способ извлечения галлия из галлийсодержащих оксидов редкоземельных металлов

Формула изобретения

1. Способ извлечения галлия из галлийсодержащих материалов, включающий смешивание материалов с алюминием, отличающийся тем, что в качестве исходных материалов используют порошок галлийсодержащего оксида редкоземельных металлов с содержанием металлического галлия не менее 28 мас.%, а алюминий в виде порошка, при этом смесь порошков оксида с алюминием локально и кратковременно поджигают до начала протекания реакции самопроизвольного высокотемпературного синтеза.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют порошок алюминия и галлийсодержащего оксида дисперсностью менее 40 мкм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание алюминия в смеси порошков составляет 11 - 15 вес.%.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области металлургии галлия, а именно - способу получения галлия восстановлением из галлийсодержащих оксидов редкоземельных металлов.

Настоящее изобретение может быть использовано, в частности, в технологии утилизации галлия из отходов, образующихся при выращивании монокристаллов лантангаллиевого силиката, с чистотой, пригодной для повторного использования.

Отходы представляют собой тигельный остаток лантангаллиевого силиката (ЛГС) и/или отходы после резки монокристаллов ЛГС состава La₃Ga₅SiO₁₄.

Способ может быть использован для извлечения галлия также из других оксидных систем с содержанием металлического галлия не менее 28 вес.%.

Известен способ переработки галлийсодержащих шлаков, предусматривающих выщелачивание шлака щелочью с продувкой воздухом и введением за 0,25-0,5 ч до окончания процесса продувки полиакриламида в количестве 2-10 мг/л (RU, 600203, кл. С 22 В 58/00, 1978 г.).

Недостатком известного способа является тот факт, что глубокое извлечение галлия может быть обеспечено при переработке шлаков, содержащих не менее 90% галлия. В случае переработки бедных шлаков (содержание галлия не превышает 0,3-0,4%), в частности анодных осадков, невозможно обеспечить удовлетворительное вскрытие галлия.

Известен способ выделения галлия из отходов алюминиевого производства, согласно которому пыль газоочистки электролиза алюминия выщелачивают водным раствором соляной кислоты, а образующийся при этом хлорид галлия экстрагируют трибутилфосфатом (см. GB, 2184108, С 01 G 15/00, 1987).

Недостатком способа является то, что полученные таким способом технологические галлийсодержащие растворы плохо фильтруются, загрязнены углеродом и низкоконцентрированы по галлию.

Известен способ переработки галлиевых шлаков, по которому шлак выщелачивают в 25%-ном растворе щелочи с нагреванием до 90^oC. Из раствора галлий выделяют электролизом с никелевыми электродами (см. Иванова Р.В. Химия и технология галлия, М., Металлургия, 1973, с. 326).

Недостатком известного способа является низкая производительность за счет использования операции электролиза, при этом способ непригоден для эффективного извлечения галлия из оксидных композиций.

Известен способ извлечения галлия из твердых тонкодисперсных углеродсодержащих материалов, включающий нагрев их в окислительной атмосфере и конденсацию полученных субоксидов (RU, 2092601, кл. С 22 В 58/00, 1998 г.).

Однако реализация этого способа применительно к галлийсодержащим оксидам редкоземельных металлов затруднена тем, что возгонка окиси галлия из оксидных соединений типа ЛГС затруднена из-за прочных связей окиси галлия с другими компонентами, входящими в состав отходов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу является способ извлечения галлия из галлийсодержащих материалов, включающий восстановление хлоридов галлия алюминием (см. Иванова Р.В., "Химия и технология галлия", М., Металлургия, 1973, С.361-362).

В известном способе в качестве галлийсодержащих материалов используют хлорид галлия, а в качестве восстановителя - гранулы алюминия при 200^oC.

Недостаток известного способа состоит в том, что он применим только для извлечения галлия из хлоридов, получение которых из ЛГС затруднено. Введение дополнительной операции получения хлоридов существенно повышает стоимость переработки при одновременном снижении эффективности извлечения галлия.

В рамках данной заявки решается задача разработки эффективного способа извлечения галлия из сложных оксидных соединений.

Поставленная задача решается тем, что в способе извлечения галлия из галлийсодержащих материалов, включающем смешивание материалов с алюминием, в качестве исходных материалов используют порошок галлийсодержащего оксида редкоземельных металлов с содержанием галлия не менее 28% мас., а алюминий в виде порошка, при этом смесь порошков оксида с алюминием локально и кратковременно поджигают до начала протекания реакции самопроизвольного высокотемпературного синтеза.

Кроме того, используют порошки галлийсодержащих оксидов редких металлов и алюминия дисперсностью менее 40 мкм., при этом содержание алюминия в смеси порошков составляет 11-15 вес.%

Авторами экспериментально было установлено, что только в рамках заявленных диапазонов концентраций и степени дисперсности порошков решается поставленная задача.

Выбранная степень дисперсности исходных порошков и их количество взаимосвязаны, обеспечивая необходимые реакционные поверхности. В результате локальный и кратковременный поджиг такой смеси порошков, например, в вольтовой дуге, становится достаточным для инициирования самопроизвольного высокотемпературного синтеза.

Сущность способа поясняется примером реализации.

Пример. Для восстановления галлия из отходов лантангаллиевого силиката (ЛГС) используют порошок оксида и алюминия дисперсностью 30 мкм, при этом применяют порошок алюминия марки ПА-4. Смешивают 880 г ЛГС со 120 г алюминиевого порошка. Полученную смесь засыпают в графитовый стакан. Смесь локально и кратковременно нагревают до начала протекания реакции самопроизвольного высокотемпературного синтеза (СВС), при таком нагреве происходит восстановление галлия металлическим алюминием до металла и образование ряда соединений на основе алюминия, кремния и лантана. Время реакции восстановления - 15-30 мин, а остывание до температуры 40-50^oС - в течение 1-2 ч. Полученный материал содержит металлический галлий в виде капель. Восстановленный галлий отделяют от оксидной составляющей путем центрифугирования. Выход металлического галлия составляет 85 вес.%.

В таблице приведены результаты осуществления способа в интервале заявленных параметров и вне их применительно к галлийсодержащим оксидам различных редкоземельных металлов. Содержание оксида галлия в отходах определяется наличием в них примесей, таких, как кремний, алюминий, графит, медь и др.