Спосіб переробки арсеніду індію

гS3 С 22 В 58/00 СПОСІБ ПЕРЕРОБКИ АРСЕНІДУ ІЦДІЮ. Спосіб відноситься до металургії рідкісних металів зокрема , таких, як індій, і може бути використаний для утилізації відходів напівпровідникової, радіоелектронної промисловості а саме - ар, сеніду індію, який використовують для виробництва тріодів перет, ворювачів енергії, тощо. . . Оскільки в природній сировині вміст індію дуже незначний і запаси її практично вичерпані - розробка методів його вилучення , із вторинної сировини , що містить до 50% цього металу , вільного від супутніх домішок, є актуальною задачею сьогодення. Натепер відомі декілька способів переробки арседіну індію , а саме: амальгамний [13 і гідроксидно-термічний [23. Амальгамний спосіб [13 полягає в розчиненні інтерметалідної сполуки індію та миш'яку в ртуті З отриманої амальгами індій ви. лучають електролізом. Цей спосіб має ряд недоліків ртуть є екологічно небезпечним : реагентом, крім того, вилучений індій підлягає вакуумній високо температурній обробці для очистки від ртуті . Найближчим по технічній суті є спосіб переробки арсеніду ін дію в розтоплених сумішах на основі гідроксиду , хлориду та кар бонату натрію [2], ' * t В основі процесу лежить взаємодія арсеніду індію з утворен ням кисневмістних сполук миш'яку (арсеніта, арсената натрію) та індію з попутнім утворенням хлориду індію . Недоліками даного спо собу є: - утворення летких токсичних сполук миш'яку (миш'яковистого водню, трихлориду миш'яка ), які роблять даний процес екологічно небезпечним; - багатостадійність переробки, що приводить до великої кіль кості побічних оборотних продуктів (плави, що містять миш'як ), невисокого ступеню вилучення індію ; - втрати миш'яку з побічними продуктами; * ^ '- велика питома витрата реагентів. Задачею даного винаходу є розділення арсеніду індію на ви хідні компоненти з високим ступенем вилучення та чистотою змен, шення втрат індію і м иш'яку, еколог ічна безпека т а покращення умов праці. Вирішення поставленої задачі досягається за рахунок того що , в якості реагенту, за допомогою якого здійснюють розклад інтерметалічної сполуки індію та миш'яку, використовують сірку та кисень повітря. Подрібнений арсенід індію змішують з елементарною сіркою в співвідношенні (1.5 - 1.8) : 1, нагрівають до 360-510°С і видержують при цій температурі напротязі 1.0-1.5 годин, потім температуру підвищують до 680-810°С і 1.5-2.0 години продувають повітря. При нагріванні сірка реагує з арсенідом індію утворюючи при цьому сульфіди тривалентних індію та миш'яку . 2 InAs + 3 Sg - ІПгЗз + AS2S3. . * ' (1) Експериментально встановлено, що необхідними умовами повного розкладу арсеніду індію є співвідношення між реагентами та темпе ратурний режим проведення реакцій. Якщо співвідношення між арсенідом індію та сіркою більше за 1.8 : 1 не відбувається повний розклад інтерметалідноі сполуки і вилучення компонентів невисоке . При співвідношенні між реагуючими сполуками меншому за 1.5 : 1 вилучаємий оксид миш'яку забруднений домішками сірки Ступінь ви. лучення індію та оксиду миш'яку зменшується також . При температурах менших за 360° С не досягається повний розклад інтерметаллід-но'ї сполуки, а при більших за 510 С і в зони реакції відганяються сульфідні сполуки. Не дотримання заданого температурного режиму взаємодії між сіркою та арсенідом індію приводить до зменшення [ ступеню вилучення компонентів та їхньої чистоти . Оптимальна три - ! валість процесу розкладу становить 1.0-1.5 годин. За менший пері- І од часу не досягається повного розкладу інтерметалідноі сполуки . Якщо розклад проводити більш тривалий період часу ступінь вилу чення компонентів зменшується ва рахунок возгонки .