專利名稱：超高純金屬鎵的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超高純金屬鎵的制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中由99.99％的粗金屬鎵提純制備6N-7N(99.9999～99.99999％)的高純金屬鎵是用電解精煉、真空蒸餾、結(jié)晶以及熔煉拉晶等方法中的一種或幾種組合進(jìn)行的，例如，申請(qǐng)?zhí)枮?5102460的中國(guó)發(fā)明專利就公開(kāi)了一種“電解—結(jié)晶聯(lián)合法生產(chǎn)純鎵”。在其中，首先使用電解法，以熔融狀的99.99％的鎵作陽(yáng)極，以熔融狀的精制鎵為陰極進(jìn)行電解，在陰極得到6N純度的金屬鎵，然后，再對(duì)陰極鎵進(jìn)行結(jié)晶分離，最后得到7N純度的金屬鎵。上述方法有以下不足，首先，在電解中陽(yáng)極和陰極均為熔融狀態(tài)，這就使得實(shí)際操作不易控制，且所使用的制備設(shè)備結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，其工業(yè)可實(shí)施性變差。結(jié)晶法的缺點(diǎn)是設(shè)備投資大，操作條件控制苛刻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決金屬鎵提純過(guò)程中操作復(fù)雜、工業(yè)化實(shí)施困難的問(wèn)題，提供一種設(shè)備簡(jiǎn)單、便于操作、有利于工業(yè)化生產(chǎn)的超高純金屬鎵的制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的超高純金屬鎵的制備方法包括兩個(gè)過(guò)程低溫電解提純和區(qū)域熔煉提純。
在低溫電解提純過(guò)程中，以99.99％的鎵為陽(yáng)極，以精制鎵為陰極，所述陽(yáng)極和陰極均處于固體狀態(tài)；以NaOH和NaCl混合液作電解液，電解設(shè)備中的溫度始終控制在0～15℃，通過(guò)直流電，控制電流密度在0.2～0.05A/cm2，電解槽的槽電壓為2.0～3.0V，電解液中NaOH的濃度為30～150g/L，NaCl的濃度為10～80g/L，Ga的濃度為20～100g/L。
經(jīng)過(guò)一次電化學(xué)反應(yīng)，在陰極析出的金屬鎵可達(dá)5N水平。
以上過(guò)程重復(fù)一次，在陰極析出的金屬鎵可達(dá)6N水平。
由于金屬鎵的熔點(diǎn)為29.93℃，在上述電解操作時(shí)，電解槽的溫度控制在0～15℃之間，所以陽(yáng)極和陰極均為固態(tài)而非熔融狀，這樣，就可以使電解設(shè)備結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，電解操作控制也比較方便，設(shè)備投資大大減小，直收率大大提高。
接著，將陰極得到的金屬鎵進(jìn)行區(qū)域熔煉提純將陰極鎵置于一管式爐中，在管式爐外裝置的加熱環(huán)上通入電流2000～10000A、電壓10～36V、頻率10000Hz的高頻電，使加熱環(huán)發(fā)出熱量，然后使該加熱環(huán)以1cm/hr～3cm/hr的速度從管式爐的一端向另一端移動(dòng)。該移動(dòng)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行2～10次。
99.99％的粗金屬鎵中含有的金屬雜質(zhì)一般有Ca、Na、Mg、Al、Fe、Co、Ni、Pb、Cu、Ag、Zn和Si等，根據(jù)各種雜質(zhì)與金屬鎵的電位差的大小可知，在電解過(guò)程中大部分雜質(zhì)均可被除去，但Zn、Si等雜質(zhì)由于與鎵的電位差較小，則會(huì)較多地留在陰極鎵中，而在區(qū)域熔煉中由于Zn、Si等雜質(zhì)的熔點(diǎn)均大于金屬鎵，在管式爐中，加熱環(huán)所到之處，一個(gè)區(qū)域內(nèi)的物料熔化，鎵首先熔化，固相和液相中金屬鎵和雜質(zhì)重新分配，因此，經(jīng)過(guò)區(qū)域熔煉，管式爐中的鎵中的Zn、Si等雜質(zhì)可富集到管式爐中物料的一端，而在另一端即可獲得超高純金屬鎵。
