專利名稱：一種從電塵灰真空富集稀散金屬鎵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從電塵灰真空富集稀散金屬鎵的方法，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎵是一種重要的稀散金屬，其砷化物、磷化物、氮化物是重要的半導(dǎo)體化合物，廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)及其它高科技領(lǐng)域如集成電路、信息存儲、微波器件、激光器件、遠(yuǎn)程通訊、太陽能電池以及特殊合金等領(lǐng)域，已成為高科技產(chǎn)業(yè)的支撐材料。隨著高科技的飛速發(fā)展，被譽(yù)為“電子金屬”的鎵的需求量不斷增長，尋求鎵的新資源，發(fā)展從中提取鎵的相關(guān)技術(shù)，具有重要的意義。鎵很少形成具有工業(yè)價值的獨立礦床，而常以同晶型的雜質(zhì)狀態(tài)分散于鋁土礦、閃鋅礦、煤和磷灰石中，鎵在這些礦石中的含量非常低(介于0. 001% 0. 008%), 試圖以提取鎵而處理這些礦石是不經(jīng)濟(jì)的，因此，迄今為止，鎵主要從其它金屬生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品中回收，其中從生產(chǎn)氧化鋁的循環(huán)液中回收的鎵約占其總產(chǎn)量90%，從濕法煉鋅渣中回收的鎵約占其總產(chǎn)量的10%。鎵的需求量的增長要求不斷增加鎵的產(chǎn)量，現(xiàn)有副產(chǎn)品回收鎵受氧化鋁和鋅生產(chǎn)的限制，需要尋求新的鎵的資源。磷酸鹽礦和煤礦作為鎵的最大潛在資源，據(jù)估計可回收鎵的總量超過鋁土礦中的可提取量。磷灰石在電爐中還原熔煉生產(chǎn)時，原料中的鎵在靜電除塵器收集的煙塵中最高可富集到0. 05%，從而使黃磷電塵灰成為鎵的新資源。黃磷電塵灰是大型磷爐制磷的副產(chǎn)物。在電爐法黃磷的生產(chǎn)過程中，磷礦石中的元素磷在磷爐中被還原為磷蒸汽逸出，經(jīng)靜電除塵后冷凝，其中鎵富集于靜電除塵器收集的粉塵中。現(xiàn)有的從電塵灰及相關(guān)含鎵物料中回收鎵的技術(shù)主要以濕法為主，輔以煙化揮發(fā)，萃取，電解等過程，存在工藝流程長，流程復(fù)雜，鎵直收率低等問題，且能耗高，成本高， 工程中產(chǎn)生廢氣，廢水，廢渣，對環(huán)境污染大。我國作為世界黃磷生產(chǎn)第三大國，每年生產(chǎn)黃磷70萬噸以上，因此，開展黃磷電塵灰回收鎵的研究工作，不但有利于降低黃磷生產(chǎn)成本， 為企業(yè)創(chuàng)造良好的效益，而且對國防工業(yè)、航天航空等高科技產(chǎn)業(yè)具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種從電塵灰中富集稀散金屬鎵的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中回收稀散金屬鎵工藝流程冗長、能耗高、成本高的不足，這是一種冶煉過程簡單、可靠易行、 環(huán)境友好的從電塵灰中高效富集稀散金屬鎵的方法。本發(fā)明方法通過如下具體技術(shù)方案實現(xiàn) (1)研磨預(yù)處理
由于原料長期堆放，自然結(jié)塊，因此首先將原料電塵灰進(jìn)行研磨預(yù)處理，恢復(fù)其原有物理狀態(tài)，研磨后粒度為2 10Mm。(2)配料
將研磨后電塵灰物料與還原劑(市售活性碳粉或固定碳大于70%的粉煤)按質(zhì)量比3 10:1混合均勻。
(3)造球
將所配物料加入造球機(jī)進(jìn)行造球，得到粒度均勻的球形物料，堆放自然晾干M 48h。(4)真空揮發(fā)富集
將球形物料置于真空爐內(nèi)進(jìn)行真空還原揮發(fā)處理，收集冷凝物，即得富含稀散金屬鎵的冷凝產(chǎn)物。本發(fā)明中所述還原劑為市售活性碳粉或固定碳大于70%的粉煤。本發(fā)明中所述混合物造球時，控制加入水量為物料質(zhì)量的5% 20%，得到粒度均勻，粒徑2 5mm的球形物料。本發(fā)明中所述將球形物料放入真空爐中，加蓋密封后開始抽真空，同時通入冷卻水，真空度達(dá)到15 30 時開始緩慢升溫，控制溫度在800 1000°C范圍內(nèi)，保溫50 SOmin后，開始降溫，溫度降至室溫狀態(tài)后，打開爐蓋，收集冷凝物和殘留物。經(jīng)檢測，所獲得冷凝物為高含量富集稀散金屬鎵物料(富集倍數(shù)達(dá)10 13 倍)，可作為后續(xù)工藝提取稀散金屬鎵的重要原料，殘留物中稀散金屬鎵含量幾乎為0
