ПРОИЗВОДСТВО ГАЛЛИЯ НА ГЛИНОЗЕМНОМ ЗАВОДЕ

С.П. Яценко, В.Н. Диев, Г.М. Рубинштейн, Л.А. Пасечник

Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург

Рассеянный элемент галлий обладает уникальными свойствами, нашедшими применение в электронной технике, в прямом преобразовании солнечной энергии в электрическую и в качестве компонента легкоплавких сплавов, припоев, стоматологических составов и др. По прогнозу ведущих фирм мира в ближайшие годы спрос на галлий будет расти. Поэтому  создание производства галлия актуально.

В ИХТТ УрО РАН  разработан электролитический способ получения галлия (патенты №№ 4368108 US, 2464313 Fr., 1158597 Canada,  2127328 (1999) РФ; а.с. СССР №№  343565 (1972), 645351 (1978), 1171793 (1985) и др.), включающий его выделение на твердых катодах из разбавленных оборотных растворов совместно с металлоносителем – цинком, концентрирование галлия и цинка в «богатом» щелочном растворе, выделение из «богатых» растворов цинка с дальнейшим его использованием в процессе и цементационное выделение из «богатых» растворов чернового галлия, близкого по составу к эвтектике. В процессе доводки галлия получали металл чистотой, в основном, 99,999 - 99,9998%.

Способ электрохимического выделения галлия с носителем опробован на растворах глиноземного производства УАЗ, БАЗ, ДАЗ (Украина), ПАЗ (Казахстан), фирмы «Алкан» (Канада), «Балко» (Индия), «Гуанси Пин-Го» (КНР) и показал хорошие перспективы применения. Щелочные алюминатные растворы глиноземного производства позволяют извлекать многие тонны галлия. Технология повышает эффективность производства, позволяет очищать циркулирующие растворы и получать более качественный глинозем.

Технология реализована на Уральском алюминиевом заводе, где наряду с выпуском товарной продукции продолжается совершенствование технологии и аппаратурного оформления.

По контракту с Китайской алюминиевой компанией проведены исследования применимости технологии. Образцы  растворов сильно отличаются от растворов УАЗ, БАЗ, ПАЗ по содержанию щелочи, галлия, ванадия, цинка, органических веществ и по наличию значительных количеств мелкодисперсного (коллоидного) углерода. Отработка оптимальных режимов технологии проводилась как на индивидуальных растворах, так и на их смесях. Даны рекомендации по соотношению,  составу, способам  предварительной обработки растворов при приготовлении рабочего электролита для выделения галлия.

Исследовано на разных растворах влияние плотности тока, межэлектродного расстояния, температуры и времени электролиза на степень извлечения галлия. С учетом тропического варианта реализации технологической схемы, особое внимание было уделено конструкции водоохлаждаемых катодов для поддержания оптимальной температуры электролиза и катодной плотности тока. Среднее извлечение галлия за 5-6 часов электролиза составляет  35-45%. Остаточная концентрация цинка при этом достигает исходного содержания в растворах глиноземного производства  (≤0,03 г/дм³).

 Предложена конструкция промышленного электролизера на силу тока 12кА с автоматизированным управлением и контролем технологических процессов.

С учетом специфики состава растворов (большое содержание соды) определены оптимальные условия проведения процесса реактивной карбонизации для выделения оборотного оксида цинка из богатых галлатно-цинкатных растворов. Процесс цементационного восстановления галлия при получении чернового металла может быть осложнен выделением коллоидного углерода на поверхности и в объеме металла, что обусловлено значительным расходом извести, получаемой обжигом известняка. Предложены технологические приемы очистки чернового галлия от примеси углерода. Определены оптимальные условия проведения процесса цементации. Расход алюминия составляет 1 кг на 1 кг извлеченного галлия. Внесены существенные изменения в процесс доводки чернового металла до товарной кондиции в стадии отмывки и доокисления примесей, стадийной фильтрации жидкого галлия, кислотной и вакуумтермической обработки.

Выдан технологический регламент по проектированию и созданию галлиевого производства в Гуансийской алюминиевой компании Пин-Го, на основании которого в 2002 г. компания «Aluminium of China Ltd, GuangXi Branch» спроектировала, построила и запустила на полную мощность цех галлия.

Производимый товарный галлий соответствует марке 5N (99,9998).
 

19.07.05