сульфідних спо- | лу к . . . І І Окисне ння суль фідів інд ію та миш'я ку здій снюю ть 680-810°С напротязі 1.5-2.0 години за допомогою повітря. + 90г - 2ІП2О3 + 6SO2. 2AS2S3 + 902 - 2AS2O3 + 6SO2. ~ •' _ п ри г (2) (3) При цих умовах відбувається одночасно відгонка оксиду ' миш' і яку, що утворюється. Оксид миш'яку починає відганятись при темпе ратурі 580-600°С. Відігнаний оксид миш'яку конденсується на хо лодних стінках реактора в порошковидному стані Проведення проце. су при нижчих температурах та за менший період часу не дозволяє здійснити повне окискення утворених сульфідів індію та миш'яку , та здійснити відгонку оксиду миш'яку , а значить, забезпечити ви сокий ступінь вилучення компонентів . Окискення при більш високих температурах та за довший період часу приводить до втрат індію та забрудненню оксиду миш'яку його сполуками . З утворенного оксиду індію відомими методами вилучають мета лічний індій. Наприклад , розчинюють його у сірчаній або соляній кислотах і з утворених розчинів електролізом вилучають товарний продукт - індій високого ступеню очистки. Винахід ілюструється слідуючими прикладами . Приклад 1. На дно кварцевого реактору загружали суміш подрібненої сірки (11.11 г) та арсеніду індію (20 г). Співвідношення між реагентами дорівнювало 1:1.8. Суміш нагрівали до 360°С і витримували при цій температурі 1.0 годину. Потім температуру підви щували до 680°С і напротязі 1.5 год. продували через неї повітря.' Внаслідок реакції на холодних стінках кварцевого реактора було зібрано 17.26 г оксиду тривалентного миш'яку , що відповідав 80£ вилученню. На дні реактора було зібрано 10.68 г оксиду тривалентного індію , що відповідає ступеню вилучення 82%. Із отриманого оксиду індію відомими методами вилучали індій . Для цього його розчиняли в 2Н розчині сірчаної кислоти Отриманий . розчин піддавали електролізу при густині струму на катоді 1000 А/м^. Із приготованого розчину було отримано 6.9 г індію, що відповідає 80% виходу за струмом . Вміст домішок у вилученому індії складав мас.%: As , 4 5 5 5.0 -10 " , Pb - 8.0 -1 0" , Sn - 9. 0-І СГ , Z n - 2. 0- 10"4 , С и 8.0-10"4 , Ni - 7.0-10"5 , Fe - 3.0-10"4. Приклад 2. Для переробки було взято ЗО г арсеніду індію і 18.75 г подрібненої сірки. Співвідношення між сіркою та арсенідом Індія в реакційній суміші складало 1:1.6. Суміш нагрівали до 450°С і витримували при цій температурі напротязі 1.5 годин. Потім температуру підвищували до 750°С і 2.0 години через реакційну суміш продували повітря. Після закінчення реакції на холодних стінках кварцевого реактора було зібрано 14.31 г оксиду тривалентного миш'яку, ІЦО відповідає ступеню вилучення 99/о. На дні ре актора залишилося 19.8 г оксиду тривалентного індію . Ступінь ви лучення 95%. Отриманий оксид індію розчиняли в 2Н розчині сірчаної кислоти. Із розчину електролізом при густині струму на катоді 500 А/м2 було вилучено 15.2 г індію. Вихід за струмом 95%. Вміст домішок у вилученому індії приведено в таблиці . Вміст домішок у вилученому індії складав, мас.