从含铁离子和磷酸根离子溶液中回收镓的研究

摘要：本文研究了PO4^3-对Ga3+和Fe3+沉淀过程的影响，以及含PO4^3-溶液中Fe^3+对Ga^3+沉淀过程的影响。实验结果表明PO4^3-对Ga^3+和Fe^3+的沉淀过程具有促进作用，当PO4^3-与金属的摩尔比小于1：1时影响比较显著，摩尔比大于1：1后，PO4^3-的影响不再变化。在含PO4^3-的溶液中Fe^3+可以使Ga^3+在较低的pH值下发生沉淀，镓沉淀率随着Fe^3+：Ga^3+摩尔比的增加而增加。

关键词：镓；铁；磷酸根；沉淀；回收

镓是一种重要的稀散金属，主要用于制造半导体、发光二极管、集成电路和数字存储器等。镓很少形成有工业价值的独立矿床，主要是从一些工业生产过程的副产物中提取，例如氧化铝生产过程的循环液，湿法炼锌过程的锌浸出渣等。由于镓的需求量在不断增加，促使人们寻找镓的新资源以及提取方法。磷灰石在电炉中还原熔炼生产黄磷时，原料中的镓在静电除尘的烟尘中可富集至0.05％以上，使之成为镓的新资源。本实验室采用钛白废酸从电尘中提取镓，通过实验发现采用该方法可以从电尘中比较完全地浸出镓，浸出液中镓浓度为0.1g／L，二价铁浓度为3lg／L，同时也含有较高浓度的磷酸根离子，将浸出液中和至pH值3.40，可使镓完全沉淀。同时浸出液中也含有大量其他成分，会与镓一起沉淀，为了减少溶液中其他物质的沉淀量，提高沉淀中镓的含量，尝试在较低的pH值下进行沉淀。

共沉淀方法可以使溶液中的金属离子在较低的PH下比较完全地沉淀，例如

Karthikeyan，Crawford等人利用铁铝等金属离子的水合氧化物从溶液中回收铜离子，镍离子和锌离子。本文尝试采用共沉淀法从溶液中回收镓离子，首先使溶液中的一部分二价铁离子氧化为三价铁离子，然后调节溶液的pH值，使三价铁离子在较低的pH值下沉淀，在铁离子的沉淀过程中，使镓离子和铁离子发生共沉淀，从而在较低的PH值下回收溶液中的镓。

在电尘的浸出液中含有磷酸根，其对镓和铁的沉淀过程可能产生影响，因此首先研究了磷酸根对镓离子和三价铁离子的沉淀过程的影响；然后研究了含有镓离子、三价铁离子和磷酸根的溶液中镓的沉淀过程。

1 实验

1.1 材料和试剂

所用试剂均为分析纯，Fe^3+，Ga^3+，PO4^3-储备液用硫酸铁，硫酸镓，磷酸和蒸馏水配制。

1.2 实验方法

沉淀实验在三日烧瓶中进行，先将计量的溶液加入烧瓶，置于恒温水浴加热，同时开动搅拌，达到预定温度后加入氢氧化钠溶液调节反应体系的pH值，溶液调至一定pH值后反应30min，然后取样分析溶液中的镓、铁。镓的分析采用罗丹明B分光光度法，铁的分析采用磺基水杨酸分光光度法。

2 实验结果及讨论

2.1 PO4^3-对Ga^3+沉淀过程的影响

溶液中无磷酸根时，浓度为0.1g／L的含镓溶液，在PH2.8以上开始沉淀，至pH4.1时Ga^3+沉淀完全。加入磷酸盐后，沉淀所需要的pH值降低。例如当磷／镓摩尔比在0.5：l时，PH2.6下开始沉淀，至PH3.8左右沉淀完全。当溶液中磷／镓摩尔比达到1：1，PH2.3下即开始沉淀，至PH3.5左右沉淀完全。此后磷／镓摩尔比继续增加对镓的沉淀无明显影响。

2.2 PO4^3-对Fe^3+沉淀过程的影响

与镓的沉淀相似，溶液中存在PO4^3-时，沉淀Fe^3+所要求的pH值向低的方向移动，至磷／铁摩尔比值达到1：l后，Fe^3+沉淀所要求的pH值最低。Fe^3+浓度为1g／L，磷酸根与铁离子的摩尔比为1：1时，Fe^3+在pH值1.4左右开始沉淀，到pH值2.2左右沉淀完全。

2.3 Fe^3+对Ga^3+沉淀过程的影响

Fe^3+对Ga^3+沉淀过程的影响如图1所示，图中曲线1和曲线2分别表示浓度为0.1g／L的含Ga3+溶液和浓度为0.2g／L的含Fe3+溶液在金属离子(Ga^3+或Fe^3+)与PO4^3-摩尔比为l：1.2时的沉淀曲线，从图中可以看出 Fe^3+比Ga^3+容易沉淀。曲线3，4，5表示铁离子和镓离子共存时镓的沉淀曲线，其中(Ga3++Fe3)：PO4 3-=1：1.2，Ga^3+：Fe^3+分别为2：1，5：l和l0：l。从图中可以看出，Fe^3+：Ga^3+为2：1，PH值1.8时，即有10％的Ga^3+沉淀出来，若无Fe^3+抖存在，此时Ga尚未开始沉淀；当PH值为3时，Ga几乎完全沉淀，若无Fe^3+存在，Ga^3+在PH3.5才能完全沉淀。从图中还可以看出，随着铁离子和镓离子比值的增加，在相同pH值下Ga3+的沉淀率逐渐增加。当Fe^3+：Ga^3+ 从0增加到5：1时，Ga^3+完全沉淀时的PH从3.5降低到3.0。

为了考察共沉淀法从实际浸出液回收镓的效果，向镓浓度为0.1g／L，二价铁浓度为31g／L的浸出液中通入空气，产生少量Fe3+，然后中和至pH2.9，镓的沉淀率为99.65％，沉淀中镓的含量为0.823％；同样组成的浸出液直接中和至pH3.4，镓的沉淀率为99.49％，沉淀中镓的含量为0.641％。从实验结果可以看出，采用共沉淀法可以在较低的pH值下回收镓，并且沉淀中镓的含量较高。

3 结 语

(1)PO4^3-对Ga^3+和Fe^3+的沉淀过程具有促进作用，当PO4^3-与金属的摩尔比小于l：1时影响比较显著，摩尔比大于1：1后，PO4^3-的影响不再变化。

(2)在含 PC 的溶液 中Fe^3+可以使Ga^3+在较低的pH值下发生沉淀，镓沉淀率随着Fe^3+：Ga^3+摩尔比的增加而增加。

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