вход Вход Регистрация



К группы рассеянных редчайших металлов входят 7 элементов III, IV, VII групп периодической системы: галлий, индий, талой, германий, селена, теллур, рений. В этом разделе рассмотренная первичная обработка отходов галлия и рения, как наиболее типичных представителей группы рассеянных редчайших металлов.

 

3.1 Галлий

 

Применение. Близко 90% вырабатываемого галлия используется в полупроводниковой электронике в виде синтезированных соединений типа A111 BV : арсенида галлия Gaas, фосфида галлия GaР и антимонида галлия Gasb, что сохраняет полупроводниковые свойства при повышенных температурах. Основными областями применения приборов на основе арсенида галлия есть средства мобильной и спутниковой связи, волокна для оптико-волоконной связи, свето-диоды. Оптоэлектронные приборы в системах записи информации изготовляются на основе арсенида галлия и фосфида галлия. Чистота полупроводниковых соединений галлия составляет 99,99999%.

Галлий с рядом металлов (индием, оловом, висмутом, свинцом, кадмием, цинком, талием) образовывает легкоплавкие сплавы, которые используются в терморегуляторах, спринклерных (противопожарных сигнальных) устройствах, высокотемпературных термометрах, а также для замены ртути в выпрямителях, вакуумных насосах, прерывателях тока, гидравлических затворах.

Важное значение получили галиевые припои для бесфлюсового низкотемпературного паяния: это сплавы никель-галлий (60-65% Ni, 35-40% Ga); медь-галлий (60-65% Cи, 35-38% Ga) и алюминий-галлий(5-65% Al, 95-35% Ga) . Паянные швы, выполненные при 150-200 ос с использованием этих припоев, работают при температурах 350-900 ос в условиях термоцикличных, вибрационных и ударных нагрузок.

Производство галлий- гадолиниевых гранатов. Естественные (естественные) гранаты - это ортосиликаты, описываемые общей формулой Me32+Me23+(Sio4)3, где Me2+- Ca, Mg, Fe, Mn Me3+- Al, Fe, Cr, Ti.Галлий-Гадолиниевыє гранаты ( ГГГ) - это искусственные гранаты, которые описываются химической формулой Gd3Ga2(Gao4)3 или Gd3Ga5O12 .

Монокристаллы ГГГ выращивают методом Чехральского из расплавленной смеси высокочистых оксидов Ga2О3 и Gd2O3. Используются ГГГ как немагнитные монокристаллические подкладки для возделывания на них епитаксиальных пленок магнитных редкоземельных феритов-гранатов (Me3Fe5O12, где Ме - РЗЕ) с кубической структурой гранатов. (Епотаксия - ориентированная кристаллизация вещества из газовой или редкой фазы на поверхности кристалла - подкладки.) Эти конструкции применяются при создании устройств большой вместительности, которые запоминают, для цифровых вычислительных машин.

Другие сферы применения: производство оптического стекла и катализаторов, теплоносителе в ядерных реакторах, маслило в подшипниках, светоотражающие устройства.

 

Характеристика галиосодержащих отходов. При синтезе полупроводниковых соединений галлия, возделывании монокристаллов, их очищении и изготовлении приборов большая часть соединений галлия попадается в отходы. Степень использования галлия в готовых конечных изделиях составляет не больше 10-15%.

Основным источником галиосодержащих отходов есть полупроводниковая область, где они образовываются как в процессе производства полуфабрикатов, так и при изготовлении изделий и представленные приборным недостатком, недостатком слитков, кусковыми отходами (началу и конечные части слитков, которые отрезываются после зонного очищения, остатки в тигле после вытягивания монокристаллов), порошками (шламами) с абразивным материалом и без него, а также отработанными травильными растворами. Таким образом, галиосодержащие отходы за физическим по состоянию бывают твердыми, сильно увлажненными и редкими. Эти отходы образовываются в процессах вытягивания, резки и травит слитков галлия, арсенида галлия, фосфида галлия и антимонида галлия, шлифовки и полировки пластин, жидкостной эпитаксии. Дополнительным источником вторичного сырья галлия есть отходы легкоплавких сплавов галлия с индием, оловом и другими металлами, галиевыми припоями, галлий-гадолиниевыми гранатами и оптическим стеклом. Появились отходы арсенида галлия сложного композиционного состава (типа Gaalas), а также арсенида галлия, легированного Si, Cr, Fe, In, Sn, и Zn. Кроме того, регенерация галлия возможная из отходов, которые образовываются в производстве галлия высокой чистоты: шлам, который остается на фильтре, отработанные кислые растворы гидрохимической обработки, отработанный электролит, оксидные пленки и перегоны, остатки анодного металла. Себестоимость вторичного галлия в 2…3 раза низшая чем себестоимость первичного металла.

 

Классификация галиосодержащих отходов. Согласно классификации за ТУ 48-4-329-86 (табл. 4) отходы галлия и его соединений подразделяются на три категории, каждая с которых делится на марки: отходы арсенида галлия (5 марок), отходы металлического галлия (3 марки), отходы фосфида галлия (6 марок).