0. 0005%)，冷凝產(chǎn)物可采用常規(guī)濕法冶金工藝浸出處理獲得電解液，最后通過電解得到金屬鎵產(chǎn)品，且后續(xù)提稼工藝較現(xiàn)行提稼工藝簡單，流程短，可省略還原狗3+、萃取和反萃取等工序。本發(fā)明方法中步驟(1)為物理預(yù)處理步驟，步驟(2)所添加的還原劑來源廣泛，價格低廉，步驟(3)過程無需額外添加粘合劑，造球過程中加入自來水操作，無粉塵污染，步驟 (4)屬于清潔冶金生產(chǎn)工藝，低溫操作，能耗低，真空狀態(tài)下完成，無“三廢”產(chǎn)生，不污染環(huán)
^Mi ο與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
(1)真空富集效果良好。控制適當(dāng)?shù)臈l件，可以把電塵灰中的鎵含量提高10 13倍。(2)稀散金屬鎵回收率高，直收率在92%以上。(3)適用范圍廣。本方法可適用于黃磷電塵灰、含鎵電塵灰、含鎵粉煤灰等多種含鎵物料。(4)環(huán)境友好，無環(huán)境污染，能耗低。(5)流程短，操作簡單，原料、輔料易于供應(yīng)。( 6 )產(chǎn)品附加值高，生產(chǎn)成本低。本方法為后續(xù)提取鎵采用節(jié)能、減排、降耗及減污的生產(chǎn)工藝奠定堅實的基礎(chǔ)，不但有利于降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)創(chuàng)造良好的效益，此外，殘留物可用作建筑等工程材料提高企業(yè)資源綜合利用率，而且對國防工業(yè)、航天航空等高科技產(chǎn)業(yè)具有重要的意義。


圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實施例方式實驗所用原料為云南三家黃磷廠黃磷生產(chǎn)過程中收集的電塵灰，其成分如表1所
7J\ ο表1 黃磷電塵灰的組分
權(quán)利要求
1.一種從電塵灰中富集稀散金屬鎵的方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行(1)將原料電塵灰研磨至粒度為2 IOMm；(2)將研磨后電塵灰與還原劑按質(zhì)量比3 10:1混合均勻；(3)將混合物進(jìn)行造球處理，得到的球形物料自然晾干24h 48h；(4)將球形物料置于真空爐內(nèi)進(jìn)行真空還原揮發(fā)處理，收集冷凝物，即得富含稀散金屬鎵的冷凝產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從電塵灰中富集稀散金屬鎵的方法，其特征在于還原劑為活性碳粉或固定碳大于70%的粉煤。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從電塵灰中富集稀散金屬鎵的方法，其特征在于混合物造球時，自來水添加量為物料質(zhì)量的5% 20%，得到粒度均勻、粒徑2 5mm的球形物料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從電塵灰中富集稀散金屬鎵的方法，其特征在于真空還原揮發(fā)處理時，密封后抽真空，同時通入冷卻水，真空度達(dá)到15 30 時開始升溫，在溫度為 800 1000°C下保溫50 80min后，降溫至室溫，收集冷凝物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從電塵灰中富集稀散金屬鎵的方法，首先將原料進(jìn)行研磨，研磨后電塵灰與還原劑混合均勻，然后將混合料進(jìn)行造球處理，球形物料經(jīng)自然晾干后置于真空爐中，在真空條件下進(jìn)行真空還原揮發(fā)處理，獲得產(chǎn)物冷凝物和殘留物，冷凝物即為鎵富集產(chǎn)物，富集倍數(shù)達(dá)10～13倍，金屬鎵直收率可達(dá)92%以上，冷凝產(chǎn)物可作為后續(xù)提鎵工藝的高品質(zhì)原料，殘留物可作建筑材料使用，本發(fā)明方法無廢氣、廢水的產(chǎn)生，環(huán)境友好，能耗低，使用范圍廣。
文檔編號C22B5/16GK102417990SQ20111043363
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者周陽, 戴永年, 曹毅臣, 楊斌, 梅毅, 秦博, 謝克強(qiáng), 馬文會, 魏奎先, 龍萍 申請人:昆明理工大學(xué)