close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY3985

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 3985
(13)
C1
(51)
(12)
7
C 22B 58/00,
C 01G 15/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ОТХОДОВ
ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТИПА А3В5
(21) Номер заявки: 970596
(22) 1997.11.06
(46) 2001.06.30
(71) Заявитель: Государственное
предприятие
Минский
НИИ
радиоматериалов
(ГП
МНИИРМ) (BY)
(72) Авторы: Галиева Ж.Н., Алипчиков С.М., Галиев
Р.С., Степаненко В.Н., Щурин В.Н. (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
предприятие Минский НИИ радиоматериалов (ГП
МНИИРМ) (BY)
(57)
1. Способ переработки мелкодисперсных отходов производства полупроводниковых соединений типа
А3В5 с размером частиц менее 1,5 мм, включающий обработку жидкими агентами, промывку, сушку и последующее нагревание в вакууме до температуры разложения на составляющие компоненты, отличающийся тем, что обработку отходов ведут водным раствором щелочного агента с добавлением раствора нейтрального фосфорорганического экстрагента в количестве до 9 % к объему жидкой фазы, отделяют жидкую фазу
и затем обрабатывают раствором азотной кислоты при поддержании концентраций щелочного агента и азотной кислоты в обрабатывающих растворах 4-9 мас. %, предпочтительно 5 мас. %.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку ведут при 40-60 °С.
(56)
RU 2078842 C1, 1997.
US 4812167 A, 1989.
GB 2184108 A, 1987.
Изобретение относится к технологии переработки отходов полупроводниковых соединений типа А3В5, в
частности, арсенидов и фосфидов галлия и индия, и может найти применение в металлургии редких металлов.
Известны способы переработки арсенида и фосфида разложением на составляющие компоненты галлий,
индий и мышьяк либо фосфор окислением, нитрованием, гидрированием или хлорно-ректификационным
способом [1].
Хлорно-ректификационный способ является наиболее универсальным, т.к. арсенид галлия и другие подобные ему соединения легко хлорируются при низкой температуре. Хлорид галлия отделяется от более летучего
хлорида мышьяка дистилляцией, а затем подвергается ректификации.
Недостатки известного способа - многостадийность технологических операций и необходимость использования газообразного хлора - экологически опасного вещества.
Для переработки отходов нелегированного арсенида галлия рекомендуется вакуум-термический способ - термическая диссоциация исходного сырья при Т≥1236 °С и разрежении 1,3 Па, позволяющая получать металл с содержанием мышьяка менее 10-4 %. Исходным материалом для переработки в данном случае является твердый лом
(горбушки монокристаллических слитков, отбракованные слитки, подложки и эпитаксиальные структуры полупроводниковых соединений типа А3В5, например GaAs, GaP, InAs, InР и др. [2].
BY 3985 C1
Известный способ не позволяет перерабатывать мелкодисперсные отходы названных соединений, например опилки от резки слитков субмикронного состава, покрытые оксидной пленкой составляющих веществ и
веществами, входящими в состав смазочно-охлаждающих эмульсий, что является его основным недостатком. При термовакуумной обработке эти опилки спекаются в монолитную массу и разложения на исходные
элементы не происходит.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ переработки мелкодисперсных отходов полупроводниковых соединений типа А3В5 с размером частиц менее 1,5 мм, включающий обработку жидкими агентами, промывку, сушку и последующее нагревание в вакууме до температуры разложения на составляющие компоненты [3]. Этому изобретению присущи недостатки, заключающиеся в том, что на промывку
галлиймышьяксодержащих отходов используется горячая вода, что не достаточно эффективно, применяется
ацетон или спирт, что является взрывопожароопасным, а также этим способом нельзя перерабатывать мелкодисперсные отходы.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является расширение номенклатуры перерабатываемых отходов полупроводниковых соединений типа А3В5.
Поставленная задача решается тем, что в способе переработки мелкодисперсных отходов производства
полупроводниковых соединений типа А3В5 с размером частиц менее 1,5 мм, включающем обработку жидкими агентами, промывку, сушку и последующее нагревание в вакууме до температуры разложения на составляющие компоненты, - обработку отходов ведут водным раствором щелочного агента с добавлением раствора нейтрального фосфорорганического экстрагента в количестве до 9 % к объему жидкой фазы, отделяют
жидкую фазу и затем обрабатывают раствором азотной кислоты при поддержании концентраций щелочного
агента и азотной кислоты в обрабатывающих растворах 4-9 мас. %, предпочтительно 5 мас. %, причем обработку ведут при 40-60 °С.
Методика проведения экспериментов описана в примерах - опыты 1-13, основные результаты экспериментов приведены в табл. 1-4.
Опыт 1. Прототип.
