鹽酸浸出ITO廢靶材中的銦錫分離研究

范文博，李瑞迪，袁鐵錘

（中南大學粉末冶金研究院，湖南 長沙 410083）

鹽酸浸出ITO廢靶材中的銦錫分離研究

范文博，李瑞迪，袁鐵錘

（中南大學粉末冶金研究院，湖南 長沙 410083）

采用鹽酸浸出-鋁粉除錫工藝回收ITO廢靶材中的銦和錫，研究發現，較佳的鹽酸浸出條件為：始酸4 mol／L，溫度80℃，浸出時間2 h，雙氧水（濃度30%）為廢靶用量的10%，銦浸出率可達99.9%，錫的浸出率為38%；較佳的鋁粉除錫條件為：pH值為2，溫度60℃，鋁粉添加量為理論用量的2.1倍，錫的脫除率達99.8%，銦損耗率小于3%。

ITO；浸出；銦錫分離

稀散金屬銦是電子、電信與光電產業不可缺少的關鍵材料，可用于平板顯示鍍膜、高溫超導材料、信息材料、高性能合金等眾多高科技領域［1，2］。銦錫復合氧化物（ITO）更是憑借其優秀的光電特性，被用作生產LCD顯示屏，其耗銦量占到總耗銦量的60%以上。因ITO在LCD生產領域還沒有替代品，其需求量還有進一步上升趨勢［3～5］。LCD生產采用直流磁控濺射方法來獲得ITO薄膜，生產中濺射靶材利用率僅40%～60%，會產生大量廢靶［6，7］，因此，從廢靶中回收銦，不但能實現資源循環利用，同時也蘊含著巨大的經濟效益。

ITO廢靶回收的關鍵在于銦錫分離［8～12］，為高效回收廢靶中的銦和錫［13，14］，本文研究了鹽酸浸出-鋁粉除錫的銦錫分離技術。

1 實 驗

1.1 實驗原料

青色ITO塊狀廢靶材，化學成分見表1。鋁粉（AR），鋁板（≥99.9%），12 mol／L濃鹽酸（AR），30%H2O2溶液，NaOH（AR），去離子水。

表1 ITO廢靶成分 %

1.2 實驗設備

HH-S24恒溫水浴鍋、水循環真空泵、JHS-1攪拌機等；PS-6真空型電感耦合等離子體原子發射光譜儀（ICP-AES），X射線光譜分析儀（XRD）。

1.3 實驗方法

稀鹽酸清洗靶材表面，研磨至-74 μm粉末。在玻璃燒杯中配置浸出液400 mL，加熱至反應溫度，稱取ITO粉末 50g（固液比 1∶8），加入浸出液中，450 r／min速度攪拌，反應過程中間歇加去離子水保持浸出液體量。浸出完成后，抽濾分離后分析浸出液和浸出渣成分。

調節浸出液pH值至2，加入鋁粉置換除Sn2+，待溶液中Sn2+濃度低于0.001 mol／L后再經置換、壓團、電解等工藝制得純金屬銦。

2 實驗結果與分析

ITO靶材是銦錫氧化物粉經部分還原，再經高溫高壓壓制而成，此過程中，銦錫氧化物中有少部分被還原成低價氧化物InO、In2O、SnO等，甚至還可能出現少量金屬銦錫。采用鹽酸加強氧化劑浸出時，主要是利用氧化劑在強酸介質下，將廢靶中難以浸出的低價銦氧化物氧化成易于浸出的高價銦氧化物，提高銦的浸出率和回收率。廢靶中氧化錫經高溫煅燒后，大都變成不易溶于酸、堿的β型SnO2，浸出過程中基本上進入渣中，只有金屬錫及少量的α型SnO2會溶解進入溶液中。因此，浸出渣中的主要成分為β型SnO2，以及極少量的In、Pb、Cu。

2.1 反應溫度

始酸2 mol／L鹽酸，浸出時間2 h，過氧化氫添加量10%，反應溫度對浸出率影響如圖1所示。

圖1 浸出溫度對銦錫浸出率的影響

由圖1可以看出，溫度低于75℃，銦浸的出率隨反應溫度升高迅速增加，在反應溫度大于80℃時，銦的浸出率已達到99.9%。錫的浸出率也隨溫度上升而有所增加，大于85℃時浸出率約38%。

