способ рафинирования галлия

Формула изобретения

1. Способ рафинирования галлия, включающий ввод в расплав галлия газовых смесей на основе инертного газа, содержащих газообразные химические реагенты, и вывод образовавшихся соединений примесных металлов, отличающийся тем, что в качестве газообразного реагента используют пары летучего соединения галлия, а температуру расплава галлия поддерживают на уровне, превышающем температуру расплава летучего соединения галлия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве летучего соединения галлия используют трихлорид галлия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам рафинирования галлия и может быть использовано в электронной промышленности и цветной металлургии.

Известен способ рафинирования галлия, при котором расплав галлия обрабатывают, барботируя через него газовую смесь на основе инертного газа, содержащего хлорводород и пары воды, а затем вводят образовавшиеся соединения на основе примесных металлов.

Известный способ рафинирования галлия имеет недостаток, заключающийся в том, что при окислении примесей окисляется также значительное количество галлия (не менее 5 мас.). Это обусловлено высоким сродством галлия к галогенам и кислороду и высокой термодинамической активностью галлия (а __ 1) по сравнению с активностями примесных металлов.

Перед авторами стояла задача создания способа рафинирования галлия, свободного от указанных недостатков.

Поставленная задача решается тем, что в качестве газообразного химического реагента используют пары соединения галлия, а температуру очищаемого металла поддерживают на уровне, превышающем температуру расплава летучего соединения галлия. Содержание газообразного реагента в газовой смеси будет соответствовать давлению насыщенного пара данного соединения при заданной температуре. В качестве летучего соединения могут быть использованы летучие галогениды галлия, например трихлорид галлия или металлоорганические соединения галлия. Для предотвращения конденсации летучего соединения в емкости с очищаемым галлием и в газоподводящих линиях их температуру поддерживают на уровне, превышающем температуру вводимого химического реагента.

При вводе газовой смеси, содержащей пары летучего соединения галлия, под уровень металла образуется газожидкостная смесь и происходит химическая реакция по типу

m(GaCl₃ + n [П] <ПCl_3m> + m{Ga}

где ( );

[-pаствоp;

<> -твердая фаза;

-жидкая фаза.

Растворенная примесь взаимодействует с парами летучего соединения очищаемого металла и образует твердое малорастворимое соединение, а высвободившийся из газообpазного соединения атом галлия переходит в расплав. Образующиеся шлаки на основе примесных металлов удаляются, например, фильтрационным методом. Если в результате обменной реакции образуется газообразное соединение на основе галогенида примеси, то его пары улетучиваются с потоком инертного газа. Потери галлия при этом отсутствуют, т. к. подаваемая смесь не способна окислить расплав, а лишь селективно воздействует на электроотрицательные примеси.

Для предотвращения потерь окислителя (летучего соединения очищаемого металла, например, трихлорида галлия) и его неконтролируемого выброса в атмосферу на выходе газа из емкости с очищаемым металлом устанавливается холодная ловушка.

Пример. Сырьевой галлий массой 10 кг с содержанием примисей Аl, Zn и Ge, указанными в таблице, поместили в реакционную емкость с барботером и загерметизировали. Кварцевый сосуд с трихлоридом галлия массой 100 г, имеющий входной и выходной патрубки с притертыми кранами и заполненный аргоном подсоединили к газоваккуумной системе. Отваккуумировали реакционную емкость и подводящие газовые линии заполнили аргоном до 0,1 ати. Сырьевой галлий в реакционной емкости расплавили и довели до температуры 15010 ^oС. До этой же температуры разогрели газовые линии между кварцевым сосудом с трихлоридом галлия и реакционной емкостью. Сбросили давление аргона до 0,1 ати. Открыли притертые краны на кварцевом сосуде и газовые линии передачи аргона от баллона через кварцевый сосуд с трихлоридом галлия в барботер реакционной емкости. Расход газа на уровне приблизительно 8 нл/ч. Сброс газа из реакционной емкости осуществляли через холодную ловушку для сбора непрореагировавшего трихлорида галлия и летучих соединений на основе примесных металлов. С помощью электрических нагревателей расплавили трихлорид галлия в кварцевом сосуде и довели его температуру до 902^oC. Процесс вели приблизительно 50 ч, наблюдая за уменьшением количества трихлорида галлия в кварцевом сосуде. По окончании процесса отобрали пробу галлия из-под уровня для проведения химико-спектрального анализа. Галлий из реакционной емкости через фильтр слили в специальную емкость. Содержание примесей в очищенном галлии приведено в таблице.