從碲化鎘廢料中回收碲的研究

邱葉紅，謝小林，殷 亮，朱 劉

（國家稀散金屬工程技術研究中心，廣東先導稀材股份有限公司，廣東 清遠 511517）

碲（Te）是重要的“類金屬”稀散元素，被譽為“現(xiàn)代高新技術材料的維生素”，廣泛應用于石油化工、冶金、玻璃陶瓷、電子器件、醫(yī)藥、國防軍工等領域，尤其在現(xiàn)代高科技領域有著不可取代的作用[1-4]。因此，對碲資源進行回收具有極其重要的經濟價值。

碲化鎘的化學式為CdTe，分子量240，是一種重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體材料。碲化鎘薄膜太陽能電池的光電轉換效率高，被譽為“掛在墻上的油田”，具有生產成本低、性能穩(wěn)定、容易量產等顯著優(yōu)點[5-6]。碲化鎘薄膜電池的量產，帶動了前驅體碲化鎘靶材的大規(guī)模生產。碲化鎘靶材的制備過程會產生大量的碲化鎘廢料，有必要對碲化鎘廢料中所含的碲進行回收。目前文獻鮮有提及從碲化鎘廢料中回收碲的工藝。本文以碲化鎘廢料為原料，采用氧化酸浸工藝，使原料中的碲轉化為TeO2，實現(xiàn)了碲化鎘生產線中碲的再利用。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

實驗原料為國內某公司碲化鎘靶材加工過程中產生的切削料，其主要元素化學分析結果見表1。由表1 可以看出，碲化鎘廢料中的碲含量高達43.24%，具有較高的經濟回收價值。

表1 碲化鎘廢料的化學分析結果 /%Table 1 Chemical analysis results of cadmium telluride waste

1.2 工藝流程

實驗前，對碲化鎘切削料進行破碎、磨細，篩選粒徑為0.15mm 的碲化鎘廢料，在90℃下烘干12h。以雙氧水+濃硫酸為氧化劑，在氧化酸浸作用下，該廢料中的碲被氧化成二氧化碲，鎘以二價鎘的形式溶出。為了避免鎘對環(huán)境的毒害，將氧化酸浸液的pH 調至10.5～11，鎘會以氫氧化鎘的形式固定。本實驗工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 從碲化鎘廢料中回收碲的擬定工藝流程圖Fig.1 The proposed process flow diagram of tellurium recovery from cadmium telluride waste

1.3 實驗原理

碲化鎘廢料中的碲和鎘以CdTe 的形態(tài)存在，氧化酸浸可以將其分別轉化TeO2和CdSO4：

將浸出液的pH 調至10.5～11，二價鎘以氫氧化鎘的形式沉淀。調pH 沉鎘是成熟的濕法工序，本文僅提出氧化酸浸液的處理方案，不對沉鎘工序進行實驗討論。

2 結果與討論

固定攪拌轉速為200r·min-1，對浸出溫度、硫酸濃度、雙氧水加入量、液固比及浸出時間等因素進行討論，考察這些因素對碲回收率的影響。碲以粗二氧化碲的形態(tài)回收，碲回收率是指粗二氧化碲所含的碲質量與原料所含的碲質量的比值百分數(shù)。

2.1 浸出溫度對碲回收率的影響

以粒徑為0.15mm 的碲化鎘廢料為浸出原料，在硫酸濃度為2mol·L-1、液固比為5∶1、浸出時間120min、雙氧水加入量為原料質量的0.5 倍、攪拌速度為 200r·min-1的條件下進行酸浸出，研究不同浸出溫度對碲回收率的影響，結果見圖2。

圖2 不同浸出溫度下的碲回收率Fig.2 Tellurium recovery rate at different leaching temperatures

由圖2 可知，碲回收率隨浸出溫度的升高而顯著增大。浸出溫度由30℃升高至75℃，Te 回收率由45.23%顯著提高至96.75%，增長的幅度高達51.51%。浸出溫度升高，增大了碲化鎘顆粒與浸出劑之間的有效碰撞幾率，加快了浸出劑的傳質速率，Te 回收率顯著提高。因此，在碲化鎘廢料的浸出過程中，浸出溫度是影響Te 回收率的重要因素，適宜的浸出溫度為75℃。

