Способ очистки галлия

 

Использование: очистка галлия от примесей , образующих с ним эвтектики и имеющих гипоэвтектическую концентрацию, путем охлаждения жидкой массы вышеуказанного галлия. Сущность; локально охлаждают указанную массу, чтобы частично превратить ее в более чистые кристаллы, чем жидкость, в устройстве, включающем емкость, закрытую в своей верхней части крышкой и в своей нижней части перемычкой , способной перемещаться внутри указанного резервуара. Полученные кристаллы собирают в верхней части емкости со стеканием жидкости, с помощью перемычки создают давление на собранные кристаллы, чтобы образовать кристаллическое скопление , затем удаляют жидкость из резервуара, удаляют очищенные кристаллы и переплавляют их. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. i 5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s С 22 В 58/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

00 Э Э

Ф (21) 4614437/02 (22) 30.06.89 (31) 8809503 (32) 01,07.88 (ЗЗ) FR (46) 15.12.92, Бюл, М 46 (71) Алюминиюм Пешинэ (FR) (72) Бенуа Пеликен, Мишель Леруа и Юбер

Д Ондт (FR) (56) Патент США М 3038853, кл. С 22 В

58/00, 1967.

Еремин Н.И. Галлий. M.: Металлургия, . 1964, с, 148-149. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЛЛИЯ (57) Использование:, очистка галлия от примесей, образующих с ним эвтектики и имеИзобретение относится к способу очистки галлия путем частичного отверждения.

Галлий занимает все более значительное место в промышленности, где он служит для очень различных применений, таких как осущевтвление покрытий оптических поверхностей, термометров для измерения повышенных температур, коллекторов текущих жидкостей в электрических машинах, материалов для пайки, цементов для зубоврачебных целей и т.д. Тем не менее его основной сбыт — - электроника, где он используется в качестве полупроводника в форме фосфида или арсенида.

Последнее применение требует продуктов очень высокой чистоты, выше 99,9999ь.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса, Сущность способа очистки галлия от примесей, образующихся с ним эвтектики и имеющих гипоэвтектическую концентра„„ЯЛ„„1782247 А3 ющих гипоэвтектическую концентрацию, путем охлаждения жидкой массы вышеуказанного галлия. Сущность: локально охлаждают укаэанную массу, чтобы частично превратить ее в более чистые кристаллы, чем жидкость, в устройстве, включающем емкость, закрытую в своей верхней части крышкой и в своей нижней части перемычкой, способной перемещаться внутри указанного резервуара, Полученные кристаллы собирают в верхней части емкости со стеканием жидкости, с помощью перемычки создают давление на собранные кристаллы, . чтобы образовать кристаллическое скоплеI ние, затем удаляют жидкость иэ резервуара, удаляют очищенные кристаллы и переплав- . ля ют их, 3 з.и. ф-л ы, 1 ил. цию путем частичного отверждения жидкой массы галлия, заключается в том, что: локально охлаждают вышеуказанную массу, чтобы превратить ее частично в более чистые кристаллы, чем жидкость, в устройстве, включающем емкость, закрытую в своей верхней части крышкой и в своей нижней части перемычкой, способной передвигаться внутри емкости; отделяют прицепленные к стенкам емкости кристаллы и собирают их в верхней части резервуара, в то время кэк позволяют вытекать жидкости, нагруженной примесями, со стороны перемычки, противополож- ной стороне контакта с кристаллами; с помощью перемычки осуществляют давление на собранные кристаллы, чтобы образовать контактный кристаллический продукт с одновременным удалением жидкости; удал я ют жидкость иэ резе рвуа ра;

1782247 рекуперируют очищенные кристаллы и перепла вля ют их.

Так, более конкретно, изобретение относится к удалению примесей, способных образовывать с гэллием эвтектическую смесь, причем эти примеси имеют гипоэвтектическое содержание, т.е. ниже такового эвтектической композиции.

Очистку реализуют, помещая массу жидкого металла в емкость, затем охлаждают ее локально с помо@ью пригодных устройств для того, чтобы вызвать кристаллизацию, и отделяют более чистые кристаллы от остаточной маточной жидко сти перед достижением полного отверждения, Однако галлий обладает особенными свойствами; так, его температура плавления очень низкая (29,8 С), он обладает явлением значительного переохлаждения, его кристаллы очень мало ковкие при комнатной температуре; более того; в отличие от всех других металлов, за исключением висмута и кремния, он имеет более незначительный удельный вес в твердом состоянии, чем в жидком состоянии, что вызывает увеличение кристаллов на поверхности ванны, где они образуются.

