專利名稱：一種新型提純四氯化鍺的萃取工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型提純四氯化鍺的萃取工藝方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，鍺在軍事、醫(yī)藥、保健、化工等方面的應(yīng)用日見廣泛，特別是 近年來隨著光導(dǎo)纖維和太陽能工業(yè)的迅速發(fā)展，高純度的光纖級(jí)四氯化鍺日益受到了重 視。這對(duì)提純和生產(chǎn)高純度中間產(chǎn)物四氯化鍺提出更高的要求。萃取法作為在20世紀(jì)70、 80年代發(fā)展起來的一種化學(xué)提純方法，最先被應(yīng)用于處理各種低品位礦，目的是使低品位 礦產(chǎn)中的需要回收的有用成分進(jìn)入液相達(dá)到與原礦分離的目的。在應(yīng)用萃取法的過程中， 大量的實(shí)踐和試驗(yàn)證明此法除了具有基本的提取有用成分的作用外，在提純凈化方面也有 不錯(cuò)的效果。在提純和凈化四氯化鍺過程中展示了此法的平衡速度快、選擇性強(qiáng)、分離和富 集效果好、處理容量大、試劑消耗少等比較明顯的優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
為了進(jìn)一步完善和優(yōu)化萃取法在提純四氯化鍺方面的應(yīng)用，申請(qǐng)人結(jié)合實(shí)際生產(chǎn) 情況設(shè)計(jì)了一種新型的萃取工藝，申請(qǐng)人將其命名為噴淋萃取工藝。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種新型提純四氯化鍺的萃取工藝方法，其特征在于 動(dòng)力噴嘴以高速噴射出配以所需輔材的鹽酸萃取劑帶動(dòng)和加速周圍的氣體，形成噴嘴周圍 的真空狀態(tài)，隨后粗GeCl4被吸入到動(dòng)力噴嘴周圍與萃取劑充分乳化混合；這一運(yùn)動(dòng)萃取劑 為驅(qū)動(dòng)物質(zhì)，粗GeCl4為被帶動(dòng)物質(zhì)兩者在噴嘴周圍進(jìn)行充分混合，最后一起進(jìn)入收集箱萃 取分層。分層后的GeCl4在由于比重比較大進(jìn)入萃取柱的下層，萃取劑則在上層；萃取劑通 過循環(huán)泵作用被反復(fù)送到高位的高速噴嘴，反復(fù)帶動(dòng)進(jìn)粗GeCl4并與之充分混合；由此形成 反復(fù)乳化混合的過程。上述的新型提純四氯化鍺萃取工藝方法的專用設(shè)備，其特征在于它由初始進(jìn)料 口 1、循環(huán)泵2、高速噴嘴3、萃取柱4、接料瓶5、尾氣瓶6組成，所述萃取柱4分別與所述尾 氣瓶6和接料瓶5通過管道相連，所述高速噴嘴3通過循環(huán)泵2與萃取柱4形成小循環(huán)，所 述初始進(jìn)料口 1同時(shí)與高速噴嘴3匯合貫通于萃取柱4內(nèi)。本發(fā)明具有如下的有益效果本噴淋萃取工藝為鍺提純提供了一種新的方法，并 在含砷到達(dá)一定范圍時(shí)具有比較明顯的效果。在生產(chǎn)上，增加噴淋萃取工藝減少了不合格 產(chǎn)品返回生產(chǎn)線重新加工的成本。系統(tǒng)密閉，更符合環(huán)保要求；混合效果好，自動(dòng)化程度高。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖和具體實(shí)施方 式并不限制本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。


圖1是GeCl4和AsCl3溶解度隨鹽酸濃度的變化情況圖2是AsCl3在鹽酸和GeCl4中的分配系數(shù)圖；圖3是本發(fā)明的噴淋萃取工藝裝置圖。圖中初始進(jìn)料口 1，循環(huán)泵2，高速噴嘴3，萃取柱4，接料瓶5，尾氣瓶6。
