Brevet FR2495599A1 — publié le 19820611

PROCEDE DE PURIFICATION D'UNE SOLUTION DE GALLIUM PAR EXTRACTION LIQUIDE-LIQUIDE A L'AIDE D'ALCOOLS La présente invention concerne un procédé de purification d'une solution de gallium en vue d'obtenir une solution de chlorure de gallium de très haute pureté. Elle a trait plus particulièrement à un procédé de purification de solution aqueuse chlorhydrique de gallium dans les divers éléments et en particulier en fer à l'état ferrique, par extraction liquide-liquide à l'aide d'alcools. Les diverses applications du gallium, notamment dans le domaine de l'électronique nécessitent d'obtenir celui-ci à des degrés de pureté très grands. Si la séparation du gallium de certains cations métalliques à l'aide de certains solvants a été réalisée, la séparation du gallium de divers éléments et en particulier du fer à l'état ferrique ne s'avèrait jusqu'à présent pas possible sans réduction préalable de celui-ci à l'état ferreux (Chemical Abstracts Vol. 92 (1979) 9435c). La demanderesse, surmontant le préjugé technique selon lequel notamment la séparation du gallium et du fer à l'état ferrique par extraction à l'aide de solvants n'est pas possible, a mis au point un procédé de purification des solutions de gallium qui permet d'obtenir une excellente purification de celle-ci dans les divers éléments et en particulier en fer à l'état ferrique. Ce procédé opère l'extraction sélective du gallium de la solution contenant les divers éléments et en particulier le fer à l'état ferrique à l'aide d'alcools comme agent d'extraction. La présente invention concerne en effet un procédé de purification d'une solution aqueuse chlorhydrique de gallium par extraction liquide-liquide à l'aide d'un agent d'extraction caractérisé en ce que l'on met en contact la solution aqueuse chlorhydrique de gallium avec une phase organique contenant comme agent d'extraction un alcool substantiellement insoluble dans l'eau, on sépare la phase organique de la phase aqueuse, le gallium étant extrait sélectivement dans la phase organique, on met en contact la phase organique avec de l'eau ou une solution d'acide chlorhydrique pour réaliser une opération de lavage sélectif de cette phase organique, puis on opère le transfert du gallium purifié de la phase organique dans une solution aqueuse et enfin on sépare la phase organique de la phase aqueuse obtenue, la phase aqueuse contenant le chlorure de gallium pur. Selon le procédé de l'invention, on met en. contact la solution aqueuse chlorhydrique de gallium avec une phase organique contenant un agent d'extraction du gallium insoluble dans l'eau et, éventuellement un diluant inerte, de façon à ce que le gallium soit extrait sélectivement dans la phase organique. Les solutions aqueuses chlorhydriques de gallium que l'on peut purifier selon le procédé de l'invention, en vue d'obtenir des solutions de très grande pureté, peuvent être d'origine très diverses. Elles présentent une acidité libre en HCl comprise entre environ 1 et environ 8N et de préférence entre 2 et 6N. Elles peuvent également contenir des mélanges d'acide chlorhydrique et d'autres acides tels que l'acide sulfurique ou l'acide perchlo- rique. Les impuretés contenues dans ces solutions peuvent être très variées en nature et en quantité, celles-ci peuvent être constituées par les divers cations métalliques de la classifi- cation périodique des éléments et notamments ceux de calcium, magnésium, aluminium, vanadium, chrome, cuivre, manganèse, sodium, zinc, cobalt, nickel, plomb, cadmium, indium, barium, strontium, potassium, titane, lanthanides, yttrium, arsenic, fer (à l'état ferrique en particulier), phosphore, étain-, bore, etc... Par ailleurs, la concentration en gallium dans -ces solutions peut varier dans de très larges limites et, à titre purement indicatif, par exemple entre environ 500 mg/l et environ 300 g/l. Les alcools que l'on peut mettre en oeuvre selon le procédé de l'invention sont ceux qui contiennent de préférence un nombre d'atomes de carbone compris entre environ 4 et environ 10 de manière qu'ils soient substantiellement non miscibles dans l'eau et suffisamment fluides pour éviter les problèmes de mise en oeuvre. Parmi ceux-ci on peut utiliser par exemple: le pentanol, le n-butanol, l'isobutanol, le cyclohexanol, le n-hexanol 1, le 2-éthylhexanol, le n-heptanol, le n-octanol, l'isooctanol, le n-décanol et l'isodécanol. On utilise de préférence le 2-éthylhexanol pur c'est-à-dire non dilué. La proportion en agent d'extraction dans la phase organique n'est pas critique et peut varier dans de larges limites et avantageusement entre 10 et 100 Z en volume rapporté à la phase organique. Lorsque leur viscosité le permet, les alcools sont de préférence utilisés non dilués