184237. lajstromszámú szabadalom • Eljárás higany és gallium tisztítására
1 184 237 2 A találmány tárgya eljárás higany és gallium tisztítására. Közelebbről a találmány olyan eljárásra vonatkozik, amellyel a 100 °C alatt olvadó gallium és higany a kísérő szennyeződésektől mentesíthető. A kísérő szennyeződések, így cink, kadmium, indium, tallium, ólom, réz stb. az alacsony olvadáspontú fémek különböző nyersanyagokból történő kinyerésekor kerülnek a termékbe. Napjainkban az alacsony olvadáspontú fémeknek - különleges tulajdonságaiknál fogva - fontos alkalmazási területe van alacsony olvadáspontú ötvözetek, félvezető anyagok előállításában, a fogtechnikában stb. így például az alacsony olvadáspontú galliumot AmBv típisú félvezetőanyagok alkotórészeként, fogtömésekhez felhasználható ötvözetekben, elektromos gépek folyékony áramleszedőjeként, magas hőmérsékletek mérésére alkalmas hőmérők munkaközegekként és egyéb ipari célokra használják. A higanyt, mint az alacsony olvadáspontú fémek tipikus képviselőjét különleges tulajdonságai miatt az iparban széleskörűen alkalmazzák, így folyékony katódként a klór és marónátron elektrolitikus előállításában, fogtömések, bonyolult félvezető anyagok alkotórészeként, különböző fajta hőmérőkben, folyékony áramleszedőkben stb. Az alkalmazási területtől függően az alacsony olvadáspontú fémek szükséges tisztasági foka különböző lehet: a technikai minőségű fém tisztasági foka 99—99,9 súly%, míg a nagyfokú tisztasággal rendelkező fém 99,999— 99,99999 súly%-ig alapfémből áll, s számos szennyezők jelenlétére vizsgálják azt. Az említett fémeket rendszerint több eljárás, így elektrokémiai finomítás, desztilláció, kristályosítás és elektrofizikai tisztítás komplex alkalmazásával tisztítják. Ezekkel a módszerekkel általában az olyan szennyezők eltávolítását sikerül megoldani, amelyek tulajdonságaikban kellően különböznek az alapfémtől: illékonyságuk vagy kisebb, vagy nagyobb, eltérően helyezkednek el az elektrokémiai feszültségsorban, úgyhogy a szétválasztási folyamatra jellemző együttható vagy sokkal kisebb, vagy sokkal nagyobb egynél. Az említett eljárások alkalmazásakor számos esetben a fém megfelelő, majdnem teljes előtisztítása szükséges. A gallium és higany előtisztítását például szűréssel, savak, alkálifémhidroxidok, sók vizes oldatával végzett hidrokémiai kezeléssel oldják meg. A különböző anyagokból kivonatolással nyert alacsony olvadáspontú fémeket leginkább úgy tisztítják, hogy a fémolvadékot vizes savoldattal, illetve vizes alkálilúg-oldattal, vagy először vizes savoldattal, majd vizes lúgoldattal (vagy megfordítva) érintkeztetik. Az 1 317 478 sz. brit szabadalmi leírásban ismertetett eljárás szerint nátriumhidroxid, majd sósav vizes oldatán keresztül csepegtetik a galliumot és a higanyt. A magasabb redoxpotenciálú szennyezők beoldódnak a vizes oldatba, így a fém tisztul. Az eljárás hátránya, hogy nagy veszteségek lépnek fel, ugyanis a tisztítandó fém maga is részben beoldódik a vizes oldatba, részben ultrafínom cseppek alakjában diszpergálódik a vizes közegben. Gallium esetében a kiindulási fémmennyiségre számítva a veszteség a 10%-ot is elérheti. Ismert továbbá a 2 304 063 sz. NSZK-beli szabadalmi leírás szerinti eljárás, amelynek értelmében a szennyezett folyékony fémet, például higanyt 10-120 °C hőmérsékleten erélyes keverés közben higanyszulfátot tartalmazó, 0,05—5 