一种提纯镓的萃取分离方法

1.本发明涉及镓的湿法提取分离领域，具体涉及镓提纯的萃取分离方法。


背景技术：

2.镓及其化合物在半导体领域应用广泛，高纯镓是半导体行业的主要原料，以砷化镓和氮化镓为代表的镓化合物被广泛应用于光学系统、微波通信、高速大规模集成电路、太阳能电池等方面。镓是重要的稀散金属，在自然界中不存在镓的独立矿物，通常伴生于铝土矿、闪锌矿等矿石中，且镓在这些矿石中含量很低。一般采用湿法冶金工艺从这些矿石的浸出液或浸出渣中提取镓。从拜耳法冶炼铝土矿得到的铝酸钠溶液经树脂吸附、萃取、沉淀、电解等工序可以得到粗镓，再经结晶、真空蒸馏、蒸发、电解等工序可以制得高纯镓。
3.在众多的镓提纯技术中，树脂吸附法和溶剂萃取法被认为是最为简单的技术，因而被广泛用于镓的提纯生产实践中。但是，能选择性吸附镓的螯合树脂价格较为昂贵，且树脂吸附法达到吸附平衡的时间很长，实现镓的提纯需要的吸附和解吸的时间都很长。而对镓萃取能力强的萃取剂如羟基喹啉类萃取剂kelex 100只能用于碱性溶液中镓的萃取，且萃取剂水溶性大，易挥发变质，使用寿命短；导致镓的提纯成本较高。


技术实现要素：

4.本发明提供一种经济环保、操作简单的萃取分离方法，通过对常用萃取剂进行复合处理和三步萃取，可以实现镓的提纯，并克服现有萃取分离技术的不足。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种提纯镓的萃取分离方法，包括以下步骤：（1）将粗镓用盐酸、硝酸溶液充分溶解，然后加入第一萃取槽，用碱性-萃取剂进行萃取分离，得到富集了铁、锌、铜、钴等离子的有机相；（2）将步骤（1）所得萃余液送入第二萃取槽，用酸性-碱性复合萃取剂进行第二次萃取，萃取时间为5-10min, 得到富集铝的有机相，用水洗涤有机相；（3）将步骤（2）所得的洗涤液和萃余液混合，送入第三萃取槽，酸性-碱性-煤油复合萃取剂进行第三次萃取，萃取时间为10-30min,，得到富集镓的有机相和含有其他杂质离子的萃余液；（4）用0-2mol/l的盐酸溶液对步骤（2）和步骤（3）所得的有机相进行反萃，分别得到含铝和含高纯镓的溶液，其中含高纯镓的溶液可采用电解或结晶法制备高纯金属镓。
6.在萃取分离方法中，步骤（1）所述的粗镓可以是纯度为97-99.99%的金属镓，也可以是纯度为70-99.99%的镓盐。
7.在萃取分离方法中，步骤（1）-（3）所述的碱性萃取剂是n235或n1923等；步骤（1）-（3）所述的酸性萃取剂是p204、p507、ca12、ca100或c272等。
8.本发明萃取分离方法，具有以下有益的效果：（1）用常用的、价格低廉的酸性萃取剂和碱性萃取剂替代价格较为昂贵且使用寿
命较短的羟基喹啉类萃取剂对含镓原料进行分离提纯，大大降低了镓提纯的成本；（2）本发明萃取分离方法适用于各种纯度（70-99.99%）和各种形态（固态或者液态）的镓原料，适用范围广；（3）本发明萃取分离方法，流程简单；第一步萃取除去铁、锌、铜、钴等杂质，第二步萃取除去铝，第三步富集镓，并将其他杂质留在萃余液中。通常由铝土矿冶炼得到的粗镓中铝含量较高，本发明萃取分离方法，仅通过三步萃取，解决了粗镓中高含量铝的分离难题，实现了镓的提纯。由于萃取设备投资小、萃取过程能耗低，因此，本发明萃取分离方法成本较低。
具体实施方式
9.下面结合实施例对本发明内容进行详细说明，但本发明不限于以下实施例。
实施例1
10.一种提纯镓的萃取分离方法，包括以下步骤：（1）将纯度为99%粗镓用盐酸溶液充分溶解，然后加入第一萃取槽，用组成为20%n235-20%仲辛醇-60%煤油的萃取剂进行萃取分离，萃取时间为5min，得到富集了铁、锌、铜、钴等离子的有机相；（2）将步骤（1）所得萃余液送入第二萃取槽，用组成为20%ca12-25%n235-55%煤油的萃取剂进行第二次萃取，萃取时间为5min，得到富集铝的有机相，用水洗涤有机相；（3）将步骤（2）所得的洗涤液和萃余液混合，送入第三萃取槽，用组成为20%ca12-25%n235-55%煤油的萃取剂进行第三次萃取，萃取时间为30min，得到富集镓的有机相和含有其他杂质离子的萃余液；（4）用水对（2）所得的有机相进行反萃，用0.5mol/l盐酸溶液对步骤（3）所得的有机相进行反萃，分别得到含铝和含高纯镓的溶液，其中高纯镓的溶液中镓的纯度达到99.999%以上，通过电解后，得到纯度为99.9999%以上的金属镓。
实施例2
11.一种提纯镓的萃取分离方法，包括以下步骤：（1）将纯度为80%左右的硝酸镓用硝酸溶液充分溶解，然后加入第一萃取槽，用组成为10%n1923-20%仲辛醇-70%煤油的萃取剂进行萃取分离，萃取时间为5min，得到富集了铁、锌、铜、钴等离子的有机相；（2）将步骤（1）所得萃余液送入第二萃取槽，用组成为30%ca100-20%n235-50%煤油的萃取剂进行第二次萃取，萃取时间为10min, 得到富集铝的有机相，用水洗涤有机相；（3）将步骤（2）所得的洗涤液和萃余液混合，送入第三萃取槽，用组成为30%ca12-20%n235-50%煤油的萃取剂进行第三次萃取，萃取时间为20min，得到富集镓的有机相和含有其他杂质离子的萃余液；（4）用0.5mol/l盐酸溶液对步骤（2）所得的有机相进行反萃，用1mol/l盐酸溶液对步骤（3）所得的有机相进行反萃，分别得到含铝和含高纯镓的溶液，其中高纯镓的溶液中镓的纯度达到99%以上，通过电解后，得到纯度为99.99%以上的金属镓。
实施例3
12.一种提纯镓的萃取分离方法，包括以下步骤：（1）将纯度为97%的氯化镓用盐酸溶液充分溶解，然后加入第一萃取槽，用组成为20%n235-20%仲辛醇-60%煤油的萃取剂进行萃取分离，萃取时间为5min，得到富集了铁、锌、铜、钴等离子的有机相；（2）将步骤（1）所得萃余液送入第二萃取槽，用组成为25%c272-30%n235
‑ꢀ
45%煤油的萃取剂进行第二次萃取，萃取时间为10min，得到富集铝的有机相，用水洗涤有机相；（3）将步骤（2）所得的洗涤液和萃余液混合，送入第三萃取槽，用组成为20%ca100-20%n235-60%煤油的萃取剂进行第三次萃取，萃取时间为25min，得到富集镓的有机相和含有其他杂质离子的萃余液；（4）用1mol/l盐酸溶液对步骤（2）所得的有机相进行反萃，用1.5mol/l盐酸溶液对步骤（3）所得的有机相进行反萃，分别得到含铝和含高纯镓的溶液， 其中高纯镓的溶液中镓的纯度达到99%以上，通过电解后，得到纯度为99.99%以上的金属镓。


