185258. lajstromszámú szabadalom • Eljárás tiszta gallium előállítására
1 2-185 258 . A találmány tárgya eljárás nagy tisztaságú gallium előállítására. Közelebbről a találmány a ritkafémek kohászatára vonatkozik, és alkalmazható a könnyen olvasztható fémek tisztítási technológiájában, például nagy tisztaságú gallium nyersfémböl történő kinyerésére. A nagy tisztaságú galliumot a technikában számos helyen használják fel. A gallium legfőbb alkalmazási területe az elektronikai ipar, ahol germánium, szilícium ötvözésére és Am és Bv félvezetők előállítására használják, amely utóbbiakat különböző kijelzők és számítógépek, elektromos órák számlapjainak előállítására alkalmazzák. A galliumot optikai felületek bevonására használják. Gallium-ötvözetek világítási áramkörök, hőfokszabályzók, magas hőmérsékletű termométerek, elektromos gépek folyékony áramszedői, különböző anyagok forrasztására szolgáló forrasztó fémek előállítására használhatók, A gallium-oxid egyik fontos felhasználási területe a nagyolvasztók mágneses szabályozó-berendezéseinek kifejlesztésére szolgáló gailium-gadolinium-gránátok előállítása. A gallium-kloridot ezen kívül a vegyiparban poíimerizációs reakciók katalizátoraként használják. A galliumot a gyógyászatban is használják, éspedig fogászati tömőanyagként. Mivel jelenleg a gallium fő felhasználója az elektronikai ipar, ahol a gallium nagy tisztasága az egyik legfőbb követelmény, olyan tisztítási eljárás kidolgozása vált szükségessé, ahol a gallium 99,999 -99,999999 súly%-os tisztasággal állítható elő. A gallium tisztítási technológiájának ismert eljárásai a galliumnak a szennyező anyagoktól való megszűrését, hidrokémiai és vákuumkezelését, elektrolízisét és kristályosítását tartalmazzák. Ezek az eljárások egy vagy két anyag eltávolítását teszik lehetővé a gallium mellől. Egyedül egyik eljárással sem lehet azonban a galliumot különösen nagy tisztasággal kinyerni, azaz öt- vagy hat-kilences tisztaságú gallium nem állítható így elő. így például szűrési eljárásokkal azokat a szenynyezőanyagokat lehet a gallium mellől részben eltávolítani, amelyeknek a galliumban jelen levő menynyisége meghaladja oldhatóságukat a galliumban. Hidrokémiai kezeléssel a gallium mellől azok az anyagok távolíthatók el többé-kevésbé, amelyek a feszültségi sorban a hidrogéntől balra állnak. Ide tartoznak az alkálifémek, aluminium, cink, indium és még néhány másik fém. A szennyező fémek helye a feszültségi sorban azonban nem mindig elegendő feltétele annak, hogy a gallium mellől eltávolítható k legyenek. A gallium hidrokémiai kezelésénél a folyékony galliumot vizes alkálioldaton és sósavon csepegtetik keresztül, ahogy ezt a 1 317 478 (Kl. C7B, 1973) számú nagy-britanniai szabadalmi bejelentés ismerteti. Itt azok a szennyező fémek, amelyeknek nagy a redoxpotenciálja, a vizes oldatba kerülnek, és a gallium megtisztul. Az eljárás hátránya az, hogy a tisztított fém diszpergálódik és az olvadt fém kisebb cseppjeit az oldat magával ragadja, azonkívül a fém kémiailag is oldódik. A gallium-veszteség ebben az eljárásban a kiindulási fémre számítva 10% körüli. ' Elektrolizissel, ahol a fémek tisztítása rendszerint a kiindulási fémek anódos oldásával és katódos kicsapásával történik, a galliumot a szennyező r anyagok nagy részétől meg lehet tisztitani. Az 5 elektrokémiai tisztítás azonban komplikált és nem eléggé produktív. A legjobb teljesítmény az elekrokémiai tisztítás esetén 0,2 és 0,5 g/perc között van (1. 1462 572, (Kl. C7B, 1977) számú nagy-britanniai szabadalmi leírás). 1 ü A fémek tisztítási technológiájában használt további eljárások, mint pl.: kristályosítás, szakaszos olvasztás, ill. kristálynövesztés a Czochralski-eljárás szerint szintén alkalmazhatók gallium tisztítására. Ezek hatásosságát azonban csak azokra a 15 szennyezőanyagokra vonatkozóan állapították meg, amelyeknek megoszlási hányadosa egytől eltérő. A kristályosítási eljárásokat a gallium-tisztítás technológiájában a legkülönbözőbb formában használják, ilyenek a szakaszos olvasztás (Lin Min- Chin Acta Phisíca Sinca 1959, 15, Nr. 7 398-392. Zone melting. Second Edition W. G. Pfann Nr. 4 1966), kristálynövesztés az olvadékból - például a Czochralski-eljárás szerint (3088853). sz. USA 25 szabadalom) -, célzott kristályosítás. A kristályosítás kellően nagy hatásfokának ellenére ezek teljesítménye nem haladja meg az 1-2 g/perc termelést a tisztított fémre vonatkoztatva. Például az Aiusuisse cégnél olvadékból történő kristálynövesztésre alkalmazott eljárás, ahol a gallium olvadási hőmérsékletén termosztatizált kristályinieiátorokat (kristálycsírákat) alkalmaznak, és a kristályosodás spontán végbemegy, meglehetősen sok kézi munkát igényel és nem léhet eléggé automatizálni (1. Galli- 35 urn and Elektronic Materials, Aiusuisse, Prospect). A tisztítási eljárás végén rendszerint vákuumban végzett hőkezelést alkalmaznak, amikor a fémből nedvességet, részben oldott gázokat és még néhány a galliumnál nagyobb gőznyomással rendelkező 40 anyagot lehet eltávolítani. Ha az a feladat, hogy a galliumot a nagyszámú szennyező anyagtól megfelelően megtisztítsák, és elég nagy tisztasággal elválasszák, akkor elég nagy gallium veszteség szokott bekövetkezni. 4S A tisztaság szempontjából a gallium desztillálása látszik a leghatásosabbnak, A magas hőmérséklet, és az ismert szerkezeti anyagok galliummal szembeni csekély korrózióállósága nem teszi lehetővé, hogy ezt az eljárást az iparban elterjedten használ- 50 ják. A gallium tisztítására vonatkozó fent említett eljárásokkal következésképpen csak többé-kevésbé lehet a szennyező anyagokat eltávolítani. Mivel a fenti eljárások egyikével sem lehet 55 98,0-99,5 s% tisztaságú kiindulási anyagból megfelelő tisztaságú galliumot előállítani, ezért általában a tisztítási eljárások kombinációját alkalmazzák. így például a Magyarországon kifejlesztett eljárás szerint (1, Klug O., Zsindelu S. Research into 60 the Extraction and Utilization of the Gallium Content, of Hungarian Bauxites „Proc. Research Inst. Non-Ferrous Metals” Budapest, 1971. 261-269) a galliumot 99,9999 súly% tisztasággal állítják elő, ahol a szennyező anyagok réz, magnézium, szilíci- 65 um, cink, higany, kalcium, alumínium, vas és ólom. 2