Поэтому охлаждение реализуется в емкости, закрытой вверху крышкой и в нижней части подвижной перемычкой. Tàêèì образом, кристаллы могут естественно подниматься к верхней части емкости без всех помех, что.благоприятствует их отделению от маточного раствора, где они образуются, Но, предпочтительно, для облегчения их перегруппировки сообщают перемычке движение снизу вверх, которое улучшает их естественное движение.

Также предпочтительно охлаждение локализуется в зоне ограниченной высоты, расположенной снаружи и внизу боковой стенки емкости и на уровне, выше такового перемычки, когда она находится в нижнем положении, Эта зона образует обод (венец), только некоторые точки которого охлаждаются, чтобы создать островки кристаллов, а не непрерывное кольцо, которое снижает их тенденцию прикрепляться к стенке.

Тем не менее, не всегда удается полностью избежать этого явления прицепления и необходимо отделять кристаллы от стенки либо емкости, либо перемычки, что может быть реализовано любым пригодным средством, предпочтительно путем соскабливания стенки с помощью любого устройства и особенно с помощью перемычки. Но можно также осуществлять мгновенный подогрев мест, где кристаллы прицеплены, чтобы вызвать поверхностное плавление и облегчить

10

15 в известных случаях эффект соскабливания перемычки или любого другого устройства.

Затем отделенные кристаллы также, и те, которые плавают в жидкой массе, собирают в верхней части емкости путем подъема перемычки. Отверстия, проделанные в толщине перемычки или достаточный зазор этой последней по отношению к стенке емкости, позволяют жидкости вытекать.

Затем перемычка продолжает свое поступательное движение вверх, чтобы создать достаточное давление на собранные кристаллы для введения их в контакт одних с другими и образования таким образом кристаллического продукта настолько компактного, насколько возможно, и, вследствие непрерывного пропускания маточного раствора под перемычку, снижать постепенно ее загрязнение этим последним.

20 Предпочтительно, созданное давление такое, что оно в конце концов вызывает деформацию кристаллического продукта, чтобы снизить до минимума свободные пространства между кристаллами, После

25 этой операции жидкость удаляют из сосуда, перемычку опускают и кристаллическое скопление оставляют скапывать до IlpeKp3" щения всяческого течения, Тогда можно удалять кристаллы, кото30 рые еще покрыты поверхнрстным слоем загрязненной жидкости, прилипшим и неотделяемым за счет скапывания, Этот слой может быть удален предпочтительно путем обработки с помощью растворителя, 35 такого, как соляная кислота или азотная кис.лота, операции, которая может быть проведена в устройстве кристаллизации путем введения растворителя через отверстие. расположенное на крышке.

40 Затем обработанное скопление кристаллов переплавляют и предпочтительно фильтруют для удаления всяких следов суспендированного твердого вещества. Очевидно, что такой способ может быть легко

45 перенесен на такой элемент, как висмут.

Изобретение иллюстрируется чертежом; Ванна 1 содержит воду 2, доведенную до постоянной температуры и соответствен50 но удаляемую по трубопроводам 3 и 4, в которую погружено устройство. образованное цилиндрической емкостью 5, закрытой, герметической крышкой 6, снабженной трубопроводом 22 для сообщения с воздухом и

55 вентилем 23 и перемычкой 7, расположенной внутри емкости, с просверленными от-, верстиями 8 и соединенной нижней частью с поршневым штоком 9, движимым домкратом 10 и передвигающимся в контакте с уплотняющей прокладкой 11. Боковая стен1782247 ка емкости снабжена патрубком расширения 12 и оснащена на своей периферии и далее кольцом из различных и регулярно распределенных зон 13, включающим камеры 14, термически изолированную от воды 5 слоем 16 из пригодного материала и в которой циркулирует жидкость 15, которая обеспечивает теплообмены через посредство контактов 17 с жидким галлием 18, который можно направлять в емкость 5 или удалять 10 с пОмощью трубопровода 19.