Отходы арсенида галлия в виде опилок и осколков фракции +1,5 мм промывали горячей водой, а затем
ацетоном при Т:Ж = 1:2,5, затем сушили при t°120 С, помещали в графитовый тигель и разлагали при
t = 1236-1240 °С в вакууме 1,3 Па до полного разложения. Мышьяк улавливали в вакуумных ловушках, а полученный галлий после охлаждения сливали из тигля и отделяли от твердых взвесей фильтрованием через
керамический фильтр, после чего определяли выход целевого продукта (Ga) и анализировали его на содержание примесей As, In, Fe, Pb, Sn, P.
Результаты эксперимента приведены в табл. 1. По результатам опыта 1 выход галлия в металл составляет
65,3 %, содержание основного вещества 99,99 %.
Опыт 2. Прототип.
Опилки арсенида галлия фракции - 1,5 мм промывали горячей водой, затем ацетоном при Т: Ж = 1:2,5,
сушили при t = 120 °С и далее помещали в графитовый тигель и разлагали при t = 1236-1340 °С в вакууме 1,3
Па в течение 5 часов, выдерживая содержимое тигля после достижения t до 1236 °С по 0,5 часа через каждые
40 °С подъема температуры. После охлаждения печи содержимое тигля было изъято и проанализировано на
содержание целевого продукта Ga. Как было установлено, в процессе эксперимента мелкодисперсные опилки спеклись в пористую массу с незначительным вкраплением галлия металлического.
Опыт 3.
Фракцию опилок арсенида галлия - 1,5 мм обрабатывали при перемешивании раствором соды концентрации 5 % масс. при Т:Ж = 1:3 и t = 40 °С в течение 20 мин., после отстаивания пульпы до границы раздела
декантировали промывную воду, после чего осадок отмыли водой до нейтральной реакции, просушили при
t = 105°C до постоянного веса и подвергли термовакуумному разложению в режиме опыта 1-2. Результаты
эксперимента представлены в табл. 2.
Опыт 4.
Фракцию опилок арсенида галлия – 1,5 мм обрабатывали 5 %-ным раствором азотной кислоты при
t = 40°C и Т:Ж = 1:3 в течение 20 мин., промывной раствор декантировали, осадок отмывали водой до нейтральной реакции, сушили до постоянного веса при t = 105 °С и подвергали вакуум-термическому разложению в режиме опытов 1-2. Результаты эксперимента представлены в табл. 2.
Опыт 5.
Фракцию опилок GaAs - 1,5 мм подвергали последовательной щелочной, а затем кислотной обработке в
режимах опытов 3-4, после чего подвергали вакуум-термическому разложению в режиме опытов 1-2. Результаты эксперимента представлены в табл. 2.
Опыт 6.
Фракцию опилок GaAs - 1,5 мм подвергали последовательной щелочной, а затем кислотной обработке в
режиме опыта 5 с добавлением на первую стадию 5 %-ного раствора ТБФ в разбавителе (осветительном керосине) в количестве 5 % к объему пульпы.
2
BY 3985 C1
После вакуум-термического разложения в режиме опытов 1-2 определяли выход готового продукта, галлия металлического. Результаты эксперимента приведены в табл. 2.
Таблица 1
Основные показатели процесса по способу-прототипу, опыты 1-2
1.
Фракционный состав
отходов
+1,5 мм
2.
-1,5 мм
№ опыта
Способ переработки
Вакуум-термическое разложение, Т = 1240 °С; вакуум 1,3 Па
Вакуум-термическое разложение, Т = 1240 °С;
вакуум - 1,3 Па
Выход галлия
металл., %
65,3
Содержание основного
вещества, %
99,99
1,5
99,983
Таблица 2
Основные показатели процесса переработки мелкодисперсных отходов арсенида галлия по заявляемому способу.
Обоснование последовательности и стадий отмывки.
Фракция мелкодисперсных отходов - 1,5 мм.
Температура обрабатывающих и промывных растворов 50 °С.
№ опыта
Способ переработки
1
3.
2
Обработка 5 %-ным раствором соды с последующей отмывкой
деионизованной водой, сушкой и вакуум-термическим разложением.
Обработка 5 %-ным раствором азотной кислоты с последующей
отмывкой деионизованной водой, сушкой и вакуум-термическим
разложением
Последовательная обработка 5 %-ными растворами соды и азотной кислоты, отмывка водой, сушка и вакуум-термическое разложение.
Последовательная обработка 5 %-ным раствором соды и азотной
кислоты с добавлением на 1-ую стадию 5 %-ного раствора трибутилфосфата (ТБФ) в разбавителе (осветительном керосине), в
количестве 5 % к объему жидкой фазы, отмывка водой, сушка и
вакуум-термическое разложение.
Последовательная обработка 5 %-ными растворами соды и азотной кислоты с добавлением на 2-ю стадию 5 %-ного раствора
ТБФ в керосине, сушка и вакуум-термическое разложение
4.
5.
6.
7.
Содержание осВыход галлия
новного вещества,
металл., %
%
3
4
0,5
99,99
0,0
-
30,2
99,98
60,7
99,995
27,5
99,99
Таблица 3
Обоснование граничных условий процесса отмывки по заявляемому способу.
