铟的精炼工艺探究

[摘 要] 本工艺利用铟的低熔点采用粗铟碱覆盖法熔化铸锭；由于Cd与In的电极电位相近，难以在电解过程中实现有效分离，用KI甘油预处理去除Cd,成功地消除了Cd对后续电解过程的干扰，并摸索出粗铟的电解工艺条件。

[关键词] 粗In 电极电位 阳极 阴极

一、前言

铟在自然界是一种昂贵的稀散金属，具有银白色光泽，良好的延展性，铟金属因其光渗透性和导电性强，主要用于生产ITO 靶材，电子半导体领域和焊料合金领域，近年再生铟的回收非常可观，超过原生铟的供给。本研究中粗铟中含有Zn、Fe、Pb、Cd等杂质，成分复杂，分离困难，本工艺采用碘化物甘油法预处理,以消除粗铟中的Cd对后续处理过程的干扰。并对电解过程中杂质对成品的影响进行了探讨。

二、工艺过程及原理

含Cd Zn Pb等杂质的海绵In 经过压锭后在真空中频炉用石墨坩埚熔化，由于真空炉中含有少量空气，产生大量难熔易挥发的黑色In2O,效果不理想，In的损失较大。后采用碱覆盖法熔炼，取得成功。

In是一种熔点较低，只有156℃,从常温到熔点之间，铟与空气中的氧作用缓慢，表面形成极薄的氧化膜。密度为7.3g/cm3 铟的氧化态为+1和+3，主要化合物有In2O3、In（OH）3,用碱覆盖在粗In锭上，氢氧化钠熔点318℃,密度2.13g/cm3，海绵铟加入熔融氢氧化钠中熔化，有以下三大作用：（1）隔绝海绵铟与空气接触，防止海绵铟氧化。（2）熔化的金属铟滴因为密度大而下沉，海绵铟表面的氧化膜被NaOH吸收，形成固态浮渣上浮，与铟液迅速分离。海绵铟中的一些杂质，如Zn、Al、As、Sb等与NaOH反应，生成金属盐类进入浮渣，从而提高了铟液品位。海绵铟熔铸的条件：铟团含水95%，将铟液快速倒入模具中，冷却后倒出。

电解是铟精炼的常用方法，由于来料含Cd较高，而Cd的电极电位为-0.403,与电极电位为-0.345的In相近，槽中电解时会同时在阴极析出，所以在电解前要先除去Cd。

资料显示用真空蒸馏法和甘油碘化法都可以有效地去除Cd,真空蒸馏法是利用铟与各种杂质元素的蒸汽压差，在真空加热状态下使易挥发的金属杂质Cd、Zn、Bi、Tl、Pb等挥发，而将铟残留下来，从而达到分离提纯之目的。

经过试验，我们采用甘油碘化法除镉取得成功，此方法是基于Cd在碘化钾的甘油溶液中，KI与Cd反应生成配合物，此时的反应为：Cd+I2=CdI2 CdI2+2KI=K2CdI4 在200℃左右的温度下对铟进行熔炼精制，熔炼过程中加强搅拌，那些在对碘的亲和力方面更强的金属杂质会转移到甘油中去,按此方法操作Cd的去除率可达98.8%

通过实验对其工艺条件进行了摸索：

接下来要对铟进行电解，铟中的杂质其标准电极电位如下表：这些杂质可划分为三类：第一类包括电位较铟为正的金属：Ag、Pb、Sn等，第二类为电位较铟为负的金属：Zn、Al,第三类为与In电位相似的金属:Cd等。电解时，第一类杂质将不溶解进入溶液，而基本全部留在阳极泥中。第二类杂质随铟一道在阳极氧化而进入溶液中，而这类杂质的电位负值均很大，不会在阴极析出。第三类杂质Cd已经预先脱去，对精铟质量影响不大。电解以粗铟做阳极，纯钛板做阴极In2(SO4)3、H2SO4体系

Ti(纯) | In2(SO4)3, H2SO4,H2O|In(粗)

电解液各组分在溶液中离解成下列各种离子：

In2(SO4)3=2In3++3SO42-

H2SO4=2H++SO42-

H2O=H++OH-

未通电时，上述反应处于动态平衡。当通以直流电时，在外界电场作用下，各种离子作定向运动，此时在阳极上可能发生下列反应：

In-3e=In3+ E0In/In3+= -0.343V

2H2O-4e=O2+4H+ E0H2O/O2= 1.229V

SO42--2e=SO3+1/2O2 E0SO42-/O2= 2.42V

在阴极上可能发生下列反应：

In3++3e=In E0In3+/In0= -0.343V

H++2e=1/2H2 E0H2/H+= 0V

氢的标准电极电位较铟正，但在正常情况下，由于氢离子对于铟具有很大的过电压，所以在阳极上不会有氢气析出，，而In3+则呈金属铟而沉积在阴极上。

电解技术条件：

铟离子浓度：控制在40～100g/L

添加剂：明胶和氯化钠。明胶是简单天然蛋白质长链氨基酸化合物，它是一种导电性极差的表面活性物质，容易吸附在突出的晶粒表面形成薄膜，抑制阳极上活性区域的迅速发展，避免阳极钝化，从而得到均匀致密的沉积物。加入氯化钠使电解液具有一定氯离子浓度，保证电解液有良好的导电性，降低槽压，并减少阳极钝化

酸度;PH=1.5～2.5

槽电压：0.15～0.3V

电流密度：100～150A/m2

电解温度：20～30℃

三、结论

（1）碱覆盖法有效地减少了铸锭过程中In2O的生成，提高了In的收率。

（2）采用甘油KI预处理去除杂质Cd,使电解铟的品质得到保证

（3）粗In精炼工艺分离效果好，回收率高，易操作，该技术更具有经济、技术合理性，适合推广。

参考文献：

[1]王树楷 《铟冶金》冶金工业出版社

[2]（俄）П.И.ФЕДОРОВ,Р．Х. АКЧУРИН著 《铟化学手册》张启运 徐克敏编译 北京大学出版社

[3]尹成先《铟的用途及提铟方法》有色金属 2002年7月，第54卷增刊