[发明专利]一种超高纯镓的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高纯镓的生产方法。

背景技术

超高纯金属镓是一种重要的半导体基础材料，随着其系列化合物砷化镓、磷化镓、镓铝砷等在高速集成电路、LED、光敏元件等领域内广泛应用，高纯镓的市场需求迅速增加。目前世界高纯镓的消耗量为200t.a^-1，仅日本的消耗量就超过120t·a^-1，且全球消费量每年以超过20％的幅度增加。高纯镓也是我国重点发展的高新材料之一。

目前，超高纯金属镓主要是通过电解精炼、区域熔炼、拉单晶、分步结晶以及真空蒸馏等金属材料提纯精炼技术中的几种组合来直接制取得，例如，专利文献CN85102460就采用了“电解-结晶联合法生产高纯镓”，在其中，首先使用电解法，以熔融状的99.99%的镓作阳极，以熔融状的精制镓作阴极进行电解，在阴极得到6N纯度的金属镓，然后，再对阴极镓进行结晶分离，最后得到7N纯度的金属镓。专利文献CN200310115208.X的专利公开了一种采用“低温电解-区域熔炼组合技术生产高纯镓”的方法，在其中，首先使用低温电解提纯两次，然后将阴极得到的金属镓再进行区域熔炼提纯，最后得到99.9999~99.99999%的超高纯金属镓。上述金属材料镓的直接提纯方法普遍存在着如下的缺点：设备结构复杂、投资大，操作条件控制苛刻，产量低，生产时间长等，这就使得其大规模工业可实施性变差。

因此，人们对于设备简单、投资小、便于操作、产量高、有利于工业化生产的超高纯金属镓的生产方法仍存在需求。

发明内容

现有技术中尚没有采用有机化合物纯化-热分解法间接生产超高纯镓的方法。因此，有必要设计一种以粗镓为原料，通过生成金属有机化合物，对金属有机化合物进行超纯纯化，最后再热分解为超高纯金属镓的方法，以便克服上述金属材料传统提纯精炼方法的缺陷。

因此，本发明的目的在于针对上述金属材料镓直接提纯技术的不足，提供一种设备简单、投资小，便于操作，产量高，有利于工业化生产的超高纯金属镓的生产方法。

本发明所提供的超高纯镓的生产方法，包括以下步骤：

（1）在惰性气氛保护下，将原料粗镓与粗镁的混合颗粒和有机溶剂混合，加热至回流，在搅拌下添加卤代甲烷，卤代甲烷添加完后，继续回流得到混合物；

（2）将上述混合物放置至室温后过滤，滤液减压蒸馏除去溶剂，然后将馏余物在冰水浴、减压条件下使析出物质A，将该物质A加热得到物质B；

（3）将上述物质B采用精密减压精馏装置进行精馏纯化，在所述精密减压精馏装置的精馏塔顶部收集精馏产物得到物质C，然后将所述物质C采用刮膜式分子蒸馏装置进一步纯化，得到物质D；

（4）在惰性气氛保护下，将所述物质D用紫外光照射，即得到超高纯镓。

优选地，所述步骤（1）中，所述原料中，单质镓与单质镁的重量之和以100%计时，单质镓与单质镁的重量百分比为30~70%:70~30%；所述卤代甲烷与所述原料中单质镓的摩尔比为3~6:1。

优选地，所述步骤（1）中，所述卤代甲烷为CH₃Br或CH₃I；所述卤代甲烷的添加方式为滴加，时间为3~5小时；所述继续回流的时间为3~5小时；所述有机溶剂选自无水的乙醚、四氢呋喃和甲基四氢呋喃中。

本领域技术人员可以理解，所述有机溶剂的量没有特别的限制，只要能够使反应平稳进行即可。

更优选地，所述步骤（1）中，所述卤代甲烷与所述原料中单质镓的摩尔比为5:1；所述卤代甲烷的滴加时间为4小时；所述继续回流的时间为4小时；所述有机溶剂为无水乙醚。

所述步骤（1）中，反应方程式如下所示：

Ga-Mg（混合物）+CH₃X→Ga(CH₃)₃+MgX₂（X为Br或I）

优选地，所述步骤（2）中，所述减压条件的压力为1~100mmHg；所述加热的温度为70℃~140℃，时间为3~5小时，更优选为4小时。

所述步骤（2）中，所述物质A为三甲基镓与有机溶剂形成的配合物；所述加热是使所述物质A配合物解配形成三甲基镓。