afin de maintenir les volumes de liquide et donc la taille des installations au minimum. La phase organique peut éventuellement contenir un diluant, celui-ci peut notamment être choisi ainsi qu'il est bien connu de l'homme de l'art parmi les composés aliphatiques comme l'heptane, le dodécane, l'hexane; les coupes pétrolières du type kérosène; les composés aromatiques comme, par exemple, le benzène, le toluène, l'éthylbenzène, le xylène et les coupes du type Solvesso (marque déposée par la Société Exxon) et enfin les dérivés halogénés de ce composé comme, par exemple, le chloroforme et le tétrachlorure de carbone. On sépare la phase organique de la phase aqueuse, le gallium étant extrait sélectivement dans la phase organique; on met en contact la phase organique avec de l'eau ou une solution d'acide chlorhydrique pour réaliser une opération de lavage sélectif de cette phase organique par élimination des impuretés restantes. La concentration de la solution d'acide chlorhydrique est avantageu- sement inférieure à environ 6M. La solution aqueuse de lavage obtenue qui contient les impuretés et un peu de gallium peut être éventuellement recyclée avec la solution aqueuse chlorhydrique initiale de gallium pour subir de nouveau les opérations de purification. Puis, on opère le transfert du gallium purifié de la phase organique dans une solution aqueuse en contactant la phase organique avec de l'eau et enfin on sépare la phase organique de la phase aqueuse obtenue, la phase aqueuse contenant le chlorure de gallium pur. La pureté de la solution aqueuse de gallium ainsi obtenue est supérieure à 99,99 %. Les étapes d'extraction, de lavage sélectif et de récupération du gallium peuvent être mises en oeuvre dans des dispositifs classiques utilisés dans les procédés d'extraction liquide-liquide. De tels dispositifs comprennent généralement plusieurs étages de systèmes mélangeurs- décanteurs ou de colonnes garnies et/ou agitées, agencés pour réaliser les opérations d'extraction, de lavage sélectif et de récupération en phase aqueuse de l'élément extrait. Les exemples qui vont suivre illustrent l'invention sans en limiter la portée. EXEMPLE On opère la purification d'une solution (G) de chlorure de gallium ayant la composition suivante: Ga: 40g/1 HC1: 5,6N A1: 5mg/1 Na: 3mg/1 3+ Fe3: 800mg/1 Ca: 10mg/l1 Mg: 2mg/1 Cr: lmg/l1 V: lmg/l Cu: 0,4mg/1 Mn: lmg/l Zn: 2mg/1 On met en contact celle-ci avec une phase organique constituée de 2-éthylhexanol (S). Cette opération est réalisée selon le dispositif décrit à la figure 1 dans une batterie d'extraction liquide-liquide (A) fonctionnant à contre-courant et comprenant 30 étages théoriques. Le 2-éthylhexanol alimente la batterie à l'étage 1 avec un débit de 100ml/h. La solution de gallium est introduite dans la batterie à l'étage 11 avec un débit de 145ml/h. Le lavage sélectif est réalisé par introduction à l'étage 30 d'une solution d'acide chlorhydrique (HC1) 0,5N avec un deébit de 45ml/h. 249S599 La phase aqueuse épuisée (E) sortant de l'étage 1 contient les impuretés et moins de 10Omg/l de gallium, ce qui correspond à un taux d'extraction supérieur à 99,5 %. Le 2-ethylhexanol chargé en gallium sortant de la batterie A alimente une batterie B de 5 étages dans laquelle on récupère le chlorure de gallium (GaC13) en solution aqueuse par mise en contact à contre-courant de (S), avec de l'eau (eau) avec un débit de 95ml/h. On obtient une solution de GaC13 dont la composition est la suivante: Ga: 59,6g/1 A1 99,99 %. 249S599 REVENDICATIONS 1) Procédé de purification d'une solution aqueuse chlorhydrique de gallium par extraction liquide-liquide à l'aide d'un agent d'extraction caractérisé en ce que l'on met en contact la solution aqueuse chlorhydrique de gallium avec une phase organique contenant comme agent d'extraction un alcool, on sépare la phase organique de la phase aqueuse, on met en contact la phase organique avec de l'eau ou une solution d'acide chlorhydrique pour réaliser une opération de lavage sélectif de cette phase organique, puis on opère le transfert du gallium purifié de la phase organique dans une solution aqueuse et enfin on sépare la phase organique de la phase aqueuse obtenue, la phase aqueuse contenant le chlorure de gallium pur. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'alcool mis en oeuvre contient un nombre d'atomes de carbone compris entre 4 et 10 et est choisi parmi le groupe comprenant le pentanol, le n-butanol, l'isobutanol, le cyclohexanol, le n-hexanol, le 2-éthylhexanol, le n- heptanol, le n-octanol, l'isooctanol, le n-décanol, l'isodécanol. 3) Procède selon la revendication 1 caractérisé en ce que la solution d'acide chlorhydrique utilisée dans l'opération de lavage sélectif présente une concentration inférieure à 6M.