Способ извлечения галлия из порошкообразных отходов

 

Изобретение относится к гидрометаллургии. Для извлечения галлия из галлийсодержащих порошкообразных отходов проводят разложение отходов в присутствии окислителя и электрохимическое выделение галлия на катоде. Для этого разложение ведут в водном растворе сильного основания в присутствии атомарного кислорода, образующегося в анодной секции электролизера при анодной плотности тока 0,2≤ Д_а≤ 1 А/см². Способ позволяет увеличить степень извлечения галлия и снизить количество технологических операций. 1 табл.

Изобретение относится к способам извлечения галлия из отходов полупроводникового производства и может быть использовано в электронной промышленности, цветной металлургии и других отраслях, занимающихся переработкой галлийсодержащего сырья.

Наиболее близким по технической сущности является способ извлечения галлия методом окисления (О.Е. Крейн. Отходы рассеянных редких металлов. М.: Металлургия, 1985 г., с. 46-47). По этому способу производят окисление порошка арсенида галлия при нагреве кислородом или воздухом. Реакция начинается уже при 300-400° С, наиболее полно проходит при 1000° С. В результате окисления образующийся оксид мышьяка возгоняют, а оксид галлия спекают с содой, выщелачивают образующийся галлат натрия и электрохимически выделяют галлий.

Основными недостатками способа являются низкая степень извлечения галлия, потому что, как и в способе аналоге, происходит экранирование продуктами реакции - оксидом галлия Gа₂ О₃, образующимся на поверхности исходных отходов, также способ состоит из большого количества технологических операций и на каждой возможны потери.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение степени извлечения галлия и снижение количества технологических операций.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, достигается тем, что в способе извлечения галлия из галлийсодержащих порошкообразных отходов, включающем разложение отходов в присутствии окислителя и электрохимическое выделение галлия на катоде, извлечение ведут в электролизере с анодной и катодной секциями при разложении отходов в анодной секции в водном растворе сильного основания в присутствии в качестве окислителя атомарного кислорода, выделяющегося на аноде при анодной плотности тока 0,2≤ Д_а≤ 1 А/см².

Увеличение степени извлечения галлия достигается благодаря тому, что окисление исходного сырья происходит атомарным кислородом, образующимся в начальный момент при электрохимической реакции разложения воды в анодной секции, который, как известно, является более сильным окислителем по сравнению с молекулярным кислородом. Далее продукты реакции, содержащие галлий, постоянно выводятся из зоны разложения - анодной секции в катодную секцию, где происходит восстановление галлия до металла. Поэтому не происходит экранирование исходного сырья продуктами реакции. При анодной плотности Д_а<0,2 А/см² окисление порошков происходит в режиме электрохимического травления поверхности, прекращается выделение кислорода на аноде. Это резко снижает производительность процесса, т.к. электропроводность полупроводников значительно меньше, чем у металлов. При Д _а>1 А/см² происходит повышение температуры электролита до температуры кипения, что приводит к его быстрому испарению и расстраиванию процесса окисления порошкообразных отходов.

Снижение количества технологических операций достигается благодаря тому, что при стадиях процесса: окисление отходов, перевод галлия в галлат натрия электрохимическое выделение галлия происходит при выполнении только одной технологической операции.

Пример конкретного выполнения способа.

В анодную секцию электролизера загружают предварительно взвешенные порошкообразные отходы резки пластин арсенида галлия в количестве два килограмма с известным содержанием в них галлия, затем электролизер заполняют водным раствором сильного основания (например, 20% водным раствором гидроксида натрия). Катодную и анодную секции разделяют диафрагмой, чтобы исключить попадание мелкодисперсного порошка из зоны разложения (анодная секция) в катодную секцию, где происходит восстановление галлия из раствора в виде металла. В качестве катода используется расплав галлия, анод выполнен, например, из никеля, его конструкция обеспечивает максимальную площадь контакта с находящимися в электролите отходами. После этого включается электропитание электролизера. Устанавливается анодная плотность тока Д_а=0,6 А/см ². Остальные технологические параметры процесса (плотность катодного тока, температура процесса) выбирают таким образом, чтобы обеспечить максимальную степень извлечения галлия. В ходе процесса в анодной секции происходит разложение отходов за счет их окисления атомарным кислородом, галлий и мышьяк переходят в растворимые соединения, проникают через диафрагму в катодную секцию, где происходит восстановление галлия до металла, соединения мышьяка остаются в растворе и не мешают восстановлению галлия до металла. Процесс заканчивается, когда все порошкообразные отходы разложатся, о чем свидетельствует осветление электролита в анодной области. После окончания процесса производят выгрузку металлического галлия из катодной секции, взвешивают его и определяют степень извлечения.

Остальные примеры на граничные условия приведены в таблице. Зависимость степени извлечения галлия от анодной плотности тока.

Формула изобретения

Способ извлечения галлия из галлийсодержащих порошкообразных отходов, включающий разложение отходов в присутствии окислителя и электрохимическое выделение галлия на катоде, отличающийся тем, что извлечение ведут в электролизере с анодной и катодной секциями при разложении отходов в анодной секции в водном растворе сильного основания в присутствии в качестве окислителя атомарного кислорода, выделяющегося на аноде при анодной плотности тока 0,2 ≤Д _а ≤ 1 А/см².