RU2241052C2 - Method for recovery of gallium from powder waste materials - Google Patents
Method for recovery of gallium from powder waste materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2241052C2 RU2241052C2 RU2003102995A RU2003102995A RU2241052C2 RU 2241052 C2 RU2241052 C2 RU 2241052C2 RU 2003102995 A RU2003102995 A RU 2003102995A RU 2003102995 A RU2003102995 A RU 2003102995A RU 2241052 C2 RU2241052 C2 RU 2241052C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gallium
- anode
- recovery
- decomposition
- waste
- Prior art date
Links
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 title abstract description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title abstract 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 9
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000009854 hydrometallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- FZHLWVUAICIIPW-UHFFFAOYSA-M sodium gallate Chemical compound [Na+].OC1=CC(C([O-])=O)=CC(O)=C1O FZHLWVUAICIIPW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- IKWTVSLWAPBBKU-UHFFFAOYSA-N a1010_sial Chemical compound O=[As]O[As]=O IKWTVSLWAPBBKU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001495 arsenic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910000413 arsenic oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960002594 arsenic trioxide Drugs 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 229940093920 gynecological arsenic compound Drugs 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам извлечения галлия из отходов полупроводникового производства и может быть использовано в электронной промышленности, цветной металлургии и других отраслях, занимающихся переработкой галлийсодержащего сырья.The invention relates to methods for extracting gallium from waste semiconductor production and can be used in the electronics industry, non-ferrous metallurgy and other industries involved in the processing of gallium-containing raw materials.
Наиболее близким по технической сущности является способ извлечения галлия методом окисления (О.Е. Крейн. Отходы рассеянных редких металлов. М.: Металлургия, 1985 г., с. 46-47). По этому способу производят окисление порошка арсенида галлия при нагреве кислородом или воздухом. Реакция начинается уже при 300-400° С, наиболее полно проходит при 1000° С. В результате окисления образующийся оксид мышьяка возгоняют, а оксид галлия спекают с содой, выщелачивают образующийся галлат натрия и электрохимически выделяют галлий.The closest in technical essence is the method of extraction of gallium by the oxidation method (O.E. Krein. Wastes of dispersed rare metals. M: Metallurgy, 1985, S. 46-47). According to this method, gallium arsenide powder is oxidized when heated with oxygen or air. The reaction begins already at 300-400 ° C, most fully occurs at 1000 ° C. As a result of oxidation, arsenic oxide is sublimated, and gallium oxide is sintered with soda, the formed sodium gallate is leached and gallium is electrochemically isolated.
Основными недостатками способа являются низкая степень извлечения галлия, потому что, как и в способе аналоге, происходит экранирование продуктами реакции - оксидом галлия Gа2О3, образующимся на поверхности исходных отходов, также способ состоит из большого количества технологических операций и на каждой возможны потери.The main disadvantages of the method are the low degree of gallium extraction, because, as in the analogue method, screening occurs with the reaction products - gallium oxide Ga 2 O 3 formed on the surface of the initial waste, the method also consists of a large number of technological operations and losses are possible for each.
Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение степени извлечения галлия и снижение количества технологических операций.The technical result of the present invention is to increase the degree of extraction of gallium and reduce the number of technological operations.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, достигается тем, что в способе извлечения галлия из галлийсодержащих порошкообразных отходов, включающем разложение отходов в присутствии окислителя и электрохимическое выделение галлия на катоде, извлечение ведут в электролизере с анодной и катодной секциями при разложении отходов в анодной секции в водном растворе сильного основания в присутствии в качестве окислителя атомарного кислорода, выделяющегося на аноде при анодной плотности тока 0,2≤ Да≤ 1 А/см2.The technical result provided by the invention is achieved by the fact that in the method for extracting gallium from gallium-containing powdery waste, including decomposition of waste in the presence of an oxidizing agent and electrochemical isolation of gallium at the cathode, the extraction is carried out in an electrolyzer with anode and cathode sections during decomposition of waste in the anode section in an aqueous solution strong base in the presence of atomic oxygen as an oxidizing agent released on the anode at an anode current density of 0.2 ≤ D a ≤ 1 A / cm 2 .
