197948. lajstromszámú szabadalom • Eljárás gallium kinyerésére nátrium-aluminát oldatokból cementálással
3 197948 4 egyenlettel meghatározható, amely ugyancsak függ a hőmérséklettől. Az említett felismerésekből következik, hogy ha a gallium-alumínium ötvözetet a cementátortól elkülönített térben állítjuk elő, akkor annak alumínium-koncentrációját a hőmérséklettől függő maximális értéken, illetve annak közelében tarthatjuk. Az oldódási folyamat tehát — a beállított paramétereknek megfelelő koncentráció értékig — önmagát szabályozza. A (2) részreakció a gallium-alumínium rendszer alumínium-tartalmának oldódását szemlélteti nátrium-aluminát oldat cementálásnál, amely elsőrendű és fázishatárokon lejátszódó irreverzibilis folyamat. A cementáláskor végbemenő elektrokémiai folyamatok szempontjából meghatározó, hogy a gallium-alumínium rendszer inhomogén és többfázisú, mint a 173 340 sz. magyar szabadalmi leírásban ismertetett eljárásnál, vagy homogén és egyfázisú, azaz ötvözet, mint a találmány szerinti eljárásnál. Az említettekkel kapcsolatosan fontosnak tartjuk, hogy az előbbi nem, az utóbbi viszont egyértelműen keverékelektród, mint például az általánosan ismert amalgám-elektród. Elektródpotenciálját esetünkben a galliumban oldott, azaz a képződött ötvözetben lévő és negatívabb potenciálú alumínium, illetve annak koncentrációja határozza meg. Kísérletekkel megállapítottuk, hogy nátrium-aluminát oldatban a gallium-alumínium ötvözet alumíniumtartalmának oldódási sebessége a egyenlettel felírható, amely a k2 sebességi állandó miatt a hőmérsékletnek és a gallium-alumínium ötvözet alumíniumtartalmának függvénye. A (3) részreakció az aluminátlúg galliumtartalmának a fázishatárokon végbemenő redukciója alumíniummal, amely a rendszer bruttófolyamatának legkisebb sebességgel lejátszódó reverzibilis részreakciója, ahol a nátrium-aluminát oldat gallium-koncentrációjának csökkenése a egyenlettel felírható, és a k3 értéke a hőmérsékleten túlmenően a gallium-alumínium ötvözet felületének és az oldat térfogatának függvénye. A brutó folyamat sebesség-meghatározója tehát a (3) részreakció. Ha tehát egy gallium-alumínium ötvözet alumíniumtartalmának oldódási sebessége az aluminátlúgban bizonyos érték fölé emelkedik, az kedvezőtlen. Az alumínium oldódási sebességének, egyben az időarányos mennyiségének növekedése ugyanis a (3) részreakció meghatározó szerepe miatt nem lehet arányos az aluminátlúg galliumtartalmának redukciójával. A többlet alumínium oldódása tehát technológiai rendellenességet, nevezetesen hidrogénfejlődést okoz és egyben növeli a fajlagos alumínium felhasználást. Itt utalnánk tulajdonképpen az (1) és (3) egyenletben meghatározott felismeréseink jelentőségére, egyben azok összehangolt alkalmazására, vagyis a gallium-alumínium ötvözetet illetően a gallámgyártóban a minél nagyobb, a cementátorban a minél kisebb alumíniumtartalmára és a hőmérséklet kompromisszumos közbeeső értékének célszerűségére. E felismerések alapján a találmány szerint előnyösen az alábbi módon nyerjük ki a galliumot nátrium-aluminát oldatokból. A nátrium-aluminát oldatból a galliumot olyan egyfázisú, kémiailag és elektrokémiailag homogén gallium-alumínium ötvözettel való cementálással választjuk ki, amelyet a cementátorból elkülönített térben, egy ún. gallámgyártóban — tehát a nátrium-aluminát oldatkizárásával — folyamatosan állítunk elő fém alumínium folyékony galliumban való oldásával. A folyékony ötvözet aliquot részét a cementátorban lévő ún. betét-galliumba vezetjük, illetve azzal együtt a gallámgyártó és a cementátor között szakaszosan cirkuláltatjuk. A cementátor betét-galliumjának alumíniumtartalmát ilyen módon előnyösen 0,05—0,2 tömeg% értékre állítjuk be, illetve folyamatosan tartjuk, amely a gallium-alumínium ötvözet elektródpotenciálját, kálóméi elektródhoz viszonyítottan —1,88 V és —2,00 V közötti értéken biztosítja. Az előbbi eljárást a gyakorlatban célszerűen Oly módon valósítjuk meg, hogy a célnak megfelelően méretezett gallámgyártóban lévő folyékony galliumba alumíniumot helyezünk huzal, granulátum vagy más alakban és szükség szerint pótoljuk, miközben annak hőmérsékletét célszerűen 30—50°C-on tartjuk. Ha azonban a technológiai adottságok megengedik, elvégezhetjük ezt a műveletet ennél magasabb, egészen az alumínium olvadáspontjáig terjedő hőmérsékleten is. A galliumban az alumínium — a hőmérséklet és felület függvényében — oldódik, és koncentrációja a hőmérséklettől függő 0,5—1,4 tömeg% maximális értéket éri el, illetve közelíti meg. A képződött gallium-alumínium ötvözet aliquot részét a cementátorban lévő galliumba, illetve gallium-alumínium ötvözetbe visszük, melynek azonos mennyiségű részét visszacirkuláljuk a gallámgyártóba oly mértékű szakaszos adagolással, hogy annak alumíniumtartalma a 0,05 és 0,2 tömeg% közötti értékét elérje, illetve azt folyamatosan biztosítsa. Ugyanakkor a keverővei ellátott cementáiorban a nátrium-aluminát oldatot folyamatosan áramoltatjuk olyan sebességgel, hogy annak gallium-koncentrá-3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
