从氮化镓芯片生产废料中回收镓、金的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种从氮化镓芯片生产废料中回收金属镓、金的方法，属于金属的回收、再生、资源化技术领域。
【背景技术】
[0002]发光二极管是常用电子元件二极管中的一种，是一种可将电能变为光能的一种器件，属于固态光源。目前发光二极管已在科研和生产领域得到了广泛的应用，主要包含通用照明、景观装饰照明、大屏幕显示、背光显示、交通信号显示、汽车灯、道路照明等。而半导体照明的关键在于其发光芯片，目前主要有砷化镓和氮化镓两种芯片，芯片生产主要有外延片生长、制作电极、减薄、划片、测试等生产环节，由于技术水平的限制，生产过程不可避免地会产生边角料及残次品；其中对砷化镓芯片生产废料的回收已进行了广泛的研宄和应用，例如真空法(刘大春，杨斌等，2004)、酸浸法(Chen，W.T.;Tsai，L.C.等，2012)、有机溶剂萃取(Ahmed, 1.；E1-Nadi, Y.等，2013)、离子交换(FiIik, H.；Apak, R., 1998)和超临界萃取(Chou, ff.-L.；ffang, C.-T.等，2008)等方法。
[0003]而对于氮化镓芯片生产废料的回收还鲜有人涉足，专利“蓝光led氮化镓外延过程尾气回收(CN103130245A) ”中也仅是对生产过程中的含镓、含氨尾气进行回收，而对于固体生产废料并没有采取有效措施。由于芯片上有金制的电极触点，大多数芯片制造厂家都采取王水浸取的方式回收其中的金，而作为芯片主要材料的镓并没有得到有效地回收，且浸取工艺中产生酸性废水，对环境污染严重。鉴于氮化镓基发光二极管作为最有潜力的照明方式，其研宄与应用受到了各国政府的广泛重视和大力支持，目前已逐步取代传统照明光源，未来氮化镓芯片市场需求前景广阔。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决氮化镓芯片生产废料所造成的资源浪费和环境污染问题，提出了一种高效、环保、绿色的氮化镓芯片生产废料中金属镓、金的富集回收方法，使得镓、金得以高效回收，实现了氮化镓芯片生产废料的回收、再生和资源化处理。
[0005]本发明从氮化镓芯片生产废料中回收镓、金的方法，对氮化镓芯片生产废料破碎处理，将获得的含有镓、金成分的颗粒物进行真空冶金回收。
[0006]本发明回收方法中，在适宜的操作参数下，镓的回收率达到95%以上，纯度达到90%以上；金的回收率达到95%以上，纯度大于80%。本发明回收过程中，氮化镓芯片生产废料中的金属均得到有效资源化回收。
[0007]本发明从氮化镓芯片生产废料中回收镓、金的方法中，采用真空冶金分离方法处理含有镓、金成分的颗粒物，回收得到单质镓、金；所述回收方法包括以下步骤:
[0008](I)将氮化镓芯片生产废料破碎得到含有镓、金成分的颗粒物；
[0009](2)将步骤(I)得到的颗粒物置于耐高温坩祸中，再把坩祸放入真空炉中；
[0010](3)真空炉密封后启动真空系统抽气，使真空炉的压力为0.01?1.0Pa ；
[0011](4)启动真空加热炉电源，把坩祸中的样品加热到1000?1300°C，然后保持温度不变，使原料中的含镓化合物充分分解、金属镓、金充分蒸发，保温时间为1.0?3.0h ;
[0012](5)镓、金蒸气在冷凝器上分别得以冷凝，回收得到单质镓、金。
[0013]所述步骤(I)中，将氮化镓芯片生产废料进行破碎，破碎得到的颗粒物的粒径为0.05-0.15mm。
[0014]所述步骤(5)中，镓的冷凝温度区间为450?850°C，镓的回收率达到95%以上，纯度大于90%。金的冷凝温度区间为750?1150°C，金的回收率达到95%以上，纯度大于80%。
[0015]所述步骤(5)中，剩下的残渣主要为二氧化硅，其可用于制备石英制品。
[0016]本发明中，所述“氮化镓芯片生产废料”是指在外延片生长、制作电极、减薄、划片以及测试等生产环节产生的边角料和残次品。
[0017]本发明回收方法，使氮化镓芯片生产废料中金属镓、金得到有效再生，即促进了资源的循环利用，也减少了生产废料本身及传统回收方法对环境的污染。本发明氮化镓芯片生产废料中镓、金的回收方法，具有成本低、高效、无污染等特点；氮化镓芯片生产废料中的各组分都得到了妥善的资源化处置；相比采用酸浸等传统回收电子废弃物中有价金属的方法，本发明回收方法在减少环境污染和节能减排方面尤其具有优势。
【附图说明】
[0018]图1为本发明从氮化镓芯片生产废料中回收镓、金的方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0019]结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的保护内容不局限于以下实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。实施本发明的过程、条件、试剂、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
[0020]图1为本发明氮化镓芯片生产废料中镓、金的回收方法的示意图。如图1所示，首先氮化镓芯片生产废料经过破碎，破碎后的混合物料的粒径为0.05-0.15mm ;所述混合物料即为含有镓、金成分的颗粒物；然后，将含有镓、金成分的颗粒物经过真空冶金分离法进行分离，在适宜的操作参数下，得到金属镓(纯度>90% )和金属金(纯度>80% )。
[0021]其中，“氮化镓芯片生产废料”是指在外延片生长、制作电极、减薄、划片以及测试等生产环节产生的边角料和残次品。
