173340. lajstromszámú szabadalom • Eljárás gallium elkülönítésére aluminát-oldatokból
5 173340 6 ismert eljárás nagyüzemi méretekben nem hajtható végre gazdaságosan, és nem automatizálható. A találmány célja a fenti hátrányok kiküszöbölése. A találmány tárgya eljárás gallium elkülönítésére aluminát-oldatokból, amelynek során a galliumot magas hőmérsékleten, a rendszer keverése közben, folyékony alumínium—gallium ötvözet felhasználásával cementáljuk, majd a kivált galliumot elválasztjuk a rendszertől. A találmány értelmében úgy járunk el, hogy a folyékony alumínium-gallium ötvözetet magában a kezelendő aluminát-oldatban alakítjuk ki olyan módon, hogy az alumínium—gallium ötvözet negatív potenciáljának 1,6 V és 1,8 V közötti értékre csökkenésekor az aluminát-oldathoz alumíniumot adagolunk. Ezzel az eljárással kiküszöbölhetjük az alumínium- gallium ötvözet szakaszos előállításából és szakaszos beadagolásából származó nehézségeket. A találmány szerinti eljárást nagyüzemi méretekben is igen gazdaságosan hajthatjuk végre. A találmány értelmében a galliumot folyamatos üzemben különíthetjük el az aluminát-oldatokból. A találmány szerinti üzemvitel egyszerű, könnyen kézben tartható és automatizálható. A találmány szerinti eljárás előnyös műveleti körülményeit az alábbiakban ismertetjük. A gallium cementálását 0,2—6 súly% alumíniumot tartalmazó folyékony alumínium—gallium ötvözettel végezzük- Kísérleteink azt igazolták, hogy a cementálási folyamat hatékonysága jelentős mértékben függ az alumínium—gallium ötvözet alumíniumtartalmától, és az optimális alumíniumtartalom a kezelendő aluminát-oldat összetételével változik. Megállapítottuk továbbá, hogy az alumínium—gallium ötvözet nem i egyfázisú rendszer. Az alumínium az ötvözetben részben oldott állapotban, részben pedig szilárd formában van jelen, a felületen pedig alumínium—galliumot képez. Abban az esetben tehát, ha a katód közelében levő rétegben a galiiumíon-koncentráció csekély, és ugyanakkor alumíniumfölösleg van jelen, az alumínium nem használódik el teljesen, azaz megnő a galliumionok töltésmentesítésében részt nem vevő „szabad ” alumínium részaránya. A „szabad” alumínium heves hidrogénfejlődés közben teljesen feloldódik az alkálilúgban, ennek következtében az alumínium—gallium ötvözet felülete beárnyékolódik, és a galliumionok töltésmentesítése nehezebbé válik. Ezért olyan aluminát-oldatokhoz, amelyek galliumtartalma csekély, például 0,15-0,5 g/1, célszerűen 0,2-1 súly% galliumot tartalmazó alumínium—gallium ötvözetet használunk fel. Amennyiben a galliumot közvetlenül aluminát-oldatokból vagy galliummal dúsított aluminát-oldatokból választjuk le, cementálószerként célszerűen 0,4—4 súly% alumíniumot tartalmazó folyékony alumínium- gallium ötvözetet alkalmazunk. 1—5 g/1 galliumot tartalmazó aluminát-oldatok feldolgozásához (amelyeket aluminát-oldatok és galliumtartalmú iszap előkezeléséből kapunk) cementálószerként célszerűen 0,5—2 súly% alumíniumot tartalmazó gallium—alumínium ötvözetet használunk fel. Ennek oka az, hogy viszonylag nagy galliumtartalmú oldatok kezelése esetén a galliumionok redukciójához szükséges alumínium-hányadot növelni kell. 0,5-2,0 súly% alumíniumot tartalmazó folyékony alumínium- gallium ötvözetek felhasználásával a galliumot közel 330 g/1 Na2 O-tartalmú aluminát-oldatokból is elkülöníthetjük. Ha kiindulási anyagként nagy galliumion-koncentrációjú (például galliummal dúsított) aluminát-oldatokat használunk fel, cementálószerként célszerűen 1 —3 súly%, vagy ennél nagyobb mennyiségű alumíniumot tartalmazó alumínium—gallium ötvözetet alkalmazunk. A 0,2—6 súly%, célszerűen 0,4—4 súly% alumíniumot tartalmazó folyékony alumínium—gallium ötvözetekkel közvetlenül elkülöníthetjük a galliumot a nyers, valamint a vanádiumvegyületektől és egyéb szennyezőanyagoktól kristályosítással vagy kalciumkloridos kezeléssel előzetesen megtisztított aluminátoldatokból. Miként már közöltük, az alumínium—gallium ötvözetet magában a kezelendő aluminát-oldatban is kialakíthatjuk. Ebben az esetben eljárhatunk úgy, hogy az aluminát-oldathoz először folyékony galliumot adunk, vagy kiindulási anyagként folyékony galliumot már tartalmazó aluminát-oldatot használunk fel, és ezután a rendszerbe a kívánt ötvözetösszetétel biztosításához szükséges mennyiségű alumíniumot adunk. Ennek az eljárásmódnak az a további előnye, hogy teljes mértékben kiküszöbölhetjük az alumínium—gallium ötvözet külön lépésében történő előállítását, ami az ipari művelet jelentős egyszerűsödését eredményezi. Eljárhatunk azonban úgy is, hogy a rendszerhez előre elkészített, meghatározott összetételű folyékony alumínium—gallium ötvözetet adunk. A cementálási folyamat előrehaladtával a rendszerhez az alumínium—gallium ötvözet negatív potenciáljának csökkenésekor szakaszosan további alumíniumot adunk. Ezzel az intézkedéssel biztosítjuk, hogy a kezelendő aluminát-oldatban folyamatosan az előre megszabott határok közötti összetételű alumínium— gallium ötvözet legyen jelen, azaz stabilizáljuk a cementálás technológiai körülményeit, és igen jó hatásfokkal hasznosítjuk az alumíniumot a galliumionok redukciójához. Az alumíniumot folyamatosan is beadagolhatjuk; ebben az esetben azonban ügyelnünk kell arra, hogy a beadagolt alumínium és az ötvözőkomponensként feloldódott alumínium egyensúlyát minden esetben biztosítsuk. Amennyiben az alumínium—gallium ötvözetet magában a kezelendő aluminát-oldatban alakítjuk ki, a folyékony galliumot tartalmazó aluminát-oldathoz állandó keverés közben, szakaszosan alumíniumot adagolunk. Az alumíniumot például granulátum, forgács vagy vágott huzal alakjában juttathatjuk a rendszerbe. A nehézségi erő következtében az alumínium az aluminát-oldatba kerül, és keverés közben az oldatban levő galliummal érintkezve alumínium—gallium ötvözetet képez. Az ötvözet alumíniumtartalmát, azaz az alumíniumhiányt, illetve a telítettséget az alumínium—gallium ötvözet elektropotenciáljának mérésével ellenőrizzük. A mérést ismert kompenzációs módszerrel hajtjuk végre. Ismert, hogy az alumínium—gallium ötvözet potenciálja az abban feloldott alumínium mennyiségétől függ. Minél kisebb mennyiségű alumíniumot tartalmaz az ötvözet, annál pozitívabb értékű az ötvözet potenciálja. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