%: As -3.04 10" , Pb - 3.0-10" 5 , Sn - 1.0-10" 5 , Zn - 1.0 :10~ 4 , Cu -2.0-10"4, Ni - 3.0-10"5, Fe - 2.0-10"4. Приклад З . В реактор загружали подрібнену суміш сірки (26.67 г) та арсеніду індію (40 г). Співвідношення між компонентами складало 1: 1.5. Суміш нагрівали до 510°С і витримували при цій температурі 1.25 год. Потім температуру підвищували до 810°С і напротязі 1.75 год. продували через реакційну суміш повітря. В результаті розкладу було отримано 13.66 г оксиду тривалентного миш'яку, що відповідає 78% вилученню, та 22.38 г оксиду тривалентного індію . Ступінь вилучення 82%. , ' :" Оксид індію розчиняли в ЗН розчині сірчаної кислоти . Електролізом з розчину при катодній густині струму 800 А/м2 було отри- , мано 16.1 г індію. Вихід за струмом 89%. Вміст домішок у вилученому індії складав, мас.%: As -4.04 10" , Pb - 4.0-10" 5 , Sn - 2.0-10" 5 , Zn - 3.0-10" 4 , Си -3.0-І0~4, Ni - 5.0-10"5 , Fe - 3.0-10"4. Для порівняння приведені показники переробки арсеніду індію згідно прототипу Г2]. Співвідношення між реагуючими компонентами (розтоплена суміш гідроксиду хлориду та карбонату натрію , ):(арсенід індію) - 1:0.2. Температура процесу 480°С. Якщо збільшити кількість арсеніду індію, що піддають переробці, то утворювані тугоплавкі сполуки (арсеніти та арсенати натрію) спричинять зат вердівання розтопу, а значить порушать умови розкладу інтермета- діду, зменшать ступінь вилучення індію їз 20 г арсеніду індію за . даних умов вилучено 8.7 г індію. Ступінь вилучення 72%, Вміст домішок у вилученому індії складав, мас.%: As -1 .03 10" , P b - 8. 0-1 0"4 , S n - 5 .0- 10"4 , Zn - 8 .0- 10"4 , Си - 5.010"4 , Ni - 5.0-10"5, Fe - 3.0-10"3. Забруднення індію очевидно відбувається під час переплавки в гідроксидно-хлоридно-карбонатному розтопі . Миш'як переходить в розтоп в вигляді арсеніту та арсенату натрію Для вилученя миш'. яку, або його сполук з даного розтопу потрібні трудоємні Сагатос тадіині процеси. Використання сірки та кисню повітря як реагенту для розкла, ду арсеніду індію дозволяє: - поліпшити умови праці та його екологічну безпеку за раху , нок що процес не супроводжується утворенням токсичних летких вод невих та хлоридних сполук миш'яку проводиться в замкненому реак , торі. Б результаті процесу утворюється готовий товарний продукт так званий "сірий-миш'як " (оксид миш'яку), вільний від сторонніх домішок, який використовують у медицині , як знеболюючий препарат (у стоматології ) та оксид індію - напівпродукт для вилучення ін дію відомими методами теж вільний від зайвих домішок ; - збільшити ступінь вилучення компонентів та їхню чистоту за рахунок того, що реагентами розкладу є сірка та кисень в процесі , розкладу не утворюються леткі ЕОДНЄВІ та хлоридиі сполуки Індію та миш'яку, а їхні оксиди не потрібно відокремлювати спеціальними методами від реакційної суміші . Сірка в процесі розкладу окисню ється, видаляється із реакц ійної зони і в газ оподібному стані поглинається розчином лугу . Таким чином , під час переробки арсе ніду індію не відбувається його забруднення сторонніми домішками та реагентами; - зменшити питомі витрати реагентів за рахунок того , що ос новним компон ентом розк ладу і нтерм еталі дної с полук и є с ірка. Співвідношення між розкладаючим реагентом (сіркою) та сполукою, , що розкладають (арсенід індію ), у способі , що пропонується скла дає 1:(1.5 - 1.8). Згідно прототипу [21 співвідношення між розк ладаючим реагентом (суміш гідроксиду, хдлориду та карбонату нат рію) та арсенідом індію складає 1;(0.1-0.2), тобто витрата компо г,- нента, що розкладає в 10-18 разів більша. Джерела інформації: 1. Нижник А.І.,Агввва Л.Г. Отримання індію високої чистоти із вторинної сировини амаль гамним способом // 36. праць Всесоюзної міжвузівської наукової конференції по теорії процесів кольорової металургії Алма-Ата, 1971. с.187-191. . 2. Авторське свідоцтво СРСР N 1051959 Шї 0 22 В 58/00.