logo
Лекции по МРМ

3.3.14. Способы получения металлического галлия

Галлиевые концентраты растворяют в щелочи и получают растворы с концентрацией галлия 5 – 100 г/л, Al2O3 70 – 150 г/л, Na2O 100 – 120 г/л.

Из бедных растворов галлий выделяют цементацией на галламе алюминия.

Из богатых растворов галлий можно выделить как цементацией, так и электролизом.

Электролитический процесс выделения галлия из щелочных растворов в общем виде выражается реакциями:

[Ga(OH)4]- -e = Ga + 2 H2O + O2 (3.28)

2 H2O + 2e = H2 + 2 OH- (3.29)

Потенциалы выделения галлия и водорода близки. Соотношением степени протекания первого и второго процесса определяется выход галлия по току. Смещение потенциала галлия в отрицательную сторону с ростом щелочности раствора ведет к снижению доли тока, затрачиваемого на выделение галлия и, соответственно, к возрастанию доли тока, затрачиваемого на выделение водорода. Для повышения выхода галлия по току растворы должны содержать минимальное количество щелочи.

С повышением концентрации галлия в растворе выход по току возрастает вследствие смещения потенциала в положительную сторону.

С ростом катодной плотности тока скорость выделения водорода возрастает в большей степени, чем галлия, поэтому выбирают оптимальную плотность тока, при которой обеспечивается необходимая скорость выделения галлия.

Процесс проводят при 60-70 oС, iкат = 0,3 – 1,5 А/см2 (iан в 3 – 10 раз < iкат), при этом выход по току для галлия 30 – 60 %, извлечение галлия в раствор 97 – 98 %.

Электролиз ведут в прямоугольных металлических ваннах, выложенных винипластом, катоды – пластины из нержавеющей стали, аноды – пластины из нержавеющей стали или никеля, расстояние между ними 2 - 4 см. Ванны имеют уклон (рис. 3.7). Галлий выделяющийся на катоде, стекает на дно ванны и периодически выпускается.

Рис. 3.7 – Схема электролизера для электролитического выделения галлия из щелочных растворов

Примеси Zn, Cu, Fe, Sn, Pb осаждаются вместе с галлием. Кремний и алюминий переходят в металл в малой степени. Примеси VO3- и MoO42- восстанавливаются до низших оксидов, образующих налет на катоде, что тормозит электролиз. Полученный галлий подвергают очистке от примесей – рафинированию.