具體實(shí)施例方式化學(xué)原理由于原料復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和蒸餾工序生產(chǎn)不具備精細(xì)除雜的能力，生產(chǎn)出的粗四氯化 鍺中含有相當(dāng)部分以AsCl3為主的多種雜質(zhì)。本方法以除去GeCl4中的AsCl3等多種為主 要目的，基于GeCl4和AsCl3在濃鹽酸中的溶解度不同和霧狀淋洗增加了各分與鹽酸的混合 接觸增強(qiáng)萃取效果。GeCl4在濃鹽酸中的溶解度不大，當(dāng)達(dá)到飽和后與鹽酸相分層。AsCl3在濃鹽酸中 的溶解度大，主要進(jìn)入鹽酸相，只有少數(shù)殘留在GeCl4中。如圖1是GeCl4和AsCl3在濃鹽 酸中的溶解度隨鹽酸濃度的變化情況。由圖1可見濃鹽酸的萃取有利于GeCl4和AsCl3的 分離。圖2則是AsCl3在鹽酸和^14中的分配系數(shù)情況。由圖2得知，在濃度小于0. 1克 分子時(shí)分配系數(shù)隨著AsCl3在鹽酸中濃度的增加而減小，在濃度等于或大于0. 1克分子時(shí) 分配系數(shù)等于或接近1。所以在生產(chǎn)過程中盡可能降低々8(13在濃鹽酸中的濃度，有利于萃 取的效果。為了保證淋洗萃取的更好的進(jìn)行，該過程將在0°C以下進(jìn)行。該淋洗萃取工藝的化學(xué)過程為
ASCI3 (GeCli ι= ASCI3 (HCl 丨K = C1ZC2式中K-分配系數(shù)C1 一鹽酸中的AsCl3的濃度C2-GeCl4 中的 AsCl3 的濃度物料平衡為V1 C^V2 C2 = V2 C0式中Ctl 一初始GeCl4中的AsCl3的濃度V1 一鹽酸體積V2-GeCl4 體積反復(fù)多次則有Cn/C0 = (l/Ks+l)n式中S-V1向V2轉(zhuǎn)變的速度Cn-n次混合萃取之后GeCl4中的AsCl3的濃度可見Cn隨著萃取次數(shù)的增加會(huì)減小，促進(jìn)了下一步從GeCl4中萃取除去AsCl3的 效果。設(shè)備裝置及工藝方法噴淋萃取工藝裝置圖如圖3所示，它由初始進(jìn)料口 1，循環(huán)泵2，高速噴嘴3，萃取柱4，接料瓶5，尾氣瓶6組成，萃取柱4分別與尾氣瓶6和接料瓶5通過管道相連，高速噴 嘴3通過循環(huán)泵2與萃取柱4形成小循環(huán)，初始進(jìn)料口 1也與高速噴嘴3匯合貫通于萃取 柱4內(nèi)。噴淋萃取工藝方法是動(dòng)力噴嘴以高速噴射出配以所需輔材的鹽酸萃取劑帶動(dòng)和 加速周圍的氣體，形成噴嘴周圍的真空狀態(tài)，隨后粗GeCl4被吸入到動(dòng)力噴嘴周圍與萃取劑 充分乳化混合。這一運(yùn)動(dòng)萃取劑為驅(qū)動(dòng)物質(zhì)，粗GeCl4為被帶動(dòng)物質(zhì)兩者在噴嘴周圍進(jìn)行 充分混合，最后一起進(jìn)入收集箱萃取分層。分層后的GeCl4在由于比重比較大進(jìn)入萃取柱的下層，萃取劑則在上層。萃取劑 通過循環(huán)泵作用被反復(fù)送到高位的高速噴嘴，反復(fù)帶動(dòng)進(jìn)粗GeCl4并與之充分混合。由此 形成了反復(fù)乳化混合的過程，保證了萃取劑和粗GeCl4的混合的充分程度，使得萃取提純的 效果更加理想。實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析某三批粗四氯化鍺經(jīng)分析推算其中含砷量分別如表1。表1某三批粗四氯化鍺中含砷 該三批粗GeCl4分別經(jīng)過噴淋萃取處理，根據(jù)計(jì)算我們將萃取劑和粗GeCl4的體積 配比分別定為，噴淋萃取處理過程如表2 表2噴淋萃取處理過程表 在經(jīng)過淋洗萃取工藝后的產(chǎn)品四氯化鍺經(jīng)分析推算其中含砷量分別如表3表3產(chǎn)品四氯化鍺四氯化鍺中含砷 推算除砷效果Fl 到產(chǎn)品 Fll (5. 235g/l_19. Oppm)/5. 235 = 99. 63%F2 到產(chǎn)品 F21 (3. 456g/l_15. 5ppm)/3. 456 = 99. 55%F3 到產(chǎn)品 F31 (2. 544g/l_10. 5ppm) /2. 544 = 99. 58%
