超高纯铟的实验研究

摘 要：介绍超高纯铟的用途，探讨超高纯铟的制备方法，进行小试和扩大试验研究，试验表明，经过 一次电解、真空蒸馏精炼、二次电解精炼等联合提纯工艺可产出 99.9999%的超高纯铟，铟直收率在 99%以上.流程所用设备简单，操作简便，适用于工业化生产. 关键词：超高纯铟；联合提纯；实验 中图分类号：TF843.1 文献标识码：A
与 表 面 工 程— ——第 九 届 真 空 冶 金 与 表 面 工 程 学 术 会 议 论 文 集.北 京： 电子工业出版社，2009.
Experimental Study of Ultra-high Pure Indium
WU Xiang-wu1, HUANG Xiao-ke2, LI Wei-long3
(1.Guangxi Indium Industrial Association, Liuzhou 545006, China； 2.Liuzhou Bairen te Advanced Material Liability Company, Liuzhou 545006, China； 3.Liuzhou Ingle Metal Co., Ltd., Liuzhou 545006，China)
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混合流动，镉充分挥发进入气相，除镉效果好；③镉 脱除更加彻底，一次合格率为 100%；④操作时间短， 处理一次仅为 5h；⑤ 炉外壳有夹套 水 冷 ，现 场 操 作 环境得到极大改善； ⑥随着真空中频感应电炉技术 的飞快发展， 工作真空度进一步提高， 升温速度加 快，处理量更大，操作更简便，因而也较易实现大规 模工业化， 适用于从 99%以下的粗金属铟生产纯度 达 99.999%～99.9999%以上超高纯铟. 2.4 第 2 次电解精炼
通 常 将 5N 铟(99.999%)称 为 高 纯 铟 ，6N~9N 铟 (99.9999%~99.9999999%) 称 为 超 高 纯 铟 . 作 为 一 种 参 杂元素，超高纯铟广泛用于半导体化合物制造.制备 铟基半导体化合物时，对铟的纯度要求很高，必须采 用 99.999%～99.9999%以上纯度的超高纯铟.
由于铟金属在地壳中极为分散， 几乎没有独立 的工业矿物， 全世界绝大部分金属铟主要源于锌、 锡、铜等冶炼工业的综合回收，用这些原料生产的铟 含有较多的锌、铜、锡、铝、铊、铅、镉、铁、镍、砷、银、 硫、硅等杂质组分，杂质对铟的性能有很大影响，为 此必须对粗铟进行提纯.超高纯铟一般通过联合采用 几种提纯的方法将这些杂质除去， 因为每一种提纯 方法仅对其中的一部分杂质有效.目前最常用的工艺
第 24 卷第（3-4）期 2 0 1 0 年 10 月
Jiangxi Nonferrous Metals
文章编号：1005-2712（2010）(3-4)-0109-03
超高纯铟的实验研究
Vol.24，No（. 3-4） Oct . 2 0 1 0
伍祥武 1， 黄小珂 2， 李玮隆 3
（1.广西铟锡锑工程技术研究中心，广西 柳州 545006; 2.柳州百韧特先进材料有限公司，广西 柳州 545006; 3.柳州英格尔金属有限责任公司，广西 柳州 545006）
110 0.02%，镁≤1×10-5%、铝、砷、银 0.015%、镍、汞、硫≤ 1×10-5% 、 硅 ≤1×10-5%( 均 为 质 量 百 分 比 ， 以 下 同 )； 所 用试剂均为化学纯， 分析用仪器为美国产 ICT 发射 光谱仪.
实验依据电化学反应的原理， 以及金属铟与 杂质在高真空下具有不同的蒸气压来达到与杂质 分离的目的. 采用电化学精炼-真空蒸馏-电化学 精炼联合提纯工艺实现金属铟的提纯， 试验工艺 流程如图 1.
压 升 率 0.1Pa/min、 熔 室 有 效 抽 速 3000L/s、 电 耗
1050kW·h/t、耗水量 4m3/h.
采用中频感应电炉真空除镉具有的优点： ①采
用感应涡电流加热，加热速度快，从投入粗铟至升温
780℃仅需 50min；②涡电流产生搅拌作用，铟液不断
第 24 卷第（3-4）期
伍祥武，等：超高纯铟的实验研究
是将粗铟经过第一次电解精炼， 然后再通过真空熔 炼和区域熔炼后， 再进行第二次电解精炼后方可获 得纯度 99.9999%以上的超高纯铟. 由于区域熔炼工 艺设备复杂，设备产能小，收率低，要达到大规模工 业生产超高纯铟要求难度很大.本文研究采用先一次 电解精炼后，后进行真空熔炼，再进行二次电解精炼 的联合提纯工艺生产超高纯铟的方法.
其中：氯化钠是电解质，可增强电流效率；加入硫 脲和明胶可降低铅、铜镍等杂质的含量，明胶还可改 变阴极钛板表面张力，使铟容易黏附上阴极板；pH 值 大于 3 以后，铟将沉淀出来，不会保持在溶液中，但如 果溶液 pH 值太低，即酸性大，又容易将电解出的阴 极铟重新溶到溶液中，所以溶液 pH 值选择在 2.5.
