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RÉSUMÉ
Métal amphotère, le gallium est un élément aux propriétés semblables à celles de l’aluminium, récupéré essentiellement par hydrométallurgie. La source de gallium la plus abondante est représentée par les bauxites. En sont extraites des liqueurs Bayer possédant des concentrations en gallium pouvant atteindre 200 mg/L. La deuxième source provient des résidus de zinc électrolytique. La troisième source est constituée par les cendres volantes produites par la combustion du charbon et comme sous-produit de l’alumine. Le marché du gallium est étroitement lié à la demande dans le secteur de l’optoélectronique qui utilise comme substrats l’arséniure et le nitrure de gallium. Plus récemment, le gallium a été retenu dans le domaine médical pour le traitement du cancer et des maladies d’Alzheimer.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre BLAZY : Professeur Honoraire - Ancien Directeur de l'École Nationale Supérieure de Géologie de Nancy (ENSG)
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El-Aïd JDID : Docteur ès Sciences - Ingénieur de Recherche au Laboratoire Environnement et Minéralurgie (LEM), UMR 7569, Nancy Université (ENSG-INPL), CNRS
INTRODUCTION
Le gallium est un élément aux propriétés semblables à celles de l’aluminium. C’est un sous-produit du traitement de la bauxite par le procédé Bayer. De faibles quantités proviennent aussi des résidus de la métallurgie du zinc.
Le gallium est récupéré par hydrométallurgie à partir des :
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liqueurs Bayer. Il est produit par différents procédés, tels que :
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précipitation par carbonatation contrôlée,
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cémentation,
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extraction par solvants,
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résines,
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électrolyse ;
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-
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résidus zincifères, après lixiviation. Il est extrait par des procédés fondés sur l’extraction par solvants et la séparation sur résines.
Les principaux composés du gallium, surtout utilisés en électronique, sont :
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l’arséniure de gallium, GaAs qui peut convertir de l’électricité en lumière (diodes électroluminescentes, DEL) et, inversement, de la lumière solaire en électricité (panneaux solaires). Il est aussi utilisé dans les circuits intégrés ;
-
le nitrure de gallium, GaN, qui sert à fabriquer des DEL et des diodes à laser, (également utilisé dans les circuits intégrés).
La production mondiale annuelle de gallium primaire est de l’ordre de 95 tonnes en 2008. La France, les États-Unis et le Japon en sont les principaux raffineurs. Le recyclage, à partir des chutes de fabrication et des usages électroniques, constitue une source significative du gallium.
Le marché du gallium est étroitement lié à la demande dans l’optoélectronique pour GaAs et GaN. Il n’y a pas de substituts satisfaisants du gallium.
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Effets du gallium sur santé et environnement
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8. Recyclage du gallium à partir des scraps de GaAs
Dans le cas des scraps de fabrication d’arséniure de gallium, la mise en solution nitrique est plus efficace que les mises en solution chlorhydrique et sulfurique. En milieu HNO3 2 N et à une température de 60 °C, le taux de dissolution atteint 99 % au bout de 2 heures .
Sumitomo Metal Co. (Japon) a développé un raffinage chlorurant pour traiter ces scraps . Le matériau du réacteur utilisé pour cette opération est le quartz, étant donné le caractère très corrosif des chlorures. La chloration est réalisée par Cl2 gazeux sur un mélange GaAs et As, car il est préférable que le rapport Ga/As soit inférieur à 1. La réaction est exothermique et la chaleur réactionnelle suffit à l'entretenir. Les chlorures sont distillés dans une colonne en quartz. Le trichlorure d’arsenic (AsCl3) et les impuretés, dont les températures d’ébullition sont basses (comme GeCl4), sont extraits à environ 130 °C.
Étant donné que les scraps de GaAs ne contiennent que peu d’impuretés, la pureté de AsCl3 peut être relativement élevée. Après l’extraction de AsCl3, il reste en pied de colonne GaCl3 brut. Une nouvelle distillation à 200-210 °C permet de volatiliser les impuretés, telles que les chlorures de Cu, Fe, In. Le pied de colonne, enrichi en chlorure de gallium (température d’ébullition = 535 °C), peut être à nouveau distillé jusqu’à ce que le niveau d’impuretés résiduelles reste constant. La teneur en arsenic est alors de l’ordre de 0,2 %.
La purification ultime est réalisée par une électrolyse...
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Recyclage du gallium à partir des scraps de GaAs
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SABOT (J.L.), LAUVRAY (H.) - Gallium and gallium compounds - In Encyclopedia of Chemical Technology, pp. 299-317 (1994).
-
(2) - GREBER (J.F.) - Gallium and gallium compounds - In Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol. A 12, pp. 163-167 (1989).
-
(3) - HESLOP (R.B.), ROBINSON (P.L.) - Gallium, Indium, Thallium - Chimie inorganique, chap. 18, pp. 374-383 (1967).
-
(4) - CHARLOT (G.) - Les réactions chimiques en solution aqueuse et caractérisation des ions - Masson, 7ème Édition (1983).
-
(5) - RAZENKOV (N.I.), GALAKTIONOVA (C.F.) - On the mode of occurrence of gallium in the oxidized zone of sulfide deposits - Geochemistry (USSR), Engl. Transl. p. 104 (1962).
-
(6) - HORN (M.K.), ADAMS (J.A.S.) - Computer-derived geochemical balances and element abundances - Geochimica...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Method of extracting gallium oxides from aluminous substances
-
Gallium extraction by microemulsions
-
Separation of gallium and indium by supported liquid membranes containing 2-bromodecanoic acid as carrier : design of supported liquid membrane module based on batch permeation experiments
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Solvent extraction of gallium III from sodium hydroxide solutions by alkylated hydroxyquinoline
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ANNEXES
-
Compound Semi Conductor
-
LEDs Magazine
-
London Metal Bulletin
-
Mining Journal
-
NMMR – National Mine Map repository
-
OSM – Office of Surface Mining
-
Roskill Information Services Ltd
-
Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry
-
USBM US Bureau of Mines (fermé en 1995)
A été remplacé par :
-
USGS ;
-
NMMR ;
-
OSM (entre autre).
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USGS US Geological Survey
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