真空冶金在處理稀散金屬中的應用

孔祥峰，黃大鑫

（1.昆明理工大學 真空冶金國家工程實驗室，云南 昆明 650093；2.昆明理工大學 冶金與能源工程學院，云南 昆明 650093）

1 概述

稀散金屬銦、硒、碲，是當代高新技術的支撐材料[1]。其廣泛應用于半導體芯片、光纖、平板顯示屏、太陽能電池、半導體照明、紅外器件等民用和軍工領域，是我國和美歐日等國的戰(zhàn)略物資[2]。我國是稀散金屬資源大國，其中銦、碲的儲量居世界第一，我國稀散金屬總產量占世界的60%～70%。我國稀散金屬工業(yè)已經成為助推產業(yè)轉型升級的重要基礎和支撐全球稀散金屬產業(yè)增長的主導因素，也是推動世界稀散金屬產業(yè)技術進步的重要力量。

真空冶金是在低于大氣壓力（“稀薄氣體”）的密閉體系下進行冶金工作。能夠明顯地改善冶金熱力學和冶金動力學條件[3]。真空冶金作為一種先進的清潔冶金技術，有著廣泛

的應用前景，可用于處理成分復雜的冶金原料，分離、提取、提純金屬以及二次資源綜合回收利用，有色金屬傳統(tǒng)冶金過程的改造。

2 真空冶金在處理稀散金屬中的應用

2.1 銦

2.1.1 粗銦真空精煉

昆明理工大學真空冶金國家工程實驗室，提出粗銦兩步真空精煉工藝并進行了產業(yè)化應用研究。在低溫低壓條件下進行第一次真空精煉，此時Cd、Zn、Tl、Pb揮發(fā)進入氣相，In、Sn殘留在液相；一次真空精煉得到的粗銦在高溫低壓的條件下進行第二次真空精煉，此時In揮發(fā)進入氣相、Sn殘留在液相。經過兩步真空精煉脫除粗銦中的Cd、Zn、Tl、Pb及Sn，銦純度達到99%以上，其中Zn、Cd、Tl含量＜5ppm，Pb≤200ppm，Sn≤1000ppm。粗銦真空精煉法具有流程短、金屬回收率高、能耗低等優(yōu)勢，已成功推廣到云南、內蒙古等省區(qū)多家精銦生產企業(yè)。

2.1.2 真空熱還原法處理ITO廢靶材

先將ITO靶材（In2O3：90%，SnO2：10%）粉碎，與還原劑混合，加入造渣劑，在真空高溫條件下進行還原，得到銦錫合金，銦錫合金再經真空蒸餾，可獲得粗銦（In＞99.5%；Sn＜0.5%）和粗錫（In＜0.37%；Sn＞99.5%），工藝流程如圖1所示。

圖1 真空碳熱還原法制備銦

2.2 硒

真空蒸餾提純粗硒：

2005年昆明理工大學真空冶金及材料研究所成功開發(fā)了“真空提取硒技術”建成了年產150t純硒生產線。2017年真空冶金國家工程實驗室開發(fā)了銅冶煉硒渣“密閉熔煉-真空蒸餾”工藝處理硒渣工藝，將含水30%，硒含量大于70%的硒渣通過密閉熔煉干燥硒渣獲得高溫硒熔體，再將粗硒熔體進行蒸空蒸餾獲得純度大于98%的純硒產品以及富金銀渣。建成年產硒（純度＞98%）300t的生產線，硒直收率大于96%、回收率大于97%，Au回收率大于99%，銀回收率大于99%。

2.3 碲

2.3.1 真空蒸餾處理銅碲渣

某些廠家采用銅粉置換法回收銅陽極泥中的碲，得到銅碲渣，主要物相為Cu2Te，（Cu30%～40%，Te15%～30%）。如圖3所示，昆明理工大學真空冶金國家工程實驗室將含銅40%含碲19%的銅碲渣進行真空處理，于氣相得到含銅小于15%，含碲大于57%的富碲渣。于殘留物中得到銅含量大于90%，碲含量小于5%的粗銅。

圖2 銅碲渣真空蒸餾流程圖

2.3.2 粗碲真空蒸餾提純

采用云南某銅廠電解產出的碲含量為99%的粗碲為原料，根據(jù)粗碲中雜質元素種類及其賦存狀態(tài)的特點，設計了粗碲兩步真空蒸餾提純實驗。第一步低溫真空蒸餾除去硒、硫、汞等飽和蒸氣壓高的元素，第二步高溫真空蒸餾將碲揮發(fā)，而銅、金、銀等飽和蒸氣壓低的元素不揮發(fā)，可將99%的粗碲提純至99.995%。

3 展望

我國是稀散金屬的生產和使用大國，對國際市場具有舉足輕重的影響。但多年來的無序發(fā)展造成的產品單一、金屬利用率低、環(huán)境污染重的弊端，在某種程度上已經成為了我國稀散金屬產業(yè)發(fā)展的制約因素。如何保障我國稀散金屬產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，更好發(fā)揮稀有金屬作用，面對未來提出一些建議，供讀者思考。

（1）加強綠色技術開發(fā)，創(chuàng)建稀散金屬清潔生產新局面；

（2）積極開拓國外資源；

（3）以稀散金屬關鍵、共性技術和工程技術轉化為主要研究內容，開展了低品位稀散金屬及二次資源綜合回收、高純、超高純稀散金屬制備、化合物半導體制備、高端應用材料制備等方面的稀散金屬關鍵共性技術與裝備研究，實現(xiàn)了稀散金屬二次資源綜合回收、高純稀散金屬及其化合物、高端應用開發(fā)等方面稀散金屬工程技術轉化。