本發(fā)明提供的超高純金屬鎵的制備方法中，通過(guò)低溫電解和區(qū)域熔煉的聯(lián)合，可以獲得99.99999％～99.9999999％(7N～9N)的高純金屬鎵，更重要的是，由于采用了低溫電解，可使陽(yáng)極和陰極處于固體狀態(tài)，這可使鎵提純的電解設(shè)備結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，電解操作也方便和易于控制。而區(qū)域熔煉同蒸餾、結(jié)晶等方法比優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投資小，操作環(huán)境易解決。同樣生產(chǎn)產(chǎn)量下，本發(fā)明的工藝所用設(shè)備的投資僅是現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備投資的1/5以下。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
要提純的粗鎵中所含有的雜質(zhì)見(jiàn)表1。
在電解槽中加入電解液，其中NaOH的濃度為50g/L，NaCl的濃度為30g/L，用2000克99.99％的粗金屬鎵做陽(yáng)極，用300克7N純度的精制鎵做陰極，陽(yáng)極和陰極與直流電路電連接，控制電流密度為0.2A/cm2，測(cè)得槽電壓為2.3V，電解槽的溫度控制在3-5℃，電解液中Ga3+的濃度為30g/L。電解200小時(shí)后，陰極電解出1750g陰極鎵，其純度可達(dá)5N以上。一次電解得到的精制鎵的含雜質(zhì)情況見(jiàn)表1。
將陰極析出的陰極鎵制成陽(yáng)極，重復(fù)上述過(guò)程一次，電解200小時(shí)后，陰極電解出1400g陰極鎵，其純度可達(dá)6N。二次電解得到的精制鎵的含雜質(zhì)情況見(jiàn)表1。
將陰極鎵置入?yún)^(qū)域熔煉的管式爐中，將陰極鎵置于一管式爐中，在管式爐外裝置的加熱環(huán)上通入電流5000A、電壓24V、頻率10000Hz的高頻電，使加熱環(huán)發(fā)出熱量，然后使該加熱環(huán)以1.5cm/hr的速度從管式爐的一端向另一端移動(dòng)。該移動(dòng)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行3次。即可在管式爐的一端獲得7N純度的超高純金屬鎵。三次區(qū)域熔煉得到的精制鎵的含雜質(zhì)情況見(jiàn)表1。
該移動(dòng)過(guò)程重復(fù)6次，可得到8N純度的超高純金屬鎵。六次區(qū)域熔煉得到的精制鎵的含雜質(zhì)情況見(jiàn)表1。
表1 粗鎵以及各個(gè)提純階段雜質(zhì)分布情況
權(quán)利要求
1.一種超高純金屬鎵的制備方法，其特征是包括兩個(gè)過(guò)程低溫電解提純和區(qū)域熔煉提純?cè)诘蜏仉娊馓峒冞^(guò)程中，以99.99％的鎵為陽(yáng)極，以精制鎵為陰極，所述陽(yáng)極和陰極均處于固體狀態(tài)；以NaOH和NaCl混合液作電解液，電解設(shè)備中的溫度始終控制在0～15℃，通直流電，控制電流密度在0.2～0.05A/cm2，電解槽的槽電壓為2.0～3.0V，電解液中NaOH的濃度為30～150g/L，NaCl的濃度為10～80g/L，Ga的濃度為20～100g/L；經(jīng)過(guò)一次電化學(xué)反應(yīng)，將陰極析出的金屬鎵制成陽(yáng)極，并以精制鎵為陰極，再重復(fù)上述電解過(guò)程一次；接著，將陰極得到的金屬鎵進(jìn)行區(qū)域熔煉提純將陰極鎵置于一管式爐中，在管式爐外裝置的加熱環(huán)上通入電流2000～10000A、電壓10～36V、頻率10000Hz的高頻電，使加熱環(huán)發(fā)出熱量，然后使該加熱環(huán)以1cm/hr～3cm/hr的速度從管式爐的一端向另一端移動(dòng)；該移動(dòng)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行2～10次。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超高純金屬鎵的制備方法，其包括低溫電解提純和區(qū)域熔煉提純兩個(gè)過(guò)程，電解在0～15℃的低溫下進(jìn)行，通直流電，電流密度在0.2～0.05A/cm
文檔編號(hào)C25C1/00GK1619018SQ200310115208
公開(kāi)日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2003年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月21日
發(fā)明者許開(kāi)華, 郭學(xué)益 申請(qǐng)人:深圳市格林美高新技術(shù)有限公司, 中南大學(xué)