[發明專利]一種濕法化學-電化學組合精煉制備高純鎵的方法

有效

• 申請號: 201910547350.2
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110344081B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 王明涌;王志;周春月
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C25C1/22
• 分類號: C25C1/22;C25B1/14;C22B58/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種濕法化學?電化學組合精煉制備高純鎵的方法，包括以下步驟：先進行電化學造液，在陰極電流密度下進行預電解，制備獲得50?100 g/L鎵酸鈉溶液，作為鎵電解精煉用電解液；進行化學洗，然后采用高純水逐步稀釋酸，并清洗5?15次，獲得電解精煉用陽極鎵；鉑片為陰極，進行電解精煉，在陰極區獲得提純鎵；進行二段化學洗，然后用高純水逐步稀釋清洗5?12次，獲得7N鎵。本發明優點是，粗鎵提純過程采用全濕法工藝，設備簡單，投資小，操作容易；鎵精煉工藝周期短、鎵損失率小、成本低。

技術領域

本發明涉及材料制備領域，特別涉及一種超高純金屬鎵濕法制備方法。

背景技術

鎵(Ga)是一種與鋁同族熔點僅為29.8℃的稀散金屬，以氮化鎵、砷化鎵的形式在半導體領域已得到廣泛應用。近年來，隨著新能源、3D打印、柔性器件、LED、5G通信等高新技術產業的快速發展，對金屬鎵的需求日益增加，特別是急需高純金屬鎵產品。目前，金屬鎵主要是從鋁土礦生產氧化鋁過程的循環母液中提出，通過離子交換富集和電積組合工藝，可以獲得99.99％的粗鎵。然而，為了滿足高新技術產業發展要求，必須對粗鎵進行精煉提純，獲得高純金屬鎵。

目前，高純金屬鎵(99.9999％)的制備基本是通過濕法和火法多工藝結合。許開華等(200310115208.X)提出了一種低溫電解和區域熔煉組合提純制備高純鎵的方法，但區域熔煉設備復雜，操作工藝苛刻，且提純周期長；王嶺等(四川有色金屬,2000,3:8-11)確立了一種化學處理、電解精煉、真空蒸餾、拉單晶的高純鎵生產工藝，同樣存在周期長、生產效率低、設備和工藝要求苛刻、成本高等問題。

鑒于此，開發一種操作簡單、周期短、成本低的高純金屬鎵制備方法，具有重要的意義，將有望推動鎵及其應用產業的快速發展。

發明內容

本發明目的是提供一種濕法化學-電化學組合精煉制備高純鎵的方法，具有設備簡單、操作容易、提純周期短和成本低的特點。

為實現上述目的，本發明提供以下技術方案：

一種濕法化學-電化學組合精煉制備高純鎵的方法，其特征在于包括以下步驟：

(a)電化學造液：在5-20％優級純NaOH溶液中，30-50℃下，以99.99％粗鎵為陽極，在0.05-1A/cm²陽極電流密度下進行電化學造液，進一步在陰極電流密度下進行預電解，制備獲得50-100g/L鎵酸鈉溶液，作為鎵電解精煉用電解液；

(b)一段化學洗：以99.99％粗鎵為原料，采用0.1-0.8N優級純酸在30-50℃下進行一段化學洗，時間2-30分鐘，然后采用高純水逐步稀釋酸，并清洗5-15次，至溶液顏色由黑色至澄清，獲得電解精煉用5N陽極鎵；

(c)電解精煉：以步驟(a)的溶液為電解液，步驟(b)獲得5N鎵為陽極，鉑片為陰極，進行電解精煉，溫度30-50℃，陰極電流密度0.01-0.1A/cm²，陽極鎵攪拌速率100-400rpm，在陰極區獲得6N鎵；

(d)二段化學洗：以步驟(c)獲得的6N鎵為原料，采用0.05-0.5N優級純酸在30-40℃下進行二段化學洗，時間2-10分鐘，然后采用高純水逐步稀釋，并清洗5-12次，獲得7N鎵。

所述電化學造液，溶液NaOH含量優選8-15％，陽極電流密度優選0.1-0.5A/cm²，預電解陰極電流密度0.4-0.8A/cm²；

所述優級純酸為鹽酸、硝酸、氫氟酸、磷酸中的一種或兩種；

所述一段化學洗，優級純酸濃度優選0.3-0.6N，時間優選3-10分鐘，清洗次數優選8-10次；