Увеличение степени извлечения галлия достигается благодаря тому, что окисление исходного сырья происходит атомарным кислородом, образующимся в начальный момент при электрохимической реакции разложения воды в анодной секции, который, как известно, является более сильным окислителем по сравнению с молекулярным кислородом. Далее продукты реакции, содержащие галлий, постоянно выводятся из зоны разложения - анодной секции в катодную секцию, где происходит восстановление галлия до металла. Поэтому не происходит экранирование исходного сырья продуктами реакции. При анодной плотности Да<0,2 А/см2 окисление порошков происходит в режиме электрохимического травления поверхности, прекращается выделение кислорода на аноде. Это резко снижает производительность процесса, т.к. электропроводность полупроводников значительно меньше, чем у металлов. При Да>1 А/см2 происходит повышение температуры электролита до температуры кипения, что приводит к его быстрому испарению и расстраиванию процесса окисления порошкообразных отходов.An increase in the degree of gallium extraction is achieved due to the fact that the oxidation of the feedstock occurs with atomic oxygen, which is formed at the initial moment during the electrochemical decomposition of water in the anode section, which is known to be a stronger oxidizing agent compared to molecular oxygen. Further, reaction products containing gallium are constantly removed from the decomposition zone — the anode section to the cathode section, where gallium is reduced to metal. Therefore, screening of the feedstock by reaction products does not occur. At anodic current density D a <0.2 A / cm 2 oxidation of the powders takes place in the electrochemical surface etching operation is terminated oxygen evolution at the anode. This dramatically reduces the performance of the process, because the electrical conductivity of semiconductors is much less than that of metals. When D a > 1 A / cm 2 there is an increase in the temperature of the electrolyte to the boiling point, which leads to its rapid evaporation and upsetting the process of oxidation of powdered waste.
Снижение количества технологических операций достигается благодаря тому, что при стадиях процесса: окисление отходов, перевод галлия в галлат натрия электрохимическое выделение галлия происходит при выполнении только одной технологической операции.The reduction in the number of technological operations is achieved due to the fact that during the stages of the process: waste oxidation, conversion of gallium to sodium gallate, electrochemical gallium evolution occurs when only one technological operation is performed.
Пример конкретного выполнения способа.An example of a specific implementation of the method.
В анодную секцию электролизера загружают предварительно взвешенные порошкообразные отходы резки пластин арсенида галлия в количестве два килограмма с известным содержанием в них галлия, затем электролизер заполняют водным раствором сильного основания (например, 20% водным раствором гидроксида натрия). Катодную и анодную секции разделяют диафрагмой, чтобы исключить попадание мелкодисперсного порошка из зоны разложения (анодная секция) в катодную секцию, где происходит восстановление галлия из раствора в виде металла. В качестве катода используется расплав галлия, анод выполнен, например, из никеля, его конструкция обеспечивает максимальную площадь контакта с находящимися в электролите отходами. После этого включается электропитание электролизера. Устанавливается анодная плотность тока Да=0,6 А/см2. Остальные технологические параметры процесса (плотность катодного тока, температура процесса) выбирают таким образом, чтобы обеспечить максимальную степень извлечения галлия. В ходе процесса в анодной секции происходит разложение отходов за счет их окисления атомарным кислородом, галлий и мышьяк переходят в растворимые соединения, проникают через диафрагму в катодную секцию, где происходит восстановление галлия до металла, соединения мышьяка остаются в растворе и не мешают восстановлению галлия до металла. Процесс заканчивается, когда все порошкообразные отходы разложатся, о чем свидетельствует осветление электролита в анодной области. После окончания процесса производят выгрузку металлического галлия из катодной секции, взвешивают его и определяют степень извлечения.Two kilograms of gallium arsenide wafers with a known content of gallium are loaded into the anode section of the electrolytic cell, then the cell is filled with an aqueous solution of a strong base (for example, 20% aqueous sodium hydroxide solution). The cathode and anode sections are separated by a diaphragm to prevent fine powder from the decomposition zone (anode section) from entering the cathode section, where gallium is reduced from a solution in the form of a metal. A gallium melt is used as a cathode, the anode is made, for example, of nickel, its design provides a maximum contact area with the waste contained in the electrolyte. After that, the power supply of the electrolyzer is turned on. Set the anode current density D a = 0.6 A / cm 2 . The remaining technological parameters of the process (cathode current density, process temperature) are chosen in such a way as to ensure the maximum degree of gallium extraction. During the process, waste decomposition occurs in the anode section due to its oxidation by atomic oxygen, gallium and arsenic pass into soluble compounds, penetrate the cathode section through the diaphragm, where gallium is reduced to metal, arsenic compounds remain in solution and do not interfere with the reduction of gallium to metal . The process ends when all the powdery waste decomposes, as evidenced by the clarification of the electrolyte in the anode region. After the process is completed, the metal gallium is unloaded from the cathode section, it is weighed and the degree of extraction is determined.