4结论
通过多次实验，由粗铟生产超高纯铟，第 1 次电 解精炼可产出 99.99%的精铟，直收率在 97%以上，真 空蒸馏精炼可产出 99.999%的高纯铟， 铟直收率在 98%以上； 第 2 次电解精炼可产出 99.9999%的超高 纯铟，铟直收率在 99%以上.该流程所用设备简单，操 作简便，适用于工业化生产.整个工艺的直收率可以 达到 94%/以上， 产品满足 6N 高纯铟国标 GB880387 标准技术规范要求.
目的.将电解阴极铟片放入真空熔炼炉中蒸馏除杂，
真 空 炉 内 残 压 保 持 在 3×10-2Pa 以 下. 分 两 步 除 杂 ：
第 1 步 ，熔 炼 温 度 为 （780±20）℃，时 间 为 2.5h，主 要
除去硫、砷、锌、镉、锑、硒等易挥发杂质；第 2 步，熔
炼 温 度 为 （1150±20）℃ ， 时 间 为 1.5h， 有 效 除 去 铅 、
粗铟
熔铸
一次阳极
一次电解
溶液 回收粗铟
除镉渣
一次阴极
残极
真空蒸馏 熔铸
二次阳极 二次电解
始极片
二次电解液
二次阴极
残极
水淬铟花配液
熔铸
6N 以上超高纯铟
始极片
图 1 超高纯铟试验工艺流程
2 小试过程及其结果分析
2.1 熔铸阳极
海绵铟在苛性钠覆盖下，于 200～300℃温度下熔
铸，海绵物中的铝、锌等杂质与苛性钠作用，生成铝
按此条件操作得到 6N 高纯铟， 经光谱分析杂质 如下：铁 6×l0-6%、铜 8×10-6%、铅 5×10-6%、锡 2×10-6%、 镉 1×10-6%、镁 6×10-6%、硫 1×10-5%、硅 1×10-5%，杂 质总量 0.48×10-6，达到国标 GB8803-87 要求.
3 扩大实验及其结果
将真空蒸馏后的金属铟熔化铸成阳极， 阴极用 钛板， 在聚氯乙烯硬质塑料(99.9999%)高 纯 铟 配 制 ，电 解 液 含 有 ： 铟 90g/L， 氯 化 钠 80g/L， 硫 脲 0.3g/L，明 胶 0.3g/L，pH 值 为 2.5，电 解 时 槽 电 压 控 制 在 0.4V，阴极电流密度为 65A/m2，电解后将在阴极钛 板上析出的铟片取下，用热无离子水洗涤后，在 200~ 300℃下将阴极铟片熔化铸锭，得到 6N(99.9999%)以 上纯度的高纯铟.
根据小型实验所选择的条件， 对从粗铟制备超 高纯铟的整个流程进行扩大实验， 实验所用料液与 小型实验相同.
20kg 粗铟，进行了 8 轮次实验，全流程各环节条 件与小试验相同.浸出率在 95%以上，除锡率在 99% 以 上 ，铟 直 收 率 78％~81%之 间 ，总 回 收 率 在 90%以 上.回收铟纯度 99.99%.
酸钠和锌酸钠进入渣中：
2Al+6NaOH— ——2Na3AlO3+3H2↑
（1）
Zn+2NaOH— ——Na2ZnO2+H2↑
（2）
操作过程为：将苛性钠放在不锈钢锅内，升温至
2010 年 10 月
200～300℃，使熔融；将压成团块的海绵铟慢慢加入到
熔化了的苛性钠中，待全部团块熔化后，用勺将锅面
上的碱渣挖出， 但不要让铟暴露出来； 将锅端下冷
1 实验方案
实验所用原料是粗铟，其主要化学成分为：粗铟 原 料 含 锌 0.13%、锑 0.6% 、 铜 0.03% 、 锡 0.005% 、 铝 0.06%、铊 0.08%、铅 0.06%、镉 0.05%、铁 0.005%、镍
收 稿 日 期 ：2010-08-03 作者简介：伍祥武（1967- ），男，高级工程师.
参考文献：
[1] 王 锦 鸿 . 提 高 精 铟 质 量 的 研 究 [J]. 中 国 有 色 冶 金 ，2007，24 （6）: 50-52.
[2] 王树楷. 铟冶金[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2006. [3] 邓 勇 ，杨 斌 ，刘 大 春 ，等. 真 空 蒸 馏 法 制 备 高 纯 铟 [C]//真 空 技 术
0.4V，阴 极 电 流 密 度 为 45~70A/m2，电 解 后 在 石 墨 阴
极上析出的铟片，其纯度可达 99.99%.
2.3 真空蒸馏
真空蒸馏法主要是利用铟与杂质元素蒸气压
之 间 的 差 异 ， 在 真 空 加 热 状 态 下 使 Cd、Zn、Bi、T1、
Pb 等 挥 发 ，而 铟 则 不 挥 发 ，从 而 达 到 除 杂 提 纯 铟 的
（3）
阴极反应：In+3e—In
（4）
操作过程为：将粗铟熔化铸成阳极，阴极使用环
氧树脂黏边的石墨板， 在聚氯乙烯硬质塑料板作成
的电解槽中进行电解，用硫酸溶解铟锭配制电解液，
电 解 液 中 含 有 铟 90~110g/L，氯 化 钠 60~80g/L，明 胶
0.3~0.4g/L，pH 值 2.5~3， 电解时槽电压控制在 0.3~
铊、铁等低挥发性杂质.真空蒸馏后金属铟纯度可达