2N銦蒸餾提純4.5N銦的試驗研究

朱恩文，陳應紅

（廣東先導稀材股份有限公司，廣東 清遠 511500）

銦是一種稀有金屬，以其優良的物理化學性能和機械性能而廣泛應用于CIGS多晶薄膜、 太陽電池、防腐材料、口腔醫學、液晶顯示器等方面，近年來由于ITO靶材和半導體的快速發展，對高純金屬銦的品質要求也隨之提高，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濟價值，促進我國電子行業快速發展。

傳統的提純工藝是采用預先純化-電解精煉法 ，存在問題是化學損失多，對環境污染有影響，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，進一步的提純為4.5N銦錠,效果較好，周期短，從質量上也能滿足客戶的需求。

1 試驗的原理

本試驗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，實現金屬銦與雜質進行分離，從而達到提純的效果。

1.1 根據純物質沸點判定

根據物質沸點差異，進行分次蒸餾。

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

（2）蒸鉛鉈：銦與鉈分離系數在406-4540之間比較易分離，銦與鉛分離系數在240～96.1之間，其數值較低會有部分銦與鉛揮發進入氣相。

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

表1 純物質常壓下沸點表(℃)

1.2 根據各物質飽和蒸汽壓判斷

參照方程公式log10P=AT-1+Blog10T+CT+D,其中公式中的A、B、C、D從相關手冊查出、P為T溫度時的飽和蒸汽壓。計算結果表明：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，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出去。

2 試驗原料和產品質量要求

蒸餾原料為2N粗銦，原料要求和產品標準如下表2。

表2 原料要求和產品標準

3 試驗過程

3.1 除鎘鋅

3.1.1 試驗條件

（1）裝料19-22Kg；

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

（3）溫度控制在600℃～700℃，保溫時間控制在5-10h。

3.1.2 操作過程

（1）現將二批2N物料進行中頻蒸餾，原料批號為Z0304H004-4、Z1104H007-2。

（2）將物料裝入石墨舟，放入石英管內，按照試驗條件進行蒸餾。

（3）表3為蒸鎘鋅試驗數據（單位PPm）。

表3 蒸鎘鋅試驗數據（單位PPm）

表4 蒸鉛鉈試驗數據

表5 反蒸餾試驗數據

3.1.3 試驗小結

①在一定的真空度和溫度下，低沸點金屬如鎘鋅易除去。②保溫時間控制在5-10h,根據Zn、Cd含量調整保溫時間。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 試驗過程

①現將二批3N物料進行除鉛鉈蒸餾，原料批號為Z2503H153、Z0504H031。②操作要求：將物料裝入石墨舟，放入石英管內，按照試驗條件進行蒸餾。③表4為蒸鉛鉈試驗數據。

3.2.3 試驗小結

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

（2）隨著真空度越高，蒸餾溫度隨之降低，但溫度過高會導致大部分銦揮發。

3.3 反蒸銦

3.3.1 試驗條件

（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 試驗過程

（1）現將二批3N物料進行中頻反蒸餾，原料批號為ZPR1703H088、ZPR1803H091。

（2）操作要求：將物料裝入石墨舟，放入石英管內，按照試驗條件進行蒸餾。

（3）表5為反蒸餾試驗數據。

3.3.3 試驗小結

（1）在一定的真空度和溫度下，蒸餾出95%物料為4.5N銦。

（2）溫度過高容易導致部分高沸點金屬也隨著銦而揮發出來，影響產品質量。

4 試驗總結

（1）從上述試驗表明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,延長蒸餾時間和降低料層厚度也有利于雜質脫除。

（3）相比其它方法來說生產周期短，生產的產品質量符合4.5N銦標準。