2.2 硫酸濃度對碲回收率的影響

以粒徑0.15mm 的碲化鎘廢料為浸出原料，在浸出溫度75℃、液固比5∶1、浸出時間120min、雙氧水加入量為原料質量的0.5 倍、攪拌速度200r·min-1的條件下浸出，研究不同的硫酸濃度對Te 回收率的影響，結果見圖3。

圖3 不同硫酸濃度下的碲回收率Fig.3 Tellurium recovery rate under different sulfuric acid concentrations

由圖3 可知，隨著硫酸濃度由0.5mol·L-1增大至2.5mol·L-1，Te 回收率由23.45%升高至97.72%；當硫酸濃度增加至3mol·L-1，Te 回收率急劇下降至89.65%。硫酸濃度小于3mol·L-1時，在其他浸出條件不變的情況下，增大體系中的硫酸濃度，顯著增加了碲化鎘顆粒與浸出劑的碰撞次數(shù)，有利于碲的回收；當硫酸濃度增加至3mol·L-1，硫酸濃度的提高致使生成的TeO2溶解，碲以四價碲的形式進入浸出液。因此，在氧化酸浸體系中，適宜的硫酸濃度為2.5mol·L-1。

2.3 雙氧水加入量對碲回收率的影響

以粒徑0.15mm 的碲化鎘廢料為浸出原料，在硫酸濃度為2.5mol·L-1、浸出溫度75℃、液固比5∶1、浸出時間120min、攪拌速度為200r·min-1的條件下浸出，研究不同的雙氧水加入量對Te 回收率的影響，結果見圖4。

由圖4 可知，隨著雙氧水與原料的質量比值由0.2 增大至0.6，Te 回收率由39.68%升高至98.20%；雙氧水質量與原料的質量比值增大至0.7，Te 回收率顯著下降至93.52%。雙氧水加入量的提高致使生成的TeO2溶解，碲以四價碲的形式進入浸出液。因此，在氧化酸浸體系中，適宜的雙氧水加入量應為原料質量的0.6 倍。

圖4 不同雙氧水加入量下的碲回收率Fig.4 Tellurium recovery rate under different hydrogen peroxide addition

2.4 液固比對碲回收率的影響

以粒徑0.15mm 的碲化鎘廢料為浸出原料，在硫酸濃度為2.5mol·L-1、浸出溫度75℃、浸出時間120min、雙氧水加入量為原料質量的0.6 倍、攪拌速度為200r·min-1的條件下浸出，研究不同的液固比對Te 回收率的影響，結果見圖5。

圖5 不同液固比下的碲回收率Fig.5 Tellurium recovery rate under different liquid-solid ratios

由圖5 可知，隨著液固比逐漸增大，Te 回收率先顯著增大后基本保持不變。液固比由3 增大至5時，Te 回收率由68.19%增大至98.20%；液固比繼續(xù)增大至大于7，Te 回收率的增長率接近零。因此，適宜的液固比為5∶1。

2.5 浸出時間對碲回收率的影響

以粒徑0.15mm 的碲化鎘廢料為浸出原料，在硫酸濃度為2.5mol·L-1、浸出溫度75℃、液固比5∶1、雙氧水加入量為原料質量的0.6 倍、攪拌速度為200r·min-1的條件下浸出，研究不同的浸出時間對Te 回收率的影響，結果見圖6。

圖6 不同浸出時間下的碲回收率Fig.6 Tellurium recovery rate under different leaching time

由圖6 可知，浸出時間由30min 延長至120min，Te 回收率率由62.69%增加至98.20%；繼續(xù)延長浸出時間至150min，Te 回收率在30min 內僅僅增加了0.05%。為了使Te 回收率足夠高，適宜的浸出時間為120min。

3 結論

1）實驗表明，采用氧化酸浸工藝回收碲化鎘中的碲是可行的。

2）控制其他條件不變，只改變浸出溫度、硫酸濃度、雙氧水加入量、液固比及浸出時間，得到從碲化鎘廢料中回收碲的最佳實驗條件為：浸出溫度75℃，硫酸濃度2.5mol·L-1，雙氧水加入量是原料質量的0.6 倍，液固比為5∶1，浸出時間為120min，此條件下碲的回收率為98.20%。