2.2 初始酸度

反應溫度80℃，浸出時間2 h，過氧化氫添加量10%，初始酸度對浸出率影響如圖2所示。

圖2 初始酸量對銦錫浸出率的影響

由圖2可知，增大初始酸度能顯著提升銦錫浸出率，當初始酸度達到4 mol／L時銦基本完全浸出，錫浸出率仍有增長趨勢，但趨于平緩。繼續提高酸度，不僅增加成本，鹽酸揮發也會造成設備腐蝕及環境污染，綜合考慮4 mol／L為合適浸出條件，此時加入的酸量約為理論耗酸量的3倍。

2.3 反應時間

溫度80℃，初始酸量4 mol／L，過氧化氫添加量10%，銦錫浸出率隨反應時間變化如圖3所示。

由圖3可以看出，反應時間超過2 h時，銦的反應基本完全，浸出率達到99.9%，延長反應時間，對銦的浸出率影響不大，而錫的浸出繼續增加趨勢明顯，為減少錫的浸出，反應時間以2 h為宜。

2.4 氧化劑加入量

圖3 浸出時間對銦錫浸出率的影響

溫度80℃，初始酸量4 mol／L，浸出時間2 h，氧化劑過氧化氫添加量對銦錫浸出率影響如圖4所示。

圖4 氧化劑添加量對銦錫浸出率的影響

由圖4可以看出，過氧化氫的加入使銦的浸出率從96%提升至99.9%以上，但對錫的浸出率無明顯影響，過氧化氫的加入使不易酸溶的低價InO和In2O被氧化成易溶的高價銦氧化物。過氧化氫添加量達到10%時，銦的浸出率達到99.9%，故選擇10%氧化劑為合適浸出條件。

2.5 雜質錫的脫除

在鹽酸浸出試驗中，銦浸出率達到99.9%條件時，約有38%錫進入浸出液，因后續采用鋁板置換銦，因此考慮采用鋁粉置換除錫。浸出液中銦離子濃度94.25g／L，錫離子濃度4.35g／L，殘余氫離子濃度約1.5 mol／L。鋁粉置換前，向浸出液加入NaOH調節浸出液pH＝2，pH過低會加大鋁粉消耗量，在反應時會大量放熱且放出氣體，不利于反應控制，pH過高有可能使銦、錫離子水解析出。向浸出液中加入恰好完全置換錫離子所需鋁粉理論量的1.2至2.4倍鋁粉，水浴保持反應溫度60℃，置換時間2 h，置換結果如圖5所示。

圖5 不同置換因素下的銦錫置換率

由于部分鋁粉被氫離子消耗，當鋁粉加入量超過理論量2.0倍后，錫的除去率才達到99%以上，在鋁粉加入量為理論量2.1倍，反應時間2 h條件下，可除去99.8%以上的錫，浸出液中剩余錫離子濃度0.01 mol／L，且銦的損耗小于 3%，是較為理想的除雜工藝。

3 結 論

1.用鹽酸加氧化劑（H2O2）浸出ITO廢靶材，銦的浸出率可達99.9%，錫浸出率為38%。較佳的浸出條件為：初始酸度4 mol／L，浸出溫度80℃，浸出時間2 h，氧化劑（H2O2）加入量10%。

2.采用鋁粉置換去除浸出液中雜質錫，錫的脫除率可達99.5%，除錫過程中銦損失少。較好的置換條件為：pH值為2，置換溫度60℃，鋁粉加入量為理論用量的2.1倍，置換時間2 h。

3.銦錫的浸出及分離工藝可得到含錫量低于0.01 mol／L的銦浸出液，銦得總損耗約3%，浸出分離效果理想。

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Research for Indium and Tin Separation from ITO Waste Target by Method Hydrochloric Acid Leaching Process

FAN Wen-bo，LI Rui-di，YUAN Tie-chui
（School of Powder Metallurgy，Central South University，Changsha 410083，China）

The optimum reaction conditions of indium and tin separation from ITO waste target by hydrochloric acid leaching process has been investigated.Indium leaching rate of 99.9%under 4 mol／L of initial acid concentration and 10%of the added amount of hydrogen peroxide at 80℃ for 2 h。In addition to tin aluminum replacement process，get to pH＝2，temperature 60℃，the replacement time of 2 h and aluminum powder is added in an amount of 2.1 times the theoretical amount is displacement conditions。By this method we obtain the leaching solution which removal rate of tin ions is 99.8%，and indium loss rate less than 3%.

ITO；leaching；indium and tin separation

TF111.31

A

1003-5540（2015）01-0058-03

2014-12-10

范文博（1990-），男，碩士研究生，主要從事材料工程的研究。