171080. lajstromszámú szabadalom • Eljárás gallium kinyerésére aluminátoldatokból
5 171080 6 hogy az elektrolit galliumtartalma 0,105 g/liter értékre csökkent, ami 70%-os galliumkivonással egyenértékű. Az ónkatód vízszintes keresztmetszetének vizsgálata azt mutatja, hogy a gallium 100 /Ltm-os mélységig 5 hatol be, és a felület szomszédságában van egy 60 /Ltm-es vastagságú réteg, melynek galliumtartalma 2,5%-os. 3. példa Bayer eljárással dolgozó üzemből származó aluminátlúgot, amely 155 g/liter Na20-t, 75 g/liter Al2 0 3 -ot és 0,2 g/liter Ga-ot tartalmaz, 2 literes 15 politénedénybe helyezünk. A folyadékot 44 C°-on tartjuk és elektrolizáljuk, 600 cm2 felületű, függőlegesen felfüggesztett indiumkatód és 50 cm2 felületű, függőlegesen felfüggesztett rozsdamentes acél anód mellett. A katódnál az áramsűrűség 0,02 A/cm2 . A 20 4 órás elektrolízis után az elektrolitnak az 1. példában leírtak szerinti analízise azt mutatja, hogy 47,5% galliumot távolítottunk el. 4. példa 0,195 liter, az 1. példában leírt összetételű aluminátlúgot egy 0,25 liter térfogatú politénedénybe helyezünk. A folyadékot 42 C°-on tartjuk, és vékony 30 ólomlemezbó'l készített, függőlegesen felfüggesztett ólomkatód és csiszolt nikkel anód között elektrolizáljuk, mindkét elektród merülési felülete 50 cm2 . A katódnál az áramsűrűség 0,02 A/cm2 , a katódpotenciál 1,8-1,9 V telített kalomelelektródra vonatkoz- 35 tátva. Az elektrolízist 4 óra hosszat végezzük, az ólomkatód ezt követő kémiai analízise azt mutatja, hogy galliumtartalma 0,328%, amely a folyadékból 16% galliumkivonásának felel meg. 5. példa A 4. példában leírt kísérletet ismételjük meg, vékony cinklemezből készült katód felhasználásával. 45 4 órás elektrolízis után a cink katód kémiai analízise 0.15%-os galliumtartalmat mutat, ami az aluminátoldatból 14% gallium kivonásának felel meg. 6. példa Üzemi Bayer eljárásból származó 0,201 liter aluminátlúgot, amely 288 g/liter Na20-ot, 144 g/liter Al2 0 3 -ot és 0,31 g/liter Ga-ot tartalmaz, 0,25 literes 55 politénedénybe helyezünk. A folyadékot 53 C°-on tartjuk, és függőlegesen felfüggesztett, 0,1 mm vastag, 60% Sn/40% Sb lemezből készült, 50 cm2 merülési területű katód és hasonló területű csiszolt nikkel anód között elektrolizáljuk. Az elektrolízist 4 óra 60 hosszat végezzük 0,012 A/cm2 áramsűrűség és 1,8-1,9 V-os katódpotenciál mellett. A katód ezt követő kémiai analízise azt mutatja, hogy galliumtartalma 2,21%, amely az aluminátoldatból 57% gallium kivonásával egyenértékű. 65 7. példa 272 g/liter Na2 0-ot, 136 g/liter Al2 0 3 -ot és 0,30 g/liter Ga-ot tartalmazó 4 liter aluminátlúgot egy szögletes polipropilén edénybe helyezünk, melynek közelítő méretei 30 x 12,5 x 18 cm, a folyadék mélysége körülbelül 10,6 cm. A folyadékot 50C°-ra melegítjük, és 7 darab függőlegesen felfüggesztett csiszolt nikkel anód és ezek közé felfüggesztett 6 darab ón katód között elektrolizáljuk, mely utóbbiak 0,05^ mm vastag ólomlemezekből készülnek. Az anódok és a katódok merülési méretei 11x9 1/2 cm. Az elektrolízist 4 óra hosszat végezzük 0,013 A/cm2 áramsűrűség és 1,8-1,9 V katódpotenciál mellett. Az onkatódok kémiai analízise szerint galliumtartalmuk 3,4%, amely 64% gallium kivonását jelenti az aluminátlúgból. A találmány szerinti eljárás körébe tartozik a gallium eltávolítása is a katód anyagától, ha az ón, ólom vagy ón-ólom ötvözet. Ezektől az anyagoktól a gallium elválasztható, ha az olvadt fémet olvadt alkálifémhidroxiddal, karbonáttal vagy ezek keverékével kezeljük, ahol az alkálifém lítium, nátrium vagy kálium, vagy ezek keveréke lehet. Előnyösen 100% nátriumhidroxidot tartalmazó olvadt folyósítószert alkalmazunk. Ez a vegyület 320 C°-nál olvad, bár ha gyakorlatilag eutektikus összetételű különféle keverékeket használunk, ez lehetővé teszi a folyamat 220 C° és 860 C° közötti tartományban való vezetését. Ón jelenlétében tulajdonképpen nem volna szabad alkálihidroxidokat használni, de ebben az esetben az alkálihidroxidok nemcsak hozzájárulnak a keverékek alacsony olvadáspontjához, hanem szelektíve reagálnak a jelenlevő galliummal olyan mértékben, hogy ezáltal az ón megtámadása elfogadható szintre csökken. Azt tapasztaltuk, hogy a megolvasztott nátriumhidroxid folyósítószer olvadt fém (határfelület) keverése elősegíti a gallium eltávolítását az egyéb jelenlevő fémes alkotórészektől. A galliumnak ón, ólom, vagy ón-ólom ötvözetekből való hatékony elválasztására vonatkozóan az olvadt alkotórészek közötti érintkezési idő és az alkotórészek keverésének ideje nem korlátozott. Kísérleti tapasztalataink alapján 2—60 perces keverés közbeni érintkezési időt találunk megfelelőnek az olvadt fém és az olvadt nátriumhidroxid között. Az eljárást 1—4% galliumtartalmú ónra, ólomra vagy ón-ólom ötvözetre vonatkoztatva, ezek egyikét elhelyezzük egy megfelelő tartályban, például nikkel vagy szén olvasztótégelyben. Az előbb említett olvasztott alkálihidroxidot, vagy keverék esetén ennek alkotórészeit a fém tetejére helyezzük, és a tégelyt kemencében addig hevítjük, amíg a fém és a fedősó megolvad. Beállítunk egy keverőt, és a fémet elkezdjük kevertetni, a fém/só érintkezés megjavítása céljából. A szükséges idő eltelte után a keverőt eltávolítjuk, és az olvasztótégelyt kivesszük a kemencéből. Erőteljesen hűtve az olvadékot, a folyósítószer a fém felületére flotál, megszilárdul, s eközben a fém még olvadt marad. Ekkor egy lyukat fúrunk a szilárd anyagba, és ezen keresztül kiontjuk a fémet a tégelyből. A szilárd anyagot vízben feloldjuk, ekkor nátriumgallát tartalmú oldatot kapunk. Ebből 3
