Переработка узлов и деталей, содержащих гадолиний и галлий

Гадолиниево-галлиевые гранаты образуются в производстве компонентов запоминающих устройств. В ходе обработки около 80 % материала превращается в отходы или отбраковывается. Они имеют высокую стоимость, поэтому выделение их из отходов представляет интерес с экономической точки зрения. Если процесс выделения приводит к достаточно чистым продуктам, то они могут повторно использоваться в качестве исходного материала.

Галлий (Ga) имеет атомный вес 69.72, относится к числу редких металлов: содержание в земной коре составляет не более 0,001 вес. %. В свободном состоянии представляет собой серебристо-белый мягкий металл с температурой плавления 29.7^ºС.

Галлий можно получить из отходов цветной металлургии, главным образом из цинковых концентратов.

Гадолиний (Gd) имеет атомный вес 157.25, относится к лантаноидам, является металлом с плотностью в свободном состоянии 7.89 г/см³ и температурой плавления 1312^ºС.

Из-за сложности получения галлия и гадолиния из природного сырья особое значение приобретает утилизация этих металлов с целью повторного использования.

Основой запоминающих устройств ПЭВМ являются гадолиниево-галлиевые гранаты, имеющие формулу Gd₃Ga₅O₁₂, которые могут быть извлечены после окончания срока эксплуатации ПЭВМ [3.4.].

Галлий и гадолиний выделяют из отходов, содержащих эти элементы в виде оксидов или соединений, переводимых в оксиды.

Усовершенствованный технологический процесс выделения предназначен для выделения галлия и гадолиния из отходов и приводит к достаточно чистым продуктам, которые могут быть повторно использованы, в том числе и в качестве исходного материала.

Усовершенствованный технологический процесс строится по следующей схеме [3.9.].

Отходы подвергаются измельчению до состояния порошка, который высушивается при температуре 120^°С. После чего подвергается нагреву при температуре 600^°С в течение нескольких часов для разложения летучих загрязнений.

Отходы, подвергаемые переработке, представляют собой остатки среды для роста кристаллов, расколотые части кристаллов со всех стадий переработки, мелкозернистый порошок после операций резки, шлифовки и полировки гранатов.

Мелкозернистые отходы в количестве 1000 г размером 40 мкм, содержащих 34% галлия и 46% гадолиния кипятятся с обратным холодильником в течение 2 часов в 2100 мл 35%-ной соляной кислоты HCl, что соответствует 99% загрузки. После кипячения нерастворившаяся часть отходов отфильтровывается и промывается. После высушивания остаток должен быть максимально диспергирован и составлять примерно 20 г.

В ходе данной технологической операции более благородные элементы, присутствующие в растворе, выделяются и частично растворяются в галлии до его насыщения и далее осаждаются в виде интерметаллических включений или в элементарной форме.

В результате процесса очистки получается раствор с содержанием галлия 140 г/л и гадолиния 190 г/л.

Затем для получившегося раствора устанавливается величина водородного показателя рН=12 путем добавления 900 мл 4%-го раствора КОН при перемешивании с последующим добавлением 20 мл 30%-ного раствора перекиси водорода – для окисления примесей железа. Осаждение гадолиния проводится при 50^°С путем добавления 1500 г кристаллической технической щавельной кислоты С₂О₄Н₂•2Н₂О. Образовавшаяся суспензия аккуратно перемешивается 12 часов для полного осаждения оксалата гадолиния.

Оксалат гадолиния Gd₂(C₂O₂)•10Н₂О отделяется центрифугированием, промывается в 200 мл разбавленной щавельной кислоты (6 г/л) и высушивается при 130^°С. Превращение в оксид гадолиния достигается прокаливанием при 800^°С. Последующая очистка может проводиться растворением в кислоте и осаждением в виде оксалата гадолиния.

К жидкости после центрифугирования и промывки осадка, составляющего 3300 мл, добавляют 2300 г КОН при интенсивном перемешивании и доводят величину водородного показателя рН до 12.

После этого 6000 мл раствора с содержанием галлия 55 г/л и гадолиния
1 г/л подвергается элек­тролизу при 60^°С с использованием катода из нержавеющей стали и графитового анода при плотности тока около 0,1 А/см².

После 48 часов осаждается 325 г галлия, и остается раствор с содержанием 0,4 г/л галлия, не подвергаемый дальнейшей переработке.

Осажденный галлий имеет чистоту 99,99 % и может быть непосредственно превращен в оксид. Содержание в нем гадолиния находится ниже фиксируемого количества, определяемого методом масс-спектрометрии.