2N銦蒸餾提純4.5N銦的試驗(yàn)研究

朱恩文，陳應(yīng)紅

（廣東先導(dǎo)稀材股份有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511500）

銦是一種稀有金屬，以其優(yōu)良的物理化學(xué)性能和機(jī)械性能而廣泛應(yīng)用于CIGS多晶薄膜、 太陽電池、防腐材料、口腔醫(yī)學(xué)、液晶顯示器等方面，近年來由于ITO靶材和半導(dǎo)體的快速發(fā)展，對(duì)高純金屬銦的品質(zhì)要求也隨之提高，因此為了更好的滿足客戶需求，研究銦的蒸餾提純工藝具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，促進(jìn)我國電子行業(yè)快速發(fā)展。

傳統(tǒng)的提純工藝是采用預(yù)先純化-電解精煉法 ，存在問題是化學(xué)損失多，對(duì)環(huán)境污染有影響，并且周期長，本文主要采用真空蒸餾與反蒸餾法，先脫除鎘、鋅、鉛、鉈，再通過真空反蒸餾銦的方法分離銅、鐵、鎳、錫，進(jìn)一步的提純?yōu)?.5N銦錠,效果較好，周期短，從質(zhì)量上也能滿足客戶的需求。

1 試驗(yàn)的原理

本試驗(yàn)采用中頻真空蒸餾與反蒸餾方法，2N銦在一定的真空度前提下控制加熱溫度，實(shí)現(xiàn)金屬銦與雜質(zhì)進(jìn)行分離，從而達(dá)到提純的效果。

1.1 根據(jù)純物質(zhì)沸點(diǎn)判定

根據(jù)物質(zhì)沸點(diǎn)差異，進(jìn)行分次蒸餾。

（1）蒸鎘鋅：鎘鋅屬低沸點(diǎn)物質(zhì)，與銦分離系數(shù)較高，在一定的真空度和溫度，分離效果較好。

（2）蒸鉛鉈：銦與鉈分離系數(shù)在406-4540之間比較易分離，銦與鉛分離系數(shù)在240～96.1之間，其數(shù)值較低會(huì)有部分銦與鉛揮發(fā)進(jìn)入氣相。

（3）反蒸銦：控制一定的真空度和溫度，銦揮發(fā)冷凝在石墨舟外進(jìn)行收集，留在石墨舟內(nèi)為高沸點(diǎn)物質(zhì)如銅、鎳、錫、鐵，不易揮發(fā)。

表1 純物質(zhì)常壓下沸點(diǎn)表(℃)

1.2 根據(jù)各物質(zhì)飽和蒸汽壓判斷

參照方程公式log10P=AT-1+Blog10T+CT+D,其中公式中的A、B、C、D從相關(guān)手冊(cè)查出、P為T溫度時(shí)的飽和蒸汽壓。計(jì)算結(jié)果表明：各種金屬的飽和蒸汽壓都隨著溫度升高而升高，在600-1200K之間，Al、Cu、Sn、Ni飽和蒸汽壓比In低，較In更難以揮發(fā)，Cd、Zn、Tl、Pb飽和蒸汽壓比In要高，具有較高的金屬飽和蒸汽壓更容易揮發(fā)出去。

2 試驗(yàn)原料和產(chǎn)品質(zhì)量要求

蒸餾原料為2N粗銦，原料要求和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)如下表2。

表2 原料要求和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

3 試驗(yàn)過程

3.1 除鎘鋅

3.1.1 試驗(yàn)條件

（1）裝料19-22Kg；

（2）極限高真空度范圍為1＊10-2至10-3Pa，電阻壓強(qiáng)范圍為1.0E0至2.5E1Pa；

（3）溫度控制在600℃～700℃，保溫時(shí)間控制在5-10h。

3.1.2 操作過程

（1）現(xiàn)將二批2N物料進(jìn)行中頻蒸餾，原料批號(hào)為Z0304H004-4、Z1104H007-2。

（2）將物料裝入石墨舟，放入石英管內(nèi)，按照試驗(yàn)條件進(jìn)行蒸餾。

（3）表3為蒸鎘鋅試驗(yàn)數(shù)據(jù)（單位PPm）。

表3 蒸鎘鋅試驗(yàn)數(shù)據(jù)（單位PPm）

表4 蒸鉛鉈試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 反蒸餾試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1.3 試驗(yàn)小結(jié)

①在一定的真空度和溫度下，低沸點(diǎn)金屬如鎘鋅易除去。②保溫時(shí)間控制在5-10h,根據(jù)Zn、Cd含量調(diào)整保溫時(shí)間。③隨著真空度越高，蒸餾溫度隨之降低。

3.2 除鉛鉈

3.2.1 試驗(yàn)條件

①裝料15-18Kg；②極限高真空度范圍為1＊10-2至10-3Pa，電阻壓強(qiáng)范圍為1.0E0至2.5E1Pa；③溫度控制在650℃ ～750℃，保溫在1h～2h。

3.2.2 試驗(yàn)過程

①現(xiàn)將二批3N物料進(jìn)行除鉛鉈蒸餾，原料批號(hào)為Z2503H153、Z0504H031。②操作要求：將物料裝入石墨舟，放入石英管內(nèi)，按照試驗(yàn)條件進(jìn)行蒸餾。③表4為蒸鉛鉈試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.2.3 試驗(yàn)小結(jié)

（1）在一定的真空度和溫度下，蒸出14%的次品為3N銦，為了提高產(chǎn)率，控制好加熱溫度和保溫時(shí)間。

（2）隨著真空度越高，蒸餾溫度隨之降低，但溫度過高會(huì)導(dǎo)致大部分銦揮發(fā)。

3.3 反蒸銦

3.3.1 試驗(yàn)條件

（1）裝料15Kg～18Kg；

（2）開啟分子泵使極限真空度范圍為1＊10-2至10-3Pa,電阻壓強(qiáng)范圍為1.0E0至2.5E1Pa；

（3）溫度控制在750℃～1000℃，保溫在4h～6h。

3.3.2 試驗(yàn)過程

（1）現(xiàn)將二批3N物料進(jìn)行中頻反蒸餾，原料批號(hào)為ZPR1703H088、ZPR1803H091。

（2）操作要求：將物料裝入石墨舟，放入石英管內(nèi)，按照試驗(yàn)條件進(jìn)行蒸餾。

（3）表5為反蒸餾試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.3.3 試驗(yàn)小結(jié)

（1）在一定的真空度和溫度下，蒸餾出95%物料為4.5N銦。

（2）溫度過高容易導(dǎo)致部分高沸點(diǎn)金屬也隨著銦而揮發(fā)出來，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

4 試驗(yàn)總結(jié)

（1）從上述試驗(yàn)表明2N粗銦在二次蒸餾和一次反蒸餾過程中， 4.5N銦總直收率為79.25%左右，3N銦總直收率為17.75%左右。

（2）試驗(yàn)表明, 真空度和溫度是影響粗銦真空蒸餾除雜的主要因素,延長蒸餾時(shí)間和降低料層厚度也有利于雜質(zhì)脫除。

（3）相比其它方法來說生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量符合4.5N銦標(biāo)準(zhǔn)。