185258. lajstromszámú szabadalom • Eljárás tiszta gallium előállítására
1 185 258 _ 2 Az eljárást elektrolízissel végzik, majd frakcionált kristályosítást, hidrokémiai kezelést (cseppvariációs módszer), vákuumdesztillációt és extrakciós elektrolízist végeznek, ahol a szennyező anyagok az anódon az elektrolitba oldódnak, és szerves komplexek formájában távoznak. Frakcionált kristályosításként szakaszos kristályosítást végeznek, mialatt az eljárást 6-10 szakaszban hajtják végre. Bár az ismert eljárásokkal elvileg lehetséges a galliumot az említett hat-kilences tisztasággal kinyerni, az ellenőrizhető szennyezőanyag-tartalom, mégis rendszerint 0,00019 súly%-ot tesz ki. Ezen kívül a vákuumdesztillációs eljárás nagy veszteségeket okoz a gallium szempontjából, másrészt a magas, 1100-1150 °C-os hőmérsékletnek kitett szerkezeti anyagok korróziója következtében a gallium szennyeződik a tégelyek, kondenzátorok és gőzvezetékek anyagával. Az alkalmazott eljárások különböznek egymástól teljesítmény szempontjából, így egyetlen technológiában való kombinációjuk meglehetősen komplikált. A találmány feladata nagy tisztaságú gallium előállítására olyan eljárást kidolgozni, mellyel a gallium tisztasági foka és az eljárás teljesítménye fokozható, a fémveszteség pedig csökkenthető. Ezt a feladatot úgy oldottuk meg, hogy olyan eljárást dolgoztunk ki nagy tisztaságú gallium előállítására, amely szűrésből, hidrokémiai és vákuumban végzett hőkezelésből, adott esetben alkálitartalmú elektrolitban végzett elektrokémiai tisztításból, és a gallium kristályosításából áll. A találmány értelmében a szűrés és hidrokémiai kezelés után a galliumot 2-5 lépéses savas vagy alkálikus közegben végzett, vagy olyan savban végzett, amely adalékanyagként poláros szerves vegyületeket tartalmaz, vagy olyan bázisban végzett, amely adalékanyagként poláros szerves vegyületeket tartalmaz, frakcionált kristályosítással tisztítjuk, az adalékanyagokat tartalmazó maradékot az első kristályosítási szakasz után szűrjük és elektrokémiai tisztításnak, illetve hidrokémiai tisztításnak vetjük alá, és a 2-5. kristályosítási fázis utáni maradékot a megelőző kristályosítási fázisokba visszavezetjük, majd a tisztított fémet vákuumban hőkezeljük. A találmány értelmében az eljárást úgy végezhetjük, hogy a frakcionált kristályosítással a tisztított fém 60-95%-át kinyerjük. A tiszta gallium előállítási eljárásának egy másik változata szerint a frakcionált kristályosítást 200-2000 V/cm intenzitású elektrosztatikus térben- végezzük. A frakcionált kristályosítást 0,1-5 mól/l koncentrációjú savas vagy alkálikus közegben végez- hetjük. Savként szervetlen (só-, kén-, salétromsavat stb.) vagy szerves savat (ecetsavat, hangyasavat, di-(2-etil-hexil)-foszfórsavat vagy ezek keverékét) használhatjuk. A tiszta gallium előállítási eljárásában a hidrokémiai kezelést a fenti savak vagy bázisok alkalmazása mellett végezzük, illetve olyan savak vagy bázisok alkalmazása mellett, amelyek poláros szerves vegyületeket tartalmaznak. Poláros szerves vegyületként előnyösen alkoholokat, étereket, ketonokat, szerves foszforvegyületeket, szeves savak sóit, ííininokat, szerves savakat, anion- vagy kationcserélőket, amfolitokat illetve ezek keverékét alkalmazhatjuk. A találmány szerinti eljárás többféle tisztítási eljárás kombinációja, így lehetővé válik, hogy a galliumot egy kiválasztott szennyezőanyagtól megtisztítsuk, ha az eljárást kellőképpen sokszor megismételjük. A találmány szerinti eljárás előnye, hogy lehetővé teszi, hogy a kiindulási anyagban 10_l-10~3 súiy%-os koncentrációval jelenlevő szennyező anyagoktól a galliumot megtisztítsuk, és a gallium kiindulási mennyiségének 95%-át kinyerjük. Ezenkívül lehetővé válik, hogy a technológia egyszeri teljesítőképességét 70-100 g/pércre fokozzuk, azaz az ismert technológiák teljesítőképességét 10-20- szorosára növeljük, a költséges nagytisztaságú reagensek és toxikus anyagok alkalmazását lényegében mellőzzük, és egyúttal a fémet 59,999-99,999999% galliumtartalommal állítsuk elő. A nagy tisztaságú gallium találmány szerinti eljárással 3-5 t/év kapacitással történő előállításához szükséges berendezések beszerzése kevesebb mint egy év alatt megtérül. A találmány szerinti eljárás egyéb előnyei a leírásból és a példákból kiderülnek. A találmány lényege egy olyan tisztítási eljárási technológiai sor és annak kivitelezési körülményei, amellyel a gallium jó technikai és gazdasági adottságok mellett a szennyezőanyagoktól megtisztítható. A kiindulási fémet legelőször, egy porózus diafragmán engedjük át, ahol diafragmaként zsugorított üvegből készült lapot alkalmazhatunk. Itt a fémet az idegen anyagoktól, mechanikai oxidfilmektől és azok keverékétől tisztítjuk meg, amelyek a galliumban az oldhatósági határon kívül az adott körülmények között találhatók. Erre az eljárásra a legjobb körülményeket úgy érjük el, ha a kiindulási fémet először kristályosítjuk, majd lassan megolvasztjuk anélkül, hogy az olvadási hőmérsékletnél lényegesen magasabb hőmérsékletre hevítenénk, így tulajdonképpen az örvényágyat, illetve pszeudokristályos anyagot szűrünk. Az átszűrt fémet hidrokémiai úton kezeljük, ahol a gallium erős keverés közben különböző savakkal, illetve lúgokkal kerül érintkezésbe. Ehhez az eljáráshoz a legkedvezőbb feltételeket úgy biztosíthatjuk, ha a keverést 500-500000 A/perc intenzitású váltakozó elektromágneses térben végezzük. Vizes reagensoldatként - attól függően, hogy mely szennyezőanyagot kívánjuk eltávolítani - célszerűen szervetlen savakat, pl. sósavat, kénsavat, salétromsavat, hidrogén-bromidol, hidrogén-jodidot, illetve szerves savakat, pl. ecetsavat, hangyasavat, oxálsavat, di-(2-etil-hexil)-foszforsavat stb. használhatunk. Abban az esetben, ha a galliumot olyan szennyezőanyagoktól kívánjuk megtisztítani, amelyeknek affinitása a fenti anyagokhoz nem nagy, akkor célszerű, ha a kezelést poláros szerves vagyületet tartalmazó savban vagy lúgban végezzük. Ilyenek lehetnek alkoholok, éterek, ketonok, szerves foszfor-vegyületek, mint pl. foszfátok, foszfinátok, foszfin-oxidok, szerves savak primer, szei 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
