[发明专利]从液相外延废液中回收高纯金属镓工艺方法

说明书

本发明属于液相外延制备Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体光电子材料领域，涉及一种对从液相外延废液中回收高纯金属镓工艺方法的改进。

众所周知，Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体液相外延大量地使用高纯金属镓，而在液相外延后，只有不到1％的镓被有效利用，其余99％以上的镓成为废液。因为金属镓属于高纯稀贵金属，价格为4000-4500元/Kg。以每台年产亿只管芯的液相外延设备计，每年需700-1000公斤高纯金属镓，花费300万元以上，仅此一项就占液相外延片成本的50％。目前对高纯金属镓的回收，一般采用电解或化学方法进行回收提纯，其工艺流程复杂、费用高、回收率只有70％左右。

本发明目的是解决已有技术工艺流程复杂、费用高、回收率低等问题，提供一种操作简单方便、成本低、回收率高的废镓液提纯方法。

作为某种提纯手段，通常是根据所要去除的杂质与被提纯的物质某一种或几种性质的显著差别，而需要采用适当的提纯方法。这些特殊性质通常有比重、蒸气压、熔点、沸点、溶解度、电学特性及化学性能等。高纯金属镓的显著特性有熔点低、沸点高、蒸气压低、易氧化，在低温下与纯水不发生反应等。在GaAlAs液相外延过程中只掺进了基质铝Al和锌Zn、砷As、碲Te三种杂质，所以需去除的主要是该四种物质。

本发明的详细内容：首先将适量的高纯去离子水加入废镓液中并加热至100℃；用搅拌器不停地搅拌，用吸浮法去除漂浮在水表面的浮游物质；经多次反复的去除废镓液中的铝Al；再去除锌Zn、碲Te、砷As高蒸气压杂质：在900℃-1200℃高温高真空状态下，使废镓液表面的锌Zn、碲Te、砷As原子向空间挥发，在废镓液下部的锌Zn、碲Te、砷As原子不断向上扩散到废镓液的表面并挥发到空间，从而提取高纯金属镓。

(1)去除铝Al

我们利用澄清法原理，加入高纯去离子水作浮游剂，有效地去除镓废液中的铝。对于比重差别较大的杂质分离，一般采用澄清法分离，其分离时间τ可由公式估算： τ = 9 μH 2 R 2 ( D 2 - D 1 ) G … … … … ( 1 ) ]]>其中τ：杂质颗粒上升或下降时间(秒)

μ：溶液的内摩擦系数(克/厘米/秒)

H：熔化液体高度(厘米)

R：杂质颗粒半径(厘米)

D：杂质颗粒密度(克/厘米³)

D₂：熔化液体密度(克/厘米³)

G：重力加速度(厘米/秒²)

从(1)式得知，为减少杂质上浮或下沉时间τ需减少溶液的内摩擦系数μ和熔化液体高度H；或增加杂质颗粒半径R和杂质与提纯物质比重差D₁-D₂，其中R起主要作用。

(2)、除Zn、Te、As等高蒸气压杂质

金属镓在1000℃的蒸气压只有1mmHg，而Zn、Te、As等杂质在同样温度时的蒸气压大于500mmHg，在高温高真空状态下，废镓液表面的Zn、Te、As原子向空间挥发，废镓液下部的Zn、Te、As原子不断向上扩散到表面并挥发到空间，从而达到提纯目的。