mólos kénsav-oldattal többszörösen kezelik, majd ezt követően elektrolizálják. Az eljárással a vastar2 talmat 5 10-6 gFe/gHg értékre csökkentik. A módszer hátrányai azonosak a már leírtakkal. Emellett az elektrolízis végterméke több komponensű amalgám, amelyből a higanyt extrahálással kell kinyerni. A savak, alkálifémlúgok, sók vizes oldatával végzett hidrokémiai kezelésen alapuló összes eljárás közös és legsúlyosabb hátránya, hogy velük csak olyan szennyezők távoh'thatók el, amelyek a tisztítandó fémnél kevésbé nemesek. Hátrányos továbbá, hogy az alkalmazott hőmérsékleten, 60-90 °C-on a tisztítandó fém az elektrolitoldattal reagálva oldatba megy. A találmány feladata olyan eljárás kidolgozása, amellyel alacsony olvadáspontú fémek hatékonyan és veszteségmentesen tisztíthatok. A feladatot úgy oldjuk meg, hogy az alacsony olvadáspontú fémet olvadék alakjában szervetlen sav, illetve alkálifém-hidroxid vizes oldatával kezeljük, és a kezelést ionogén csoportokkal rendelkező szerves vegyületek jelenlétében végezzük. A találmány értelmében például úgy járhatunk el, hogy az olvasztott fémet először ionogén csoportokkal rendelkező szerves anyagok jelenlétében sav vizes oldatával, majd ezt követően szintén ionogén csoportokkal rendelkező szerves anyagok jelenlétében alkálifémhidroxid vizes oldatával érintkeztetjük. A találmány egy másik előnyös változata szerint az olvadékot először alkálifém-hidroxid vizes oldatával, majd ezt követően valamilyen sav vizes oldatával kezeljük, mindkét lépcső esetén ionogén csoportokat tartalmazó szerves anyagok jelenlétében. Ionogén csoportokat tartalmazó szerves anyagként előnyösen alkoholok, észterek, ketonok, szerves foszforvegyületek, aminok, szerves savak, azok sói, anion- és kationcserélők, amfolitok, valamint a felsorolt anyagok keverékei kerülnek alkalmazásra. Tekintettel arra, hogy jelenleg már számos szorpció- és extrakció-szer ismeretes, azaz vizes oldatból gyakorlatilag a periódusos rendszer bármely eleme szelektíve kinyerhető, a találmány szerinti eljárás sokoldalúan alkalmazható; alkalmazásával a fém bármely szennyeződését eredményesen eltávolíthatjuk. Amennyiben szerves anyagok keverékét alkalmazzuk, ezzel vagy egy adott szenynyező eltávolításának szelektivitását növelhetjük, vagy több szennyezőt egyszerre távolíthatunk el. A találmány szerinti eljárással a fém tisztasági foka növelhető, a tisztítás közbeni veszteségek csökkenthetők, a tisztítás kevesebb időt vesz igénybe, és alacsonyabb hőmérsékleten végezhető el. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy ha az olvasztott fémet sav vagy alkálilúg vizes oldatával kezeljük és ionogén csoportokat tartalmazó szerves anyagokat is adagolunk a rendszerhez, az egyensúly a szennyezők oldódása irányában eltolódik, mert a már oldatba ment atomok azonnal a szerves anyagokon adszorbeálódnak. Az alacsony olvadáspontú fémet, előnyösen galliumot vagy higanyt reaktorban valamilyen sav vagy alkálifémhidroxid vizes oldatával érintkeztetjük. A vizes fázishoz előzetesen ionogén csoportokat tartalmazó egy vagy több szerves anyagot adtunk. Az alacsony olvadáspontú fém térfogatára számítva általában a vizes sav, illetve lúgoldatból annak 0,5-5-szeresét, szerves anyagból a 0,1—5-szeresét alkalmazzuk. A rendszert 30—70 °C-on 20-60 percen keresztül keveijük. A keveredést elektro5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
