171585. lajstromszámú szabadalom • Eljárás gallium kinyerésére galliumtartalmú alkáli-oldatokból
3 171585 4 vítják az elektrokémiai galliumredukció technológiai mutatóit. Az ismert tisztítási eljárások egyikével sem lehet a szennyeződéseket olyan mértékben eltávolítani, hogy az elektrokémiai galliumredukció zavartalan legyen. S Az egyik ismert, galliumtartalmú alkálioldatokból történő galliumkinyerési eljárás során 0,6-0,8 súly% nátriumot tartalmazó folyékony higanyötvözetet használnak az elektrokémiai galiumredukcióhoz. Az olvadékot a folyamat alatt 15 10 ford/perc sebességű propellerkeverővel keverik össze. Ezt az eljárást is a higany felhasználásával járó hátrányok kísérik. A nátriumamalgámmal végzett elektrokémiai 15 galliumredukció hátránya az, hogy a gallium a higanyban keyéssé oldódik és nehezen választható el a higanytól, minek következtében a galliumot nem lehet jó hatásfokkal kinyerni. Minthogy az ismert eljárásban a folyékony ötvö- 20 zet és az oldat egymással párhuzamosan mozog, nem alakulhat ki olyan hatásos mozgás, .amely a két fázis közötti anyagátbocsátást megkönyítené. Ezenkívül az eljárással a termelőfolyamat intenzitását nem lehet szabályozni. 25 A találmány feladatául tűztük ki az elektrokémiai redukció üzemi körülményeinek megfelelő megválasztásával olyan galliumkinyerési eljárás kifejlesztését, amely lehetővé teszi a szabályozható intenzitású folyamatos termelést, és azt, hogy a 30 fémet nagyobb tisztaságban nyerjük ki. A találmány szerint a galliumot úgy nyerjük ki galliumtartalmú alkálioldatokból elektrokémiai redukció útján folyékony fémek felhasználásával, hogy — s: ükség ese+ éi az oldatban levő szennyezé- ; 5 sek önmagában ; -merí módon való előzetes redukciója es eltávolítása után - a galliumot váltóáramú elektromágneses térben redukáljuk, és folyékony fémként elektrolizáló cella katódjaként kapcsolt galliumot használunk, vagy folyékony fémként egy 40 alumínium-gallium ötvözetet vagy alumínium-cink-gallium ötvözetet használunk, amelyet a redukció közben adott esetben elektrolizáló cella katódjaként kapcsolunk. Az eljáráshoz szükséges váltóáramú elektro- 45 mágneses terei egy fémes vezetőből és egy feszültségszabályozóval felszerelt váltóáramú feszültségforrásba kapcsolt tekercsből álló bármilyen egyszerű kivitelű berendezéssel biztosíthatjuk. Az elektrokémiai cementálásos galliumreduk- 50 cióhoz folyékony fémként célszerűen galliumot, 0,05-0,5 súly% aluminiumtartalmú galliumötvözeteket valamint 0,05-0,5 súly% és 0,l-10súly% alumínium- és cinktartalmú galiumötvözetet alkalmazunk. 55 Az elektromágneses tér alkalmazásával kedvező körülményeket teremtünk a folyékony fémek vándorlásához, továbbá az alkálioldatokból történő elektromágneses galliumkinyerés során alkalmazott folyékony fémkatód felületén a zavarólag ható 60 védőhártya képződését is hatékonyan kiküszöböljük. Az elektromágneses tér alkalmazásával lehetőség nyílik arra, hogy a folyékony fémeknek az alkálioldathoz viszonyított, adott irányú vándorlását sza- 65 bályozható intenzitással a lamináris áramlásból a turbulens áramlásba való átmenettel biztosítsuk, továbbá, hogy megfelelő gallium alapú ötvözetek felhasználása esetén az alumínium- és cinkkomponenseknek a folyékony fémben való egyenletes eloszlásához kedvező körülményeket biztosítsunk. Az adott koncentrációban alumíniumot és cinket tartalmazó folyékony fémötvözetekben az alumínium biztosítja a galliumredukcióhoz szükséges potenciálkülönbséget, a cink pedig csökkenti a szennyeződések oldódását a galliumban. Az elektrokémiai galliumredukciót végezhetjük váltóáramú elektromágneses tárben célszerűen a katódként alkalmazott folyékony fém egyenáramú segítségével 0,001-0,1 A/cm2 áramsűrűségnél végzett polarizációjával. Ha a folyékony fém katódos polarizációjával hajtjuk végre az eljárást, és 1 g kinyert galliumra számítva 2 g alumíniumot használunk fel, akkor a galliumra számított áramkihasználás, vagyis a galliumnak az elektrokémiai gallium ekvivalensre (0,867 g/Aó) számított hozama 40-45%-ot ér el. Ha a timföldgyártásból származó, galliumot és szennyeződéseket tartalmazó alkálioldatból indulunk ki, a galliumkinyerés hatékonyságát úgy fokozhatjuk, hogy a szennyeződéseket az oldatból redukció útján eltávolítjuk. A szennyeződéseket célszerűen úgy távolítjuk el, hogy a felhasználására kerülő oldatot olyan dezoxidálószerrel kezeljük, melynek oxidációs potenciálja a szennyeződés redukciós potenciáljánál nagyobb. A redukált szennyeződéseket szűréssel, ülepítéssel, illetve az oldat alkáliföldfémet tartalmazó szerrel való kezelése után távolíthatjuk el. A találmány szerinti eljárással növelhető a galliumkinyerés hatékonysága, ami annak tulajdonítható, hogy az elektrokémiai redukciót váltóáramú elektromos térben, új összetételű gallium alapú ötvözet felhasználásával végezzük, és olyan üzemeltetési körülményeket alakítunk ki, amelyek segítségével az oldatból a gallium 1-2 órán belül megközelítőleg 90%-ban kinyerhető, miközben 1 g galliumra számítva az alumíniumíelhasználás 2-17 g, a galliumra számított áramkihasználás pedig megközelítőleg 40-45%. A találmány szerinti eljárással szennyeződéskent például 1-2 x 10"4 - 10" 3 Súly%-ban rezet tartalmazó oldatból is kinyerhető a gallium. A találmány szerinti eljárást az alábbiak szerint hajtjuk végre: A galliumtartalmú alkálioldatot folyékony fémmel, például 0,05 - 0,5 sú)y% alumíniumtartalmú galliumötvözettel hozzuk érintkezésbe. Az oldatot és az ötvözetet 1500-500 000 A/m intenzitású váltóáramú elektromágneses térben érintkeztetjük. Folyékony fémként cinkszennyeződéseket tartalmazó gallium-alumínium ötvözeteket is alkalmazhatunk. Az ötvözetben levő alumínium biztosítja azt a potenciálkülönbséget, ami az alkálioldatban levő gallium redukálásához szükséges. A gallium-alumínium ötvözetet vagy a galliumalumínium-cink ötvözetet a szokásos módon úgy készítjük el, hogy az alumíniumot, illetve a cinket feloldjuk a galliumban. Eljárhatunk azonban úgy is, 2