技术特征：
1.一种提纯镓的萃取分离方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将粗镓用盐酸或硝酸溶液充分溶解，然后加入第一萃取槽，用碱性萃取剂进行萃取分离，得到富集了铁、锌、铜、钴离子的有机相；（2）将步骤（1）所得萃余液送入第二萃取槽，用酸性-碱性复合萃取剂进行第二次萃取，萃取时间为5-10min，得到富集铝的有机相，用水洗涤有机相；（3）将步骤（2）所得的洗涤液和萃余液混合，送入第三萃取槽，用酸性-碱性复合萃取剂进行第三次萃取，萃取时间为10-30min，得到富集镓的有机相和含有其他杂质离子的萃余液；（4）用0-2mol/l的盐酸溶液对步骤（2）和步骤（3）所得的有机相进行反萃，分别得到含铝和含高纯镓的溶液，其中含高纯镓的溶液采用电解或结晶法制备高纯金属镓。2.根据权利要求1所述的提纯镓的萃取分离方法，其特征在于：步骤（1）所述的粗镓是纯度为97-99.99%的金属镓，或者是纯度为70-99.99%的镓盐。3.根据权利要求1所述的提纯镓的萃取分离方法，其特征在于：步骤（1）-（3）所述的碱性萃取剂是n235或n1923；步骤（1）-（3）所述的酸性萃取剂是ca12、ca100、p204、p507或c272。

技术总结
本发明公开了一种提纯镓的萃取分离方法。该方法先将含镓酸性溶液用碱性萃取剂萃取分离其中的铁、锌、铜、钴等杂质，然后用酸性-碱性复合萃取剂进行第二次萃取，再用水洗涤有机相，以分离铝和其他金属；然后再用酸性-碱性复合萃取剂进行第三次萃取，镓在有机相中得到富集，其他杂质留在萃余液中，对含镓有机相进行反萃，可以得到高纯度镓产品。本发明萃取分离方法，流程简单；仅通过三步萃取，解决了粗镓中高含量铝的分离难题，实现了镓的提纯。由于萃取设备投资小、萃取过程能耗低，因此，本发明萃取分离方法成本较低。取分离方法成本较低。


技术研发人员：刘葵 姚钞夫 苏验 陈亚松 李庆余 王红强
受保护的技术使用者：广西师范大学
技术研发日：2023.08.02
技术公布日：2023/10/15