专利名称：超高纯金属镓的制备方法
技术领域：
本发明涉及超高纯金属镓的制备方法。
背景技术：
现有技术中由99.99％的粗金属镓提纯制备6N-7N(99.9999～99.99999％)的高纯金属镓是用电解精炼、真空蒸馏、结晶以及熔炼拉晶等方法中的一种或几种组合进行的，例如，申请号为85102460的中国发明专利就公开了一种“电解—结晶联合法生产纯镓”。在其中，首先使用电解法，以熔融状的99.99％的镓作阳极，以熔融状的精制镓为阴极进行电解，在阴极得到6N纯度的金属镓，然后，再对阴极镓进行结晶分离，最后得到7N纯度的金属镓。上述方法有以下不足，首先，在电解中阳极和阴极均为熔融状态，这就使得实际操作不易控制，且所使用的制备设备结构也比较复杂，其工业可实施性变差。结晶法的缺点是设备投资大，操作条件控制苛刻。
发明内容
本发明的目的在于解决金属镓提纯过程中操作复杂、工业化实施困难的问题，提供一种设备简单、便于操作、有利于工业化生产的超高纯金属镓的制备方法。
本发明的目的是这样实现的超高纯金属镓的制备方法包括两个过程低温电解提纯和区域熔炼提纯。
在低温电解提纯过程中，以99.99％的镓为阳极，以精制镓为阴极，所述阳极和阴极均处于固体状态；以NaOH和NaCl混合液作电解液，电解设备中的温度始终控制在0～15℃，通过直流电，控制电流密度在0.2～0.05A/cm2，电解槽的槽电压为2.0～3.0V，电解液中NaOH的浓度为30～150g/L，NaCl的浓度为10～80g/L，Ga的浓度为20～100g/L。
经过一次电化学反应，在阴极析出的金属镓可达5N水平。
以上过程重复一次，在阴极析出的金属镓可达6N水平。
由于金属镓的熔点为29.93℃，在上述电解操作时，电解槽的温度控制在0～15℃之间，所以阳极和阴极均为固态而非熔融状，这样，就可以使电解设备结构大大简化，电解操作控制也比较方便，设备投资大大减小，直收率大大提高。
接着，将阴极得到的金属镓进行区域熔炼提纯将阴极镓置于一管式炉中，在管式炉外装置的加热环上通入电流2000～10000A、电压10～36V、频率10000Hz的高频电，使加热环发出热量，然后使该加热环以1cm/hr～3cm/hr的速度从管式炉的一端向另一端移动。该移动过程重复进行2～10次。
99.99％的粗金属镓中含有的金属杂质一般有Ca、Na、Mg、Al、Fe、Co、Ni、Pb、Cu、Ag、Zn和Si等，根据各种杂质与金属镓的电位差的大小可知，在电解过程中大部分杂质均可被除去，但Zn、Si等杂质由于与镓的电位差较小，则会较多地留在阴极镓中，而在区域熔炼中由于Zn、Si等杂质的熔点均大于金属镓，在管式炉中，加热环所到之处，一个区域内的物料熔化，镓首先熔化，固相和液相中金属镓和杂质重新分配，因此，经过区域熔炼，管式炉中的镓中的Zn、Si等杂质可富集到管式炉中物料的一端，而在另一端即可获得超高纯金属镓。
本发明提供的超高纯金属镓的制备方法中，通过低温电解和区域熔炼的联合，可以获得99.99999％～99.9999999％(7N～9N)的高纯金属镓，更重要的是，由于采用了低温电解，可使阳极和阴极处于固体状态，这可使镓提纯的电解设备结构变得简单，电解操作也方便和易于控制。而区域熔炼同蒸馏、结晶等方法比优点是设备投资小，操作环境易解决。同样生产产量下，本发明的工艺所用设备的投资仅是现有技术设备投资的1/5以下。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明提供的方法进行详细描述。
要提纯的粗镓中所含有的杂质见表1。
在电解槽中加入电解液，其中NaOH的浓度为50g/L，NaCl的浓度为30g/L，用2000克99.99％的粗金属镓做阳极，用300克7N纯度的精制镓做阴极，阳极和阴极与直流电路电连接，控制电流密度为0.2A/cm2，测得槽电压为2.3V，电解槽的温度控制在3-5℃，电解液中Ga3+的浓度为30g/L。电解200小时后，阴极电解出1750g阴极镓，其纯度可达5N以上。一次电解得到的精制镓的含杂质情况见表1。
将阴极析出的阴极镓制成阳极，重复上述过程一次，电解200小时后，阴极电解出1400g阴极镓，其纯度可达6N。二次电解得到的精制镓的含杂质情况见表1。
将阴极镓置入区域熔炼的管式炉中，将阴极镓置于一管式炉中，在管式炉外装置的加热环上通入电流5000A、电压24V、频率10000Hz的高频电，使加热环发出热量，然后使该加热环以1.5cm/hr的速度从管式炉的一端向另一端移动。该移动过程重复进行3次。即可在管式炉的一端获得7N纯度的超高纯金属镓。三次区域熔炼得到的精制镓的含杂质情况见表1。
该移动过程重复6次，可得到8N纯度的超高纯金属镓。六次区域熔炼得到的精制镓的含杂质情况见表1。
表1 粗镓以及各个提纯阶段杂质分布情况
权利要求
1.一种超高纯金属镓的制备方法，其特征是包括两个过程低温电解提纯和区域熔炼提纯在低温电解提纯过程中，以99.99％的镓为阳极，以精制镓为阴极，所述阳极和阴极均处于固体状态；以NaOH和NaCl混合液作电解液，电解设备中的温度始终控制在0～15℃，通直流电，控制电流密度在0.2～0.05A/cm2，电解槽的槽电压为2.0～3.0V，电解液中NaOH的浓度为30～150g/L，NaCl的浓度为10～80g/L，Ga的浓度为20～100g/L；经过一次电化学反应，将阴极析出的金属镓制成阳极，并以精制镓为阴极，再重复上述电解过程一次；接着，将阴极得到的金属镓进行区域熔炼提纯将阴极镓置于一管式炉中，在管式炉外装置的加热环上通入电流2000～10000A、电压10～36V、频率10000Hz的高频电，使加热环发出热量，然后使该加热环以1cm/hr～3cm/hr的速度从管式炉的一端向另一端移动；该移动过程重复进行2～10次。
全文摘要
本发明提供一种超高纯金属镓的制备方法，其包括低温电解提纯和区域熔炼提纯两个过程，电解在0～15℃的低温下进行，通直流电，电流密度在0.2～0.05A/cm
文档编号C25C1/00GK1619018SQ200310115208
公开日2005年5月25日 申请日期2003年11月21日 优先权日2003年11月21日
发明者许开华, 郭学益 申请人:深圳市格林美高新技术有限公司, 中南大学