本文關(guān)鍵詞：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(wèn)題研究

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【摘要】：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(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)電位和低的析鎵過(guò)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(lái)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�。欢C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%降為6.48%,分析主要原因是釩雜質(zhì)的存在減小了析氫過(guò)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(guò)程。(4)對(duì)分別來(lái)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(méi)有觀察到鎵的析出；采用Cu/Ga電極時(shí)電解過(guò)程可以連續(xù)正常進(jìn)行,電流效率分別為48.54%(電解后鎵濃度約7 g·L-1)和39.34%(電解后鎵濃度約2 g.L-1)；產(chǎn)物純度分別為99.32%和96.61%。本論文研究結(jié)果解決了電解回收鎵生產(chǎn)中存在的雜質(zhì)影響和電流效率低等問(wèn)題,可以實(shí)現(xiàn)在未深度除雜前提下高效率地從循環(huán)母液中電解回收鎵,具有工業(yè)應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ133.51

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本文編號(hào)：1235300