170923. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szilárd-hordozóelektródos higany katód előállítására
3 170923 4 során kicsi a higany veszteség és felhasználás és gyakorlatilag nem lép fel higanyártalom. A találmány szerinti eljárással előállított higany-katóddal nemcsak nagyobb hatásfokkal állítható elő a gallium, de egyúttal megszűnnek azok a 5 hátrányok is, melyeket a higany-katódos eljárásoknál a diszperz higany és higanyoxid képződése, visszanyerése és tisztítása jelent. A találmány tárgya eljárás alkálifém-tartalmú lúgos oldatból, előnyösen timföldgyári aluminátlúgból 10 gallium kinyerésére szolgáló szilárd hordozóelektródos higany-katód előállítására, oly módon, hogy valamely a higanynál elektronegatívabb, kellőképpen megtisztított fémfelületre, előnyösen rézfelületre a) 4—10 g/liter koncentrációjú vizes hi- 15 ganysó-oldatból cementálással vagy b) legfeljebb 0,2—0,5 súly% nátrium-tartalmú amalgámba merítéssel néhány mikron vastagságú higanyréteget választunk le, majd adott esetben az elektród felületéről a felhasználás során elektrolízissel, legfeljebb 20 50 C°-os hőmérsékleten leválasztott galliumot szakaszosan vagy folyamatosan, a) a katód higanyba merítésével vagy b) lúgos vagy savas leoldással eltávolítjuk. 25 A találmány alapját az alábbi felismerések képezik. 1. Ha egy a higanynál elektronegatívabb fémfelületre, előnyösen rézfelületre cementálási folya- 30 mattal fémes higanyt választunk ki oldatából, úgy a kialakult higanyfelület a réz oldatba kerülését a továbbiakban megakadályozza és következményeként a folyamat leáll. Egyben olyan felületet kapunk, amely egységes és összefüggő, mechanikailag 35 stabil, kémiailag savas és alkalikus közegnek ellenáll, elektrolízisnél pedig mint higany-, illetve amalgám-katód funkcionál. 2. Timföldgyári aluminátlúgokból, a fenti módon kialakított hordozóelektródos higany-katódos, 40 a gallium leválása nemcsak cementálás, hanem elektrolízis következménye is. Az egyenáram ugyanis nátriumot választ le, amelynek cementáló hatásaként a gallium redukálódik, ugyanakkor' a nátrium hatására kialakult negatívabb elektród- 45 potenciál mellett elektrolízis is lejátszódik. 3. A hordozóelektródos higanykatódon a cementálás, illetve elektrolízis hatásaként leváló gallium a néhány mikron vastagságú higanyrétegbe beépül úgy, hogy azt az elektrolízis alatt elkerülhetetlenül 50 fejlődő hidrogén leporlasztani nem képes. A találmány szerinti eljárással előállított szilárd hordozóelektródos higany-katód előnye az eddig ismert higany-katódokkal szemben az, hogy gyakor- 55 latilag kizárja a higany-ártalmat, rentábilisabb, gallium-kinyerést tesz lehetővé, minthogy a gyártás nem igényel több tonna higanyt, a higanyveszteség elmaradása pedig csökkenti a gyártás költségeit. Ezen felül a szilárd hordozós higany-katódon a 60 gallium leválasztásának igen kedvező az áram hatásfoka. A találmány értelmében az elektrolizáló cella hordozóelektródos higany-katódját úgy állítjuk elő, hogy a) a cellába legfeljebb 0,2-0,5 súly% nát- 65 riumot tartalmazó higanyt töltünk, és ebbe mártjuk a hordozót, melynek felületét a fém bevonja, vagy b) a higanyfelületet 4—10 g/liter koncentrációjú vizes higanysó-oldatból cementálással hozzuk létre. Az amalgám, illetve a higanysó-oldat eltávolítása és az anód behelyezése után az alkálifém-oldatot, előnyösen aluminátlúgot folyamatosan áramoltatva megkezdjük az elektrolízist. A hordozóelektródos higany-katód elektrolitban való tartózkodási idejét illetően, az elektrolízis körülményein túlmenően, figyelembe kell venni a higanymennyiség 0,5-1,0 súly% nátrium-tartalmát, valamint annak gallium felvevő képességét. A folyamat lejátszódása után ugyanis a hordozóelektródos higany-katód, a felület telítődése, illetve leárnyékolódása miatt további gallium mennyiséget leválasztani nem képes. Az elektrolízis körülményeitől függő tartózkodási idő néhány órától néhány napig terjedhet. Ezután a leválasztott alkáli-fémet és/vagy galliumot a katód folyamatos higanyba merítésével távolítjuk el vagy pedig eljárhatunk úgy is, hogy az alkálifémet vizes és a galliumot lúgos vagy savas mosással oldjuk le. így a katódot egyben regeneráljuk és alkalmassá tesszük újabb alkálifém vagy gallium leválasztására. Az alkáli-fém vagy gallium leoldását végezhetjük folyamatosan vagy szakaszosan. Szakaszos leoldás esetén az elektrolitot és az oldószert a cellában váltogatjuk vagy több cellát kaszkád-rendszerbe kapcsolunk. A kapott gallium-tartalmú oldatból a fémet valamely ismert eljárással nyerjük ki. A találmány szerinti eljárás foganatosítására az alábbi kiviteli példákat adjuk meg. 1. példa Elektrolizáló cellába 5g Hg(N03 ) 2 100 ml n salétromsavval készített oldatát visszük be oly módon, hogy az a réz-hordozóelektródot ellepje. A rézfelületen a higany kiválik és 10 percen belül egységes felületet képez. Ezután a Hg(N03 ) 2 -oldatot a cellából eltávolítjuk a cellát vízzel kimossuk, a nikkel-anódot behelyezzük és a galliumot és V2 0 5 -ben kifejezve 0,1 g/liternél kevesebb V-at tartalmazó aluminátlúg folyamatos áramoltatása mellett megkezdjük az elektrolízist, A Hg(Cu)-katódon 80 A/m2 áramsűrűség és max. 50 C° mellett levált (10—15 g/m2 • nap) galliumot szakaszosan egy másik tartályban 50 g/liter nátriumhidroxid-oldatban 80 C° hőmérsékleten leoldjuk. A nátriumhidroxid-oldatból a galliumot az 1 : l Ga : Na2 O arány elérése után az ismert eljárások valamelyikével nyerjük ki. Üzemeltetési idő: 24 óra. 2. példa A Hg(Cu)-katódot úgy állítjuk ki, hogy a réz hordozóelektródot 0,4 súly% nátrium-tartalmú amalgámba merítjük, amikor is a néhány mikron vastagságú higany felület 10-15 perc alatt kialakul. A továbbiakban az 1. példa szerint járunk el. 2
