8. Переработка узлов и деталей, содержащих германий

Германий (Ge) имеет атомный вес 72.59, его содержание в земной коре составляет 0.0007 вес.%. Германий представляет собой твердое вещество серо-белого цвета с металлическим блеском.

Как полезное ископаемое, германий встречается в природе в рассеянном виде в виде минералов, в которых этого элемента больше 1%. Это аргиродит, германит, ультрабазит и другие, включая открытые лишь в последние десятилетия – реньерит, штотит, конфильдит и плюмбогерманит.

Германий используется для изготовления кристаллов в жидкокристаллических мониторах.

Из отходов, содержащих германий, поучают германиевый концентрат. Технология извлечения германия из концентрата включает в себя следующие стадии:

1. хлорирование концентрированной соляной кислотой, смесью ее с хлором в водной среде или другими хлорирующими агентами с получением технического GeCl₄. Для очистки GeCl₄ применяют дистилляцию и ректификацию (процесс идет в кварцевых колоннах с насадкой), а также экстракцию (растворение) примесей концентрированной HCl.

Очищенный GeCl₄ обрабатывают водой, из которой с помощью ионообменных смол предварительно изъяты практически все загрязнения. Признаком нужной чистоты служит увеличение удельного сопротивления воды до 15...20 млн. Ом·см.

2. гидролиз GeCl₄, и прокаливание продуктов гидролиза до получения GeO₂:

(4)

3. восстановление GeO₂ очищенным водородом (или аммиаком) до металла с получением порошкообразного германия:

(5)

Для выделения очень чистого германия, используемого в вычислительной техники, проводится зонная правка металла, а для получения монокристаллического германия применяется метод Чохральского (рис. 3.7.).

Рис. 3.7. Схема аппарата для выращивания монокристаллов по методу Чохральского

1 – тигель с расплавом; 2 – кристалл; 3 – холодильник; 4 – печь; 5 – механизм вытягивания

На поверхность расплавленного германия помещают германиевый кристалл-затравку, который постепенно поднимают автоматическим устройством. Температура расплава чуть выше температуры плавления германия (937^°С). Монокристалл из германия медленно вытягивается из расплава со скоростью 1-20 мм/ч и получается заданной кристаллографической ориентации.

Примеси, необходимые для придания германию того или иного типа проводимости (электронной или дырочной), вводят на последних стадиях производства – при зонной плавке и/или в процессе выращивания монокристалла. К сведению: метод очистки зонной плавкой был разработан в 1952 году именно для очистки полупроводникового германия.

9. Переработка узлов и деталей, содержащих серебро

Серебро (Ag) имеет атомный вес 107.868, его крайне малое содержание в земной коре составляет всего 0.00001 вес.%. В некоторых местах серебро встречается в самородном состоянии, однако большая часть серебра выплавляется из комплексных руд:

• свинцово-цинковых – 50 %;

• медных – 15 %;

• золотых – 10 %.

И только 25 % из собственно серебряных руд. За год в мире объем добычи составляет более 10 тыс. тонн.

Чистое серебро – очень мягкий, тягучий металл, плавящийся при 960.8^ºС, имеющий плотность 10.5 г/см³.

Серебро лучше всех металлов проводит электрический ток, что обуславливает его широкое применение в вычислительной технике.

В системном блоке ПЭВМ содержится 5.091336 г серебра.

К серебросодержащему (вторичному) сырью относятся: лом электрических контактов, лом с серебросодержащими покрытиями как металлов (железо, сталь, сплавы цветных металлов), так и неметаллов (стекло, пластмассы, керамика). Толщина слоя металлического серебра может составлять 10 – 1800 мкм [3.1.].

Переработку серебросодержащего сырья осуществляют путем использования пиролизных и гидрометаллургических процессов, обеспечивающих глубокое и комплексное извлечение всех присутствующих в материале благородных металлов с получением товарной продукции (рис. 3.8.).

Рис. 3.8. Структурная схема переработки серебросодержащего сырья

Для шламов, содержащих кроме серебра цветные и благородные металлы, предложен вариант жидкофазного хлорирования, который осуществляется в растворе серной кислоты H₂SO₄ (40-80 г/л) в присутствии хлорного натрия NaCl₂ (30-40 г/л) при соотношении 1:3. выщелачивание ведут при температуре 85-95^ºС и постоянном помешивании с подачей в пульпу газообразного хлора, расход которого – 8…10 дм/час – существенно зависит от состава пульпы. Продолжительность хлорирования составляет 1.5-3 часа. При этом в раствор переходят цветные металлы, золото, платина, железо. А серебро остается в нерастворимом осадке в виде хлористого серебра.

В целях сокращения расхода хлора иногда проводят предварительное выщелачивание в растворе серной кислоты всех присутствующих кислоторастворимых металлов и их соединений, после чего в аппарат подают окислитель. Полученную пульпу разделяют на нутч-фильтре. Осадок промывают водой и направляют на выщелачивание серебра в аммиачную воду:

(6)

После отделения аммиачного раствора серебра от нерастворимых остатков раствор направляют на дисцилляцию с получением в осадке AgCl. В свою очередь водный раствор первого выщелачивания, содержащий цветные и благородные металлы, направляют на выделение последних.

Процесс хлорирования перерабатываемого материала осуществляется в трех-пятикамерном герметичном титановом реакторе. Каждая камера снабжена турбинным перемешивающим устройством.

Газообразный хлор подают в камеры по ходу движения пульпы. Температуру в аппарате поддерживают с помощью глухого пара, пропускаемого через паровую рубашку.

Технология обеспечивает извлечение серебра на 99 – 99,5%. Содержание примесей в осадке хлористого серебра не превышает 0,3 – 0,7%.

Процесс выделения драгоценных металлов сложный и дорогостоящий, но окупаемый, так как драгоценные металлы вторично применяются для создания технических приборов и устройств повышенной сложности.