Фракция мелкодисперсных отходов - 1,5 мм.
Температура обрабатывающих и промывных растворов 45 °С
№ опыта
Способ переработки
1
8.
2
Последовательная обработка 3 %-ными растворами соды и азотной кислоты с добавлением на 1-ую стадию процесса 3 %-ного
раствора ТБФ в керосине в количестве 3 % к объему жидкой фазы, сушка, вакуум-термическое разложение
3
Выход галлия
металл., %
3
Содержание основного
вещества, %
4
31,7
99,71
BY 3985 C1
9.
Последовательная обработка 4 %-ными растворами соды и азотной кислоты с добавлением на 1-ую стадию процесса 4 %-ного
раствора ТБФ в керосине в количестве 4 % к объему жидкой фазы, сушка, вакуум-термическое разложение
58,7
10.
Последовательная обработка 10-ными растворами соды и азотной кислоты с добавлением на 1-ую стадию 10 %-ного раствора
ТБФ в количестве 5 % к объему жидкой фазы, отмывка водой,
сушка, вакуум-термическое разложение
59,0*
11.
Последовательная обработка 9 %-ными растворами соды и азотной кислоты с добавлением на 1-ую стадию 9 %-ного раствора
ТБФ в количестве 9 % к объему жидкой фазы, отмывка водой,
сушка, вакуум-термическое разложение
55,6
*Скорость осветления промывных растворов резко снижается (второе, относительно опыта 6).
99,99
99,98
99,987
Как показывают представленные в табл. 1-2 результаты экспериментов, изменение последовательности
стадий обработки, а также ликвидация любой из них не позволяют получить найденный положительный эффект - провести термовакуумное разложение мелкодисперсных отходов до исходных веществ.
В табл. 3 приведены результаты экспериментов, позволяющие обосновать граничные условия режима обработки отходов по концентрации основного вещества в обрабатывающих растворах.
Снижение концентрации обрабатывающих растворов ниже 4 % масс. снижает степень извлечения целевого продукта практически вдвое. При увеличении концентрации основного вещества в обрабатывающих
растворах больше 9 масс. % приводит к увеличению их вязкости, вследствие чего резко снижается скорость
разделения пульпы на твердую и жидкую фазу, что приводит к уменьшению производительности процесса.
Замена раствора соды на раствор гидроксида натрия не изменяет показатели процесса (степень извлечения, производительность, чистота целевого продукта). Т.е. для первичной обработки можно использовать
любой щелочной агент, однако в связи с относительно низкой стоимостью соды предпочтительно использовать технический карбонат натрия.
В табл. 4 приведены степени извлечения металлического галлия из отходов фракции -1,5 мм в режиме обработки опыта 6 (табл. 2) в зависимости от температуры обрабатывающих растворов.
Таблица 4
Обоснование граничных условий температурного режима обработки отходов арсенида галлия
№
Температура обрабатывающих растворов, °С
Степень извлечения, %
12
30
49
13
40
58
14
50
60,1
15
60
60,7
16
70
60,5
Как видно по табл. 4 оптимальный температурный режим обработки находится в пределах 40-60 °С, т.к.
ниже 40 °С резко снижается степень извлечения с 58 до 49 % (опыт 12), а повышение температуры больше
60 °С не дает дополнительного положительного эффекта.
Для того, чтобы уточнить зависимость степени извлечения целевого металла от степени дисперсности
отходов, были проведены опыты с отходами разного фракционного состава, результаты экспериментов
представлены в табл. 5. Как показали полученные результаты по выходу галлия металлического, с увеличением степени дисперсности степень извлечения целевого продукта увеличивается, однако переработка каждой фракции отдельно не представляется рациональной.
Таблица 5
Основные показатели процесса переработки в зависимости от фракционного состава
№
17
18
19
Режим обработки
По режиму опыта 6.
По режиму опыта 6.
По режиму опыта 6.
Фракционный состав, Выход Ga мемм
талл., %
-1,5
60,7
-1,5...+0,8
66,5
-0,8
71,4
Содержание основного
вещества, %
99,99
99,995
99,999
Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет вовлекать в переработку
мелкодисперсные отходы (класса меньше 1,5 мм) полупроводниковых соединений класса А3В5, загрязненные продуктами окисления эмульсией смазочно-охлаждающих жидкостей и др.
4
BY 3985 C1
Источники информации:
1. Химия и технология редких и рассеянных элементов/Под ред. чл.-корр. АН СССР Большакова К.А.
Т.1. -М.: Высшая школа, 1976. -С.269.
2. Калатник О.Н. Получение мышьяка, ртути и теллура особой чистоты из отходов производства полупроводниковых соединений: 10-ая конференция по химии высокочистых веществ. Тезисы докладов. - Н.Новгород, 1996. -С.47-48.
3. Патент RU 2078842, МКИ6 С22В 58/00, 30/04, 7/00. Опубл. 1997. Бюл. №13 (прототип).
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
136 Кб
Теги
by3985, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа