富集-電解法回收氧化鋁循環(huán)母液中鎵的電流效率及雜質(zhì)影響問題研究.pdf

1、鎵及其化合物是半導(dǎo)體工業(yè)的重要原料。鎵資源稀散，目前主要生產(chǎn)途徑是從氧化鋁生產(chǎn)循環(huán)母液中富集回收得到富鎵堿液后進(jìn)行電化學(xué)還原而得到金屬鎵。然而在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于陰極析氫副反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)和大量存在雜質(zhì)的干擾，鎵沉積的電流效率較低，甚至出現(xiàn)“燒極板”現(xiàn)象導(dǎo)致生產(chǎn)不能正常進(jìn)行。為了解決上述問題，本論文提出新型銅基鍍鎵(Cu/Ga)電極，對(duì)其在堿性介質(zhì)中析氫和析鎵電極過程研究表明該電極有利于提高電解回收鎵的電流效率，進(jìn)而在優(yōu)化電解條件下考察了從

2、循環(huán)母液中可能引入的雜質(zhì)對(duì)電解回收鎵效率的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)對(duì)不同陰極材質(zhì)影響鎵電解沉積過程的研究發(fā)現(xiàn)，不銹鋼(SUS304)、鎳、銅、鈦、石墨、鉛等陰極材料表面鎵沉積過程受析氫反應(yīng)影響嚴(yán)重，鎵不能正常沉積;而利用低溫合金法制備的銅基鍍鎵(Cu/Ga)電極表現(xiàn)高的析氫過電位和低的析鎵過電位，從而有效提高析鎵電流效率。
　　(2)考察了電流密度、電解溫度、攪拌速度、電極間距、堿濃度等電解條件對(duì)Cu/Ga電極電

3、解回收鎵效率的影響。最優(yōu)化電解條件為:電流密度300 A·m-2，電解溫度20℃，堿濃度為120 g·L-1，而攪拌速度、電極間距影響不大。
　　(3)考察了釩、鈣、銅、鐵、鉛、鋁、硅等7種來自循環(huán)母液的雜質(zhì)對(duì)鎵電解效率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，鋁、硅雜質(zhì)影響微弱;銅、鐵、鉛雜質(zhì)會(huì)使電流效率下降但影響較小;而釩與鈣雜質(zhì)的影響最為顯著。當(dāng)釩雜質(zhì)含量為10 ppm時(shí)便會(huì)使電流效率明顯下降，當(dāng)釩雜質(zhì)含量達(dá)150 ppm時(shí)，電流效率由88.64％

4、降為6.48％，分析主要原因是釩雜質(zhì)的存在減小了析氫過電位。相反地，鈣雜質(zhì)的存在有利于鎵的電化學(xué)沉積，當(dāng)鈣雜質(zhì)含量為50 ppm時(shí)電流效率由88.64％上升至95.46％，推測(cè)是鈣雜質(zhì)的存在改變了鎵的電化學(xué)還原沉積過程。
　　(4)對(duì)分別來自廣西和河南氧化鋁企業(yè)的實(shí)際含鎵堿液（鎵含量約40g·L-1，釩雜質(zhì)含量約100 ppm）在未除雜的條件下進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明:采用不銹鋼電極時(shí)沒有觀察到鎵的析出;采用Cu/Ga電極時(shí)電解過程