 

 

Таблица 4 - Классификация галиосодержащих отходов

Марка Вид отходов Содержимое галлия, %, не меньше
1. Отходы арсенида галлия

 

АГО-1 Куска и пластины арсенида галлия 48

АГО-2 Пластины арсенида галлия с покрытиями, напайкой

и епитаксиальные структуры 40...48

АГО-3 Порошок арсенида галлия после алмазной

резки 35...40

АГО-4 Порошок арсенида галлия в смеси с абразивным

материалом 5

АГО-5 Гидратные осадки, которые содержат галлий и мышьяк *

2. Отходы металлического галлия с примесями

ГО-1 Отходы галлия после жидкостной эпитаксии

арсенида галлия 99,5

ГО-2 Отходы галлия после жидкостной эпитаксии

арсенида галлия и тройных соединений на

его основе, которые содержат арсенид галлия и примеси 70

ГО-3 Отходы галлия после жидкостной эпитаксии

фосфида галлия 70

3. Отходы фосфида галлия

ФГО-1 Куска и пластины фосфида галлия 68

ФГО-2 Пластины фосфида галлия с покрытиями, напайкой

и епитаксиальные структуры 60…68

ФГО-3 Порошок фосфида галлия после алмазной резки 55...60

ФГО-4 Порошок фосфида галлия в смеси с абразивным

материалом 7

ФГО-5 Гидратные осадки, которые содержат галлий и фосфор *

ФГО-6 Оксид галлия с каплями галлия после легирования

фосфида галлия кислородом 10

*- Отходы марок АГО-5 и ФГО-5 получают осаждением Ga(OH)3 из травильных растворов, которые содержат больше 3 г/л галлия.

 

Отходы галлий- гадолиниевыми гранатов классифицируются по ТУ 48-0531-327-85 как марка ГГГО. Они должны отвечать следующим требованиям: на вид - порошки и куски светло-серого, белого или бежевого цвета, которые не содержат металлических и керамических включений; по химическому составу: массовая частица Gd2O3 -50 %, Ga2О3 -50 % (сорт 1), Gd2O3 -45...25 %, Ga2О3 -45...25 % (сорт 2), Gd2O3-25…10 %, Ga2О3 -25…10 % (сорт 3); Содержимое основного вещества - не меньше 95 % (допускается наличие примесей в виде оксидов иридия, итрия, циркония и других в количестве не больше 5 %). Отходы поставляют партиями, масса которых должна быть не меньше 5 кг

Собирание и первичная обработка галиосодержащих отходов. Собирание галиосодержащих отходов должно проводиться сурово по категориям и марками отходов, указанных в ТУ 48-4-329-86. Соединения отходов разных категорий и марок не допускается.

В отходах не должно быть посторонних включений (кварца, флюса, органических соединений, не связанных с галлием металлов и других материалов).

Предприятия - потребители проводят сортировку отходов по маркам согласно ТУ 48-4-329-86 и отправку их на предприятия, где проводится переработка отходов с вытягиванием галлия. Отходы поставляются партиями, масса которых должна быть не меньше 1 кг. В партию включаются отходы только одной марки. При хранении и транспортировке отходы должны быть защищены от действия влаги, кислот и лугов.

План сдачи отходов устанавливается на основе норм возвращения отходов металлического галлия и его полупроводниковых соединений. Для предприятий - потребителей галиевой продукции норма возвращения отходов установлена на уровне: для отходов металлического галлия - 65%, для отходов Gaas, Gap и Gasb - 55% от того, что поступил к ним количества металла. Для определения возвращения галиосодержащих отходов заранее проводится качественный и количественный анализ потерь на всех операциях производства галлия, его соединений и выпуска приборов.

Галиосодержащие отходы марок АГО-1 и АГО-2 разбираются уручну для отделения инородных включений (кварца, флюса, графита и т.д.). Остатки флюса отдаляются горячей водой (кипячения).

Пульпу отходов марок АГО-3 и АГО-4 фильтруют на тканевом фильтре. Мокрый порошок помещают в фарфоровые емкости или эмалированные противни и высушивают при температуре 105 ос.

Галлию отходы марок ГО-1 и ГО-2 помещают в фарфоровые емкости или эмалированные противни, нагревают к температуры 80...90 ос и фильтруют при температуре не ниже 50 ос на воронках с пористым фильтром из стеклянного порошку. Расплав галлия выливают в формы с фторопласту. Возможно объединение расплавов от переработки отходов марок ГО-1 и ГО-2. Остатки с фильтру объединяют с отходами марки АГО-2.

Отходы марки ГО-3 обрабатывают аналогично отходам марок ГО-1 и ГО-2. Расплавы галлия от отходов марки ГО-3 не объединяют с расплавами отходов марок ГО-1 и ГО-2. Остатки с фильтру объединяются с отходами марки ФГО-2.

Первичная обработка отходов марок ФГО, кроме отходов ФГО-6, полностью отвечает обработке отходов марок АГО.

Отходы марки ФГО-6 (оксид галлия, который содержит металлический галлий, кварц, фосфид галлия) просеивают через сетку с отверстиями 1,5 х 1, 5 мм. Отходы, которые остались на сетке, разбирают вручную от инородных включений. Смесь оксида галлия с металлическим галлием нагревают в фарфоровой чашке к температуры 80…90 ос и фильтруют от галлия на воронках с пористым фильтром из стеклянного порошку. Металлический галлий, который прошел через фильтр, подключают к отходам марки ГО-3.

При использовании основного образа переработки отходов арсенида и фосфида галлия - образа термической диссоциации подготовительной операцией при шихтовке есть соединения кускового материала и порошков, которые образовываются при резке монокристаллов, шлифовании и полировке пластин.

При переработке шламов, которые образовываются при мокром резании слитков фосфида галлия, подготовительной операцией является сушения шламов и четырехкратная обработка порошку 12 % -им раствором азотной кислоты для растворения примесей и поверхностных загрязнений. Операции компоновки включают химический анализ, измерение удельного электросопротивления, травит, дробление, шихтовку.

При переработке отходов галлий- гадолиниевыми гранатов и оптического стекла их заранее подвергают дроблению и измельчению.

 

© 2018
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру