一种镓提纯的离子交换树脂的改性方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种镓提纯的离子交换树脂的改性方法及应用。该方法先配制碱

【技术实现步骤摘要】
一种镓提纯的离子交换树脂的改性方法及应用


[0001]本专利技术涉及镓的湿法提取分离领域，具体涉及镓提纯的离子交换树脂的改性方法及其在镓提取分离和高纯镓生产中的应用。

技术介绍

[0002]镓及其化合物在半导体领域应用广泛，高纯镓是半导体行业的主要原料，以砷化镓和氮化镓为代表的镓化合物被广泛应用于光学系统、微波通信、高速大规模集成电路、太阳能电池等方面。镓是重要的稀散金属，在自然界中不存在镓的独立矿物，通常伴生于铝土矿、闪锌矿等矿石中，且镓在这些矿石中含量很低。一般采用湿法冶金工艺从这些矿石的浸出液或浸出渣中提取镓。从拜耳法冶炼铝土矿得到的铝酸钠溶液经树脂吸附、萃取、沉淀、电解等工序可以得到粗镓，再经结晶、真空蒸馏、蒸发、电解等工序可以制得高纯镓。
[0003]在众多的镓提纯技术中，树脂吸附法应用最为普遍。用于吸附镓的树脂具有稳定的有机结构和特定官能团，对镓的选择性良好，且吸附材料对溶液中镓离子浓度要求低，吸附后的树脂可回收再次利用。但是，相对于其他技术，树脂吸附法的缺陷也十分突出，树脂吸附法达到吸附平衡的时间很长，实现镓的提纯需要的吸附和解吸的时间都很长，因而降低了镓的提取分离效率。因此，有必要开发吸附效率更高的树脂用于镓的提纯。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种经济环保、操作简单的树脂改性方法，以克服现有树脂吸附技术的不足。通过该方法增大了树脂的表面积，提高了树脂对镓的吸附效率。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种镓提纯的离子交换树脂的改性方法，具体包括以下步骤：（1）将碱性物质加入乙醇溶液中，配制成碱浓度为5
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70%的碱
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乙醇混合液，于20
‑
100℃下加热，使碱性物质完全溶解；（2）在步骤（1）所得溶液中按照0.1
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5g树脂/100ml溶液的比例加入阳离子交换树脂或阴离子交换树脂，在50
‑
600rpm的搅拌速度和20
‑
100℃的条件下搅拌0.1
‑
5h，停止加热；（3）将步骤（2）所得溶液静置1
‑
10h，再放入真空干燥箱中于20
‑
50℃干燥1
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10h，得到改性后的离子交换树脂。
[0006]制备方法中，步骤（1）所述的碱性物质为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾或碳酸氢钠等。
[0007]制备方法中，步骤（2）所述的离子交换树脂包括在苯乙烯一二乙烯苯共聚基体上带有磺酸基(
‑
SO3H)的强酸型阳离子交换树脂、带有羧酸、磷酸或酚基等交换基团的弱酸型苯乙烯系鳌合阳离子交换树脂、在苯乙烯与二乙烯苯的交联共聚物基体上引入季铵基的强碱性阴离子交换树脂、弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂以及含有=N
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OH和
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NH2基团的螯合树脂等。
[0008]本专利技术的另一目的是：将改性后的离子交换树脂用于含镓溶液中镓的吸附提纯，具体方法是，将改性后的离子交换树脂装入树脂柱中，将粗镓用盐酸、硝酸或氢氧化钠溶液充分溶解，将含镓原料液送入树脂柱顶端，在树脂柱底部收集流出液；经过一定时间的吸附处理后，流出液中镓浓度大于0.1mg/L时，树脂柱顶端停止送入含镓原料液，改为送入洗脱液，进行树脂的脱附处理，在树脂柱底端收集流出液，可以得到高纯镓溶液。
[0009]镓的吸附提纯方法，进一步地，所述粗镓是纯度为97
‑
99.99%的金属镓，或者是纯度为70
‑
99.99%的镓盐；所述含镓原料液以2BV/h
ꢀ‑
12BV/h的流速送入树脂柱顶端；所述吸附时间为0.5h
‑
8h；所述洗脱液为浓度为0.2mol/L
‑
5mol/L盐酸溶液或硝酸溶液。
[0010]进一步地，当树脂柱底端流出液中镓浓度低于0.1mg/L时，树脂柱顶端停止送入洗脱液，改为送入含镓原料液，开始下一个吸附
‑
解吸循环。
[0011]与现有技术相比，本专利技术所述方法，在未改变树脂基本结构的情况下，提高了树脂的表面积和孔体积，增加了树脂的孔数量，使树脂对镓的吸附能力显著提升。无论是酸性溶液还是碱性溶液中的镓，都可用改性树脂进行镓的提纯，吸附时间比未改性树脂更短，解吸时间与未改性树脂接近，因此大大提高了镓的提纯效率。
具体实施方式
[0012]下面结合实施例对本
技术实现思路
进行详细说明，但本专利技术不限于以下实施例。
实施例1
[0013]一种镓提纯的离子交换树脂的改性方法，具体是：称取6g碳酸氢钾倒入烧杯中，加入100ml乙醇溶液加热至80℃使碳酸氢钾完全溶解，称取2 g 强酸型阳离子交换树脂（如苯乙烯一二乙烯苯共聚基体上带有磺酸基(
‑
SO3H)的树脂）加入碳酸氢钾乙醇溶液中，在300rpm的搅拌速度和80℃下搅拌2h，停止搅拌和加热；静置8h后，置于真空干燥箱中于50℃干燥5h，得到改性的阳离子交换树脂。
[0014]将改性的离子交换树脂用于含镓溶液中镓的吸附提纯，具体方法是：将改性的阳离子交换树脂装入树脂柱中，将纯度为99%的粗镓用盐酸充分溶解，将所得的含镓酸性原料液以4 BV/h的流速送入树脂柱顶端，在树脂柱底部收集流出液，测定流出液中镓的浓度；吸附1.5h后，流出液中镓浓度大于0.1mg/L时，树脂柱顶端停止送入含镓酸性原料液，改为送入浓度为3mol/L盐酸溶液；收集底部流出液，初始的流出液中杂质总浓度高于镓浓度，将这部分流出液与含镓酸性原料液混合，送入下一吸附循环；当流出液中镓的浓度高于其他杂质总浓度时，持续收集这部分流出液，经测定，其中镓的纯度已达 99.94%，说明经过一次吸附
‑
解吸循环，镓的纯度提高了。当流出液中镓浓度低于0.1mg/L时，树脂柱顶端停止送入盐酸溶液，改为送入含镓酸性原料液，开始下一个吸附
‑
解吸循环。
实施例2
[0015]将未改性的强酸型阳离子交换树脂用于含镓溶液中镓的吸附提纯，具体方法是：称取2 g 强酸型阳离子交换树脂（如苯乙烯一二乙烯苯共聚基体上带有磺酸基(
‑
SO3H)的树脂（实施例1所用树脂）装入树脂柱中，树脂柱径、树脂填装量与实施例1相同。将实施例1中的含镓酸性原料液（纯度为99%的粗镓用盐酸充分溶解得到的）以4 BV/h的流速送入树脂柱顶端，在树脂柱底部收集流出液，测定流出液中镓的浓度；吸附3h后，流出液中镓浓度大于0.1mg/L时，树脂柱顶端停止送入含镓酸性原料液，改为送入浓度为3mol/L盐酸溶液；收集底部流出液，初始的流出液中杂质总浓度高于镓浓度，将这部分流出液与含镓酸性原料液混合，送入下一吸附循环；当流出液中镓的浓度高于其他杂质总浓度时，持续收集这部分流出液，经测定，其中镓的纯度已达 99.91%，说明经过一次吸附
‑
解吸循环，镓的纯度提高了。当流出液中镓浓度低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镓提纯的离子交换树脂的改性方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将碱性物质加入乙醇溶液中，配制成碱浓度为5
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70%的碱
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乙醇混合液，于20
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100℃下加热，使碱性物质完全溶解；（2）在步骤（1）所得溶液中按照0.1
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5g树脂/100ml溶液的比例加入阳离子交换树脂或阴离子交换树脂，在50
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500rpm的搅拌速度和20
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100℃的条件下搅拌0.1
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5h，停止加热；（3）将步骤（2）所得溶液静置1
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10h，再放入真空干燥箱中于20
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50℃干燥1
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10h，得到改性后的离子交换树脂。2.根据权利要求1所述的镓提纯的离子交换树脂的改性方法，其特征在于：步骤（1）所述的碱性物质为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾或碳酸氢钠。3.根据权利要求1所述的镓提纯的离子交换树脂的改性方法，其特征在于：步骤（2）所述的离子交换树脂包括在苯乙烯一二乙烯苯共聚基体上带有磺酸基(
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SO3H)的强酸型阳离子交换树脂、带有羧酸、磷酸或酚基交换基团的弱酸型苯乙烯系鳌合阳离子交换树脂、在苯乙烯与二乙烯苯的交联共聚物基体上引入季铵基的强碱性阴离子交换树脂、弱碱性丙烯酸系阴离...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘葵，姚钞夫，陈亚松，苏验，李庆余，王红强，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：