Остальные примеры на граничные условия приведены в таблице. Зависимость степени извлечения галлия от анодной плотности тока.Other examples of the boundary conditions are given in the table. Dependence of the degree of gallium extraction on the anode current density.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003102995A RU2241052C2 (en) | 2003-02-04 | 2003-02-04 | Method for recovery of gallium from powder waste materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003102995A RU2241052C2 (en) | 2003-02-04 | 2003-02-04 | Method for recovery of gallium from powder waste materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003102995A RU2003102995A (en) | 2004-08-27 |
| RU2241052C2 true RU2241052C2 (en) | 2004-11-27 |
Family
ID=34310355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003102995A RU2241052C2 (en) | 2003-02-04 | 2003-02-04 | Method for recovery of gallium from powder waste materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2241052C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2336351C2 (en) * | 2006-11-24 | 2008-10-20 | Открытое акционерное общество "РУСАЛ Всероссийский Алюминиево-магниевый Институт" | Method of extracting gallium from metal wastes of aluminium electrolytic refining |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4094753A (en) * | 1977-06-01 | 1978-06-13 | Cominco Ltd. | Recovery of gallium from gallium compounds |
| US4812167A (en) * | 1987-04-24 | 1989-03-14 | Chiyoda Corporation | Process for recovering metallic gallium from gallium compound-containing waste |
| RU2037547C1 (en) * | 1990-06-21 | 1995-06-19 | Уральский государственный технический университет | Method to extract gallium from gallium-containing slimes |
-
2003
- 2003-02-04 RU RU2003102995A patent/RU2241052C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4094753A (en) * | 1977-06-01 | 1978-06-13 | Cominco Ltd. | Recovery of gallium from gallium compounds |
| US4812167A (en) * | 1987-04-24 | 1989-03-14 | Chiyoda Corporation | Process for recovering metallic gallium from gallium compound-containing waste |
| RU2037547C1 (en) * | 1990-06-21 | 1995-06-19 | Уральский государственный технический университет | Method to extract gallium from gallium-containing slimes |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КРЕЙН О.Е. Отходы рассеянных редких металлов. - М.: Металлургия, 1985, с. 46 и 47. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2336351C2 (en) * | 2006-11-24 | 2008-10-20 | Открытое акционерное общество "РУСАЛ Всероссийский Алюминиево-магниевый Институт" | Method of extracting gallium from metal wastes of aluminium electrolytic refining |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6171363B1 (en) | Method for producing tantallum/niobium metal powders by the reduction of their oxides with gaseous magnesium | |
| US11261532B2 (en) | Method and apparatus for electrolytic reduction of a feedstock comprising oxygen and a first metal | |
| JP5080704B2 (en) | Removal of oxygen from metal oxides and solid solutions by electrolysis in molten salt | |
| KR20230044244A (en) | Methods for recovering cobalt ions, nickel ions and manganese ions from metal-bearing residues | |
| CA2574863A1 (en) | System and method for producing copper powder by electrowinning in a flow-through electrowinning cell | |
| JP5262627B2 (en) | Method for recovering nickel concentrate from used nickel metal hydride batteries | |
| Martínez-Gómez et al. | A phenomenological study of the electro-assisted reductive leaching of chalcopyrite | |
| RU2241052C2 (en) | Method for recovery of gallium from powder waste materials | |
| KR101396918B1 (en) | Cobalt laeching solution for cobalt containing wastes and recycling method for cobalt using the same | |
| US4140597A (en) | Method of recovering the component metals from sintered metal carbides | |
| JP3485208B2 (en) | Method for recovering active ingredient from nickel-hydrogen storage alloy secondary battery | |
| US3337336A (en) | Addition agents for sintering purposes | |
| EP0620607B1 (en) | Method for electrolytical processing of used batteries | |
| US6440279B1 (en) | Chemical milling process for inert anodes | |
| WO2019056837A1 (en) | Clean extraction method for metal silver | |
| KR102523269B1 (en) | Method for leaching vanadium through multi-stage roasting-leaching of vanadium ore | |
| JP4511498B2 (en) | Method for producing tantalum or niobium powder for capacitors | |
| US20070295609A1 (en) | Method for preparing tantalum or niobium powders used for manufacturing capacitors | |
| KR102201781B1 (en) | Selectively leaching method of copper from chalcopyrite | |
| JP3700564B2 (en) | Method for recovering mixed rare earth metals from scrap | |
| Dimitrijević et al. | Recycling of silver-plated brass for production of high purity copper and ultrafine silver powder for electric contacts | |
| RU2618050C1 (en) | Processing method of copper anode slime | |
| JP7205275B2 (en) | Gallium recovery method | |
| RU2280086C2 (en) | Refined silver producing method | |
| CN110938754A (en) | Gallium recovery method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070205 |