[0022]其中，“适宜的操作参数”是指系统压力0.01?1.0Pa、加热温度1000?1300°C、保温时间1.0?3.0h。
[0023]实施例1
[0024]首先将氮化镓芯片生产废料破碎成粒径为0.05-0.08mm的颗粒物，然后，将得到的颗粒物放入坩祸中，再把坩祸放入真空炉中。真空炉密封后启动真空系统抽气，使真空炉的真空度处于0.05-0.08Pa之间。启动真空炉中的加热体加热坩祸，把坩祸中颗粒物加热到1100°C。然后保持温度不变，使原料中镓、金充分蒸发，蒸发时间为2.0小时。镓蒸气在冷凝器上得以冷凝，本实施例中镓蒸气的冷凝温度区间为480?785°C，镓的回收率为95.7%，纯度为92.3% ;金蒸气在冷凝器上冷凝，本实施例中金蒸气的冷凝温度区间为785?1050°C，金的回收率为95.3%，纯度为81.4%。
[0025]本发明方法中，镓的冷凝温度区间适用450?850°C的温度范围，金的冷凝温度区间适用750?1150°C的温度范围，在上述温度范围内均能够实现单质镓、单质金的回收。镓和金的冷凝温度区间的选取，互相不受限制。
[0026]实施例2
[0027]首先将氮化镓芯片生产废料破碎成粒径为0.06-0.1Omm的颗粒物，然后，将得到的颗粒物放入坩祸中，再把坩祸放入真空炉中。真空炉密封后启动真空系统抽气，使真空炉的真空度处于0.07-0.1Pa之间。启动真空炉中的加热体加热坩祸，把坩祸中颗粒物加热到1250°C。然后保持温度不变，使原料中镓、金充分蒸发，蒸发时间为2.5小时。镓蒸气在冷凝器上得以冷凝，本实施例中镓蒸气的冷凝温度区间为570?820°C，镓的回收率为96.1%，纯度为93.1% ;金蒸气在冷凝器上冷凝，本实施例中金蒸气的冷凝温度区间为820?1113°C，金的回收率为96.2 %，纯度为82.4%。
[0028]实施例3
[0029]首先将氮化镓芯片生产废料破碎成粒径为0.09-0.12mm的颗粒物，然后，将得到的颗粒物放入坩祸中，再把坩祸放入真空炉中。真空炉密封后启动真空系统抽气，使真空炉的真空度处于0.1-1.0Pa之间。启动真空炉中的加热体加热坩祸，把坩祸中颗粒物加热到1300°C。然后保持温度不变，使原料中镓、金充分蒸发，蒸发时间为3.0小时。镓蒸气在冷凝器上得以冷凝，本实施例中镓蒸气的冷凝温度区间为610?850°C，镓的回收率为95.1%，纯度为91.7% ;金蒸气在冷凝器上冷凝，本实施例中金蒸气的冷凝温度区间为850?1150°C，金的回收率为95.7%，纯度为81.6%。
[0030]实施例4
[0031]首先将氮化镓芯片生产废料破碎成粒径为0.11-0.15mm的颗粒物，然后，将得到的颗粒物放入坩祸中，再把坩祸放入真空炉中。真空炉密封后启动真空系统抽气，使真空炉的真空度处于0.01-0.05Pa之间。启动真空炉中的加热体加热坩祸，把坩祸中颗粒物加热到1000°C。然后保持温度不变，使原料中镓、金充分蒸发，蒸发时间为1.0小时。镓蒸气在冷凝器上得以冷凝，本实施例中镓蒸气的冷凝温度区间为450?750°C，镓的回收率为98.7%，纯度为96.2% ;金蒸气在冷凝器上冷凝，本实施例中金蒸气的冷凝温度区间为750?960°C，金的回收率为98.8%，纯度为84.2%。
【主权项】
1.一种从氮化镓芯片生产废料中回收镓、金的方法，其特征在于，将氮化镓芯片生产废料经过破碎，将获得的含有镓、金成分的颗粒物进行真空冶金分离，回收得到单质镓和金。
2.如权利要求1所述从氮化镓芯片生产废料中回收镓、金的方法，其特征在于， (1)将氮化镓芯片生产废料破碎得到颗粒物； (2)将步骤(I)得到的颗粒物置于耐高温坩祸中，把坩祸放入真空炉中； (3)真空炉密封后启动真空系统抽气，使真空炉的压力为0.0l?1.0Pa ； (4)启动真空加热炉电源，把坩祸中的样品加热到1000?1300°C，然后保持温度不变，使物料中的含镓化合物充分分解、金属镓、金充分蒸发，保温时间为1.0?3.0h ; (5)镓、金蒸气在冷凝器上分别得以冷凝，回收得到单质镓、金。
3.如权利要求2所述从氮化镓芯片生产废料中回收镓、金的方法，其特征在于，所述步骤(I)中，所述颗粒物的粒径为0.05-0.15_。
4.如权利要求2所述从氮化镓芯片生产废料中回收镓、金的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，镓的冷凝温度区间为450?850°C，所述镓的回收率达到95%以上，纯度大于90%。
5.如权利要求2所述从氮化镓芯片生产废料中回收镓、金的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，金的冷凝温度区间为750?1150°C，所述金的回收率达到95%以上，纯度大于80%。
6.如权利要求2所述的回收方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所得残渣包括二氧化娃。
【专利摘要】本发明公开了一种氮化镓芯片生产废料中回收镓、金的方法，将氮化镓芯片生产废料经过破碎，将获得的含有镓、金成分的颗粒物进行真空冶金分离，回收得到单质镓、金。本发明方法可有效回收氮化镓芯片生产废料中的镓、金，在减少环境污染和提高资源利用率方面优势突出，具有成本低、高效、无污染等特点。
【IPC分类】C22B58-00, C22B11-02, C22B7-00, C22B9-04
【公开号】CN104532012
【申请号】CN201410785130
【发明人】詹路, 夏发发
【申请人】华东师范大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月17日