При функционировании вода 2 циркулирует в ванне 1, емкость 5 наполняется жидким галлием через посредство патрубка 12, вентиль 23 открывается по обстоятельствам 15 и камеры 14 загружаются жидким холодоносителем. Путем отверждения галлия в контакте с охлаждающими контактами 17; образуются кристаллы 20 очищенного галлия, Затем жидкий холодоноситель заменя- 20 ют на жидкий теплоноситель и вводят в функционирование домкрат 10 для перемещения перемычки вверх, перемещение, которое облегчается наличием патрубка расширения 12. Под совместным воздейст- 25 вием подогрева кбнтактов 17 и эффекта соскабливания стенок с помощью перемычки, кристаллы отделяются от контактов. Так как твердый галлий имеет более незначительный удельный вес, чем жидкий галлий, отде- 30 ленные кристаллы имеют тенденцию подниматься. Во всяком случае перемычка, продолжая свой подьем, уплотняет кристаллы против крышки 6, затем оказывает на них давление, достаточное для образования 35 кристаллического продукта 21 настолько компактного, насколько возможно, тогда как жидкий галлий вытекает вниз за счет отверстий 8. Наконец, перемычка становится в свое начальное положение, Эта серия 40 операций повторяется вплоть до достижения в верхней части емкости 5 пригодной высоты кристаллов, В этот момент остаточный жидкий галлий удаляют по трубопроводу 19 и очищенные кристаллы галлия 45 рекуперируют, затем расплавляют, отфильтровывают и в известных случаях повторно обрабатывают для повышения их чистоты;

Пример. Устройство, выполненное целиком из тефлона, образованное цилинд- 50 рической емкостью (1,3 n), снабженное патрубком расширения, служащим также для снабжения галлием, имеющим на своей боковой стенке 25 зон, включающих медные контакты диаметром, 4 мм, покрытые защит- 55 ной органической, пленкой, снабженным внутри перемычкой. с просверленными отверстиями, погружается в ванну с водой, поддерживаемой при 35 С, 8 кг жидкого галлия, доведенные до температуры 35ОС, защищенные от окисления пленкой соляной кислоты, вводят по патрубку в вышеуказанную емкость, причем перемычка находится в низшем положении. Воду циркулируют при 15 С в течение 1 минуты в каждой из камер.25 эон, чтобы вызвать образование кристаллов очищенного галлия на каждом контакте, Затем воду с температурой 40 С вводят в течение 20 секуйд в камеры, чтобы облегчить отцепление кристаллов, которые затем увлекаются поршнем в своем движении вверх, затем уплотняются против крышки резервуара в форме скопления. Наконец, поршень опускается и снова начинается цикл вплоть до достйжения высоты кристаллов, равной 70,4 высоты резервуара. Поршейь тогда поддерживают в верхнем положении, циркуляцию жидкости прекращают и остаточный жидкий галлий выгружают по выгружному трубопроводу.

Тогда емкость заполняют 3 н, соляной кислотой, затем" в вэнйу йаправляют воду при температуре 40ОС, чтобы расплавить кристаллическое скопление. Жидкий галлий затем сливают, затем фильтруют. Таким образом получают 3,7 кг очищенного галлия, Начальное и конечное содержание примесей в обрабатываемом галлии согласно изобретению дано в таблице.

Таким образом, остается около 0,25 ррв примесей, т.е. получают галлий с титром

99,999975g, отвечающий спецификациям электронной промышленности.

Формула изобретения

1, Способ очистки галлия преимущественно от примесей, образующих с ним эвтекгики и имевщих гйпоэвтектическую концентрацию, включаюЩий фракционную кристаллизацию охлаждением, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, кристаллизацию ведут локальным охлаждением боковой стенки емкости, закрытой в верхней части крышкой. с последующим отделением и перемещением образовавшихся кристаллов в верхнюю часть емкости путем передвижения перемычки снизу вверх до образова-. нйя компактного кристаллического продукта очищенного галлия и стекания жидкой массы с последующим ее удалением, извлечением очищенного галлия и его переплавам, 2, Способ по п.1, отличающийся тем, что извлечение очищенного галлия из емкости ведут соскабливанием.

3, Способ по п. 1. отл ич а ю щи и с я тем, что извлечение очищенного галлия из емкости ведут кратковременным нагревом для поверхностного оплавления.

1782247

4, Способ по и. 1, отличающийся нием его поверхностного слоя путем обратем, что перед извлечением очищенного ботки растворителем. галлйя его -дополнительно очищают удалеРедактор

-с" .гЗаказ 4288 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель Г,Мельникова

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С. Пекарь