Экстракционное и сорбционное извлечение галлия из щелочных растворов N-(2-гидрокси-5-нонилбензил) — ?, ?-дигидроксиэтиламином

Основная область применения галлия — полупроводниковая электроника, в которой используется свыше 90% производимого металла. Полупроводниковые соединения галлия, важнейшим из которых является GaAs, используются в оптоэлектронных приборах (све-тодиодах и полупроводниковых лазерах), приборах СВЧ-техники (микроволновых диодах, быстродействующих транзисторах), сверхбольших и сверхскоростных интегральных схемах, солнечных батареях и инфракрасной оптике. Новая область применения галлияпроизводство синих и белых светодиодов на основе GaN, использующихся для создания экономичных и долговечных белых источников освещения. Кроме того, при замене красного диода синим в устройствах CD-ROM, можно сфокусировать световой луч на меньшей площади, повысив таким образом плотность записи на компакт-диске в 4 раза [1−5].

Устройства на основе соединений AIHBV, по сравнению с устройствами на основе Si обладают высоким быстродействием и большей термической и радиационной стойкостью. Более широкому использованию приборов на основе GaAs препятствует высокая стоимость галлия и трудность получения монокристаллов и слоев GaAs требуемого качества, а также конкуренция с более дешевым кремнием. Однако, как отмечено в [5], высокая стоимость не обязательно должна препятствовать росту потребления.

Прочие области применения галлия — производство легкоплавких сплавов для изготовления терморегуляторов, термометров, гидравлических затворов, а также в атомной технике в качестве теплоносителей в реакторах [2].

В последние годы наблюдается устойчивый рост потребления галлия в виде его полупроводниковых соединений, что требует расширения его производства [1].

Основной источник первичного галлия — оборотные растворы производства глинозема по методу Байера. Традиционные методы извлечения галлия из Байеровских растворов: электролиз и цементация на амальгаме натрия или галламе алюминия малопроизводительны и не позволяют перерабатывать большие объемы щелочных растворов, поэтому извлечение галлия в глиноземном производстве составляет только несколько процентов от возможного [2,6−8].

Для извлечения галлия из Байеровских растворов перспективно применение жидкостной экстракции или ионного обмена [9−11]. Экстракционный метод высокопроизводителен и прост в управлении, его недостатки — значительные по сравнению с ионным обменом энергозатраты, потери экстрагента, которые могут стать недопустимо высокими из-за больших объемов обрабатываемых Байеровских растворов и загрязнение водной фазы органическими веществами. Ионообменный метод проще в аппаратурном оформлении, однако он малопроизводителен, а синтез специальных смол достаточно дорог. Совместить достоинства экстракционного и ионообменного методов и в некоторой степени избежать их недостатков можно при извлечении галлия из щелочных растворов импрегнированны-ми материалами, которые, в частности, позволяют значительно снизить потери экстраген-та и избежать загрязнения водной фазы органическим растворителем [12]. Анализ литературных данных показывает, что выбор экстрагентов для извлечения галлия из сильнощелочных растворов мал. За рубежом в промышленности используют экстракцию галлия из Байеровских растворов 7-алкенилили 7-алкил-8-оксихинолинами (реагент Kelex 100) [9,10], однако он дорог и не выпускается в России. Поэтому необходим поиск относительно дешевых отечественных реагентов для извлечения галлия.

Цель настоящей работы — выявление закономерностей извлечения галлия и алюминия из щелочных растворов растворами К-(2-гидрокси-5-нонилбензил — /3, /3 — дигидроксиэтил-амина (НБЭА) в органических разбавителях, а также НБЭА, нанесенным на пористые матрицы, что позволит разработать экстракционную и/ или сорбционную технологию попутного извлечения галлия из растворов производства глинозема.

6. ВЫВОДЫ.

Для извлечения галлия из щелочных растворов предложен азотсодержащий реагент фенольного типа — Ы-(2-гидрокси-5-нонилбензил)-]3,/3-дигидроксиэтиламин (НБЭА). Исследованы основные закономерности экстракции галлия и алюминия НБЭА из растворов NaOH (зависимости: Doa от времени контакта фаз (т), Еса от Сыаон" lgDoa от Ig[OH~], от логарифма концентрации свободного экстрагента и от обратной величины абсолютной температуры (1/Т), изотерма экстракции галлияDai от 7, Eai от Скаон, lgDAi от lg[OH" ]). На основании данных по межфазному распределению, подтвержденных методом ИК-спектроскопии и расчетом возможных структур экстрагируемого комплекса методом молекулярной механики, определен состав и строение экстрагируемого комплекса галлия (RGa (OH)2) — предложено уравнение экстракции галлия и алюминия НБЭА из щелочных растворов. Показана эффективность НБЭА для извлечения галлия в широком диапазоне концентраций щелочи (Eg3 ~ 94−99% при Сыаон -0.1−5 М).

Исследовано извлечение галлия из алюминийсодержащих растворов. Разработан способ выделения галлия из алюминатных растворов, который позволяет экстрагировать галлий из модельных Байеровских растворов (Cg.

Исследована сорбция галлия из алюминийсодержащих растворов. При извлечении галлия НБЭА, нанесенным на смолу АВ-29−12П (Cn3oh ~ 3 М, CAi/CGa 2.5−50 (мольн.) Еса составила 47−20%. Показана возможность отделения галлия от алюминия на стадии десорбции..

На основании полученных данных предложена принципиальная технологическая схема экстракционного извлечения галлия из оборотных растворов глиноземного производства с помощью НБЭА и даны возможные варианты использования НБЭА, нанесенного на пористые матрицы, для извлечения галлия из щелочных растворов..