ГАДОЛИНИЙ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Гадолиниево-галлиевые гранаты (ГГГ) формулы Gd3Ga5Oi2 используются в производстве компонентов запоминающих устройств. В ходе обработки около 80 % исходного материала превращается в отходы или отбраковывается.

Если процесс выделения приводит к достаточно чистым продуктам, то они могут повторно использоваться в качестве исходного материала. При этом значительно повышается экономичность производства заготовок из ГГГ. Под термином отходы подразумеваются кристаллические остатки (остатки среды для роста кристаллов, части кристаллов, образующиеся на разных стадиях производства), а также мелкий порошок, получающийся при резке, шлифовке и полировке кристаллов граната или подобных материалов.

Переработка этих отходов в течение ряда последних лет вызывает трудности и не решена до сих пор. Все предыдущие попытки были безуспешными из-за низкой растворимости этих сложных оксидов.

Усовершенствованный процесс, разработанный Е. Гуссетом (патент США 4 198231, 15 апреля 1980 г.; фирма «Свисс Алюминиум JIтд.», Швейцария), предназначен для выделения галлия и гадолиния из отходов, содержащих оба эти элемента в виде оксидов или соединений, переводимых в оксиды.

Отходы мелко измельчаются и затем растворяются в сильных минеральных кислотах. Гадолиний осаждается из очищенных растворов в виде оксалата, галлий выделяется в металлическом виде электролитически. Электролитическое выделение галлия может проводиться до выделения гадолиния в виде оксалата из раствора.

Ниже приводится пример проведения такого процесса. Отходы, подвергаемые переработке, представляют собой остатки загрузки в устройства для роста кристаллов, расколотые части кристаллов со всех стадий переработки, мелкозернистые порошки и пудры после операций резки, шлифовки и полировки гранатов Gd3Ga5Oj2.

Мелкозернистые отходы в количестве 1000 г размером lt;40 мкм, содержащих 34 % галлия и 46 % гадолиния кипятятся с обратным холодильником в течение 2 ч в 2100 мл. 35 %-ной соляной кислоты. Это соответствует 99 % загрузки. После кипячения нерастворившаяся часть отходов отфильтровывается и промывается. После высушивания остаток весит 20 г. Остатки такого типа объединяются и подвергаются повторной обработке кипячением. Фильтрат, включающий промывные воды, объемом 2300 мл, обрабатывается 4000 г металлического галлия при 50 0C в течение 45 мин. Металл должен быть максимально диспергирован.

В ходе этой операции более благородные элементы, присутствующие в растворе, выделяются и частично растворяются в галлии до его насыщения я далее осаждаются в виде интерметаллических включений или в элементарной форме. Высаживание можно проводить с меньшими количествами галлия. Металл может периодически заменяться на новую порцию до достижения необходимой степени очистки. В результате процесса очистки получается раствор с содержанием галлия 140 г/л и гадолиния 190 г/л.

Устанавливается величина pH=I путем добавления 900 мл 4 н раствора KOH при перемешивании с последующим добавлением 20 мл 30 %-ного раствора перекиси водорода для окисления примесей железа. Осаждение гадолиния проводится при 50 0C путем добавления 1500 г кристаллической технической щавелевой кислоты C2O4H2^H2O; суспензия аккуратно перемешивается 12 ч для полного осаждения оксалата гадолиния.

Оксалат гадолиния Gd2(C2O4)3-IOH2O отделяется центрифугированием, промывается 200 мл разбавленной щавелевой кислоты (6 г/л) и высушивается при 130 0C; превращение в оксид гадолиния достигается прокаливанием при 800 0C. Последующая очистка может проводиться растворением в кислоте и осаждением в виде оксалата гадолиния.

К жидкости после центрифугирования и промывки осадка (3300 мл) добавляют 2300 г KOH при интенсивном перемешивании до pH=12. 6000 мл раствора с содержанием галлия 55 г/л и гадолиния I г/л подвергается электролизу при 60 0C с использованием катода из нержавеющей стали и графитового анода при плотности тока около 0,1 А/см2. После 48 ч осаждается 325 г галлия и остается раствор с содержанием 0,4 г/л галлия, не подвергаемый дальнейшей переработке.

Осажденный металл имеет чистоту 99,99% и может быть непосредственно превращен в оксид. Содержание гадолиния находится ниже фиксируемого количества — (0,3 ppm), определяемого методом масс-спектрометрии.