為了進(jìn)一步驗(yàn)證淋洗萃取的效果，將該淋洗萃取后的四氯化鍺經(jīng)精餾、水解、還原 到鍺錠，并在其他工藝條件完全一致的情況下與未經(jīng)淋洗萃取的對(duì)應(yīng)粗四氯化鍺的鍺錠進(jìn) 行對(duì)比(還原鍺錠的合格技術(shù)指標(biāo)電阻彡10 Ω · cm)。表4三批GeCl4處理前還原鍺錠的各點(diǎn)電阻情況 表5三批GeCl4處理后還原鍺錠的各點(diǎn)電阻情況 從試驗(yàn)結(jié)果來看該三批含砷粗四氯化鍺的被除砷率分別為99. 63 %、99. 55 %、 99. 58%，這充分說明淋洗萃取在除砷方面具有比較理想的效果。如果砷含量不能被控制在 一定范圍下，則在鍺生產(chǎn)過程中過量的AsCl3殘留在GeCl4中，當(dāng)超出常規(guī)提純系統(tǒng)的提純 能力時(shí)，就會(huì)隨主要產(chǎn)品鍺進(jìn)入最終的還原階段以單質(zhì)雜質(zhì)的形式或與其他雜質(zhì)形成互補(bǔ) 的形式存在與還原鍺錠之中導(dǎo)致低電阻或者混型異常高電阻。從表3和表4可以看出，砷含量過高導(dǎo)致了還原鍺錠的低電阻，導(dǎo)致產(chǎn)品的不合 格。所以在原有的工藝基礎(chǔ)上增加了噴淋萃取工藝大大改善了因?yàn)楦呱閷?dǎo)致還原鍺錠低電 阻的問題，同時(shí)也為下道工序的物理除雜減輕了負(fù)擔(dān)。當(dāng)然，萃取工序畢竟是一個(gè)比較粗略的除雜過程，只有當(dāng)含砷量達(dá)到一定的數(shù)值的時(shí)候才適用。對(duì)于含砷較微量的GeCl4，申請(qǐng)人不建議僅僅依靠此法來除砷。此外，砷雜 質(zhì)對(duì)多晶鍺錠的型號(hào)和電阻的影響只是眾多影響因素的一部分，在除去砷的過程中還應(yīng)積 極采取措施除去其他雜質(zhì)，將各雜質(zhì)的含量降到最低，提高鍺錠的純度。
權(quán)利要求
一種新型提純四氯化鍺的萃取工藝方法，其特征在于動(dòng)力噴嘴以高速噴射出配以所需輔材的鹽酸萃取劑帶動(dòng)和加速周圍的氣體，形成噴嘴周圍的真空狀態(tài)，隨后粗GeCl4被吸入到動(dòng)力噴嘴周圍與萃取劑充分乳化混合；這一運(yùn)動(dòng)萃取劑為驅(qū)動(dòng)物質(zhì)，粗GeCl4為被帶動(dòng)物質(zhì)兩者在噴嘴周圍進(jìn)行充分混合，最后一起進(jìn)入收集箱萃取分層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型提純四氯化鍺的萃取工藝方法，其特征在于分層后的 GeCl4在由于比重比較大進(jìn)入萃取柱的下層，萃取劑則在上層；萃取劑通過循環(huán)泵作用被反 復(fù)送到高位的高速噴嘴，反復(fù)帶動(dòng)進(jìn)粗GeCl4并與之充分混合；由此形成反復(fù)乳化混合的過 程。
3.—種權(quán)利要求1所述的新型提純四氯化鍺萃取工藝方法的專用設(shè)備，其特征在于 它由初始進(jìn)料口⑴、循環(huán)泵⑵、高速噴嘴(3)、萃取柱(4)、接料瓶(5)、尾氣瓶(6)組成， 所述萃取柱(4)分別與所述尾氣瓶(6)和接料瓶(5)通過管道相連，所述高速噴嘴(3)通 過循環(huán)泵(2)與萃取柱(4)形成小循環(huán)，所述初始進(jìn)料口(1)同時(shí)與高速噴嘴(3)匯合貫 通于萃取柱(4)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型提純四氯化鍺的萃取工藝方法。提純是鍺冶金工業(yè)的主題。本發(fā)明結(jié)合萃取理論，通過實(shí)驗(yàn)研究出一種新型的四氯化鍺的提純工藝。AsCl3等物質(zhì)在鹽酸和GeCl4中的溶解情況有較大差異，用鹽酸作為萃取劑萃取粗GeCl4中的AsCl3等物質(zhì)可以達(dá)到提純GeCl4的目的。傳統(tǒng)上萃取用于提取混合物中有效成分，近年來萃取法被用于提純作用，如何充分有效的混合萃取劑和被萃取物成為了一個(gè)比較關(guān)鍵的問題。高速噴淋是一種能夠有效的使萃取劑和粗GeCl4充分混合的方法，實(shí)驗(yàn)論證在現(xiàn)有的工藝條件基礎(chǔ)上增加該工藝可以大大降低低電阻鍺錠出現(xiàn)的數(shù)量，將產(chǎn)品合格率提高到90％。
文檔編號(hào)C01G17/04GK101891243SQ20101019811
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者劉閱, 周加軍, 汪洋 申請(qǐng)人:南京中鍺科技股份有限公司