) Plating bath automatic filtration belt cleaning device
CN220328012U (en) Sedimentation tank for sewage treatment
CN215440062U (en) Oil separation tank convenient to clean and filter
RU2022041C1 (en) Device for electrolytic refinement of silver
SU703512A1 (en) Unit for electroflotational purification of liquid
CN114604986A (en) Electroplating wastewater treatment system