專(zhuān)利名稱：一種制備高純銦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，涉及一種提取高純金屬銦的生產(chǎn)方法，適用于從99％以下的粗金屬銦生產(chǎn)純度達(dá)99.999％-99.9999％以上高純銦的提純方法。
高純金屬銦在半導(dǎo)體制造方面有著廣泛用途，是一種參雜元素，用于制備半導(dǎo)體化合物，制備銦基半導(dǎo)體化合物時(shí)，對(duì)銦的純度要求很高，必須采用99.999％-99.9999％以上純度的高純銦。由于銦金屬在地殼中極為分散，幾乎沒(méi)有獨(dú)立的工業(yè)礦物，全世界絕大部分金屬銦主要源于鋅、錫、銅等冶煉工業(yè)的綜合回收，用這些原料生產(chǎn)的銦含有較多的鋅、銅、錫、鋁、鉈、鉛、鎘、鐵、鎳、砷、銀、硫、硅等雜質(zhì)組分，雜質(zhì)對(duì)銦的性能有很大影響，為此必須對(duì)粗銦進(jìn)行提純，一般通過(guò)聯(lián)合采用幾種提純的方法將這些雜質(zhì)除去，因?yàn)槊恳环N提純方法僅對(duì)其中的一部分雜質(zhì)有效。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN1221800A公開(kāi)了一種從鐵礬渣提取銦的方法，該方法是將鐵礬渣焙燒并浸出，然后經(jīng)過(guò)萃取和反萃取得到品位99.993％的銦錠；目前最常用的高純金屬銦提純工藝是將粗銦經(jīng)過(guò)電解精煉，然后再通過(guò)真空熔煉和區(qū)域熔煉來(lái)獲得純度99.999％-99.9999％以上的高純銦。由于區(qū)域熔煉工藝設(shè)備復(fù)雜，設(shè)備產(chǎn)能小，收率低，要達(dá)到大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)高純銦要求難度大。
本發(fā)明的目的是提供一種便于操作，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)高純銦金屬的生產(chǎn)方法，適用于從99％以下的粗金屬銦生產(chǎn)純度達(dá)99.999％-99.9999％以上高純銦的提純方法。
本發(fā)明是依據(jù)電化學(xué)反應(yīng)的原理，以及金屬銦與雜質(zhì)在高真空下具有不同的蒸氣壓來(lái)達(dá)到與雜質(zhì)分離的目的。本發(fā)明采用電化學(xué)精煉-真空蒸餾-電化學(xué)精煉聯(lián)合提純工藝實(shí)現(xiàn)金屬銦的提純，首先將粗銦作陽(yáng)極，在硫酸溶液中電解精煉銦，使金屬銦純度達(dá)到99.99％，然后通過(guò)真空熔煉，真空熔煉在2×10-3Pa以下，分兩段進(jìn)行，第一段溫度為650-850℃，第二段溫度為1000-1250℃，以真空蒸餾后的精銦為陽(yáng)極，在鹽酸溶液中進(jìn)行電解精煉，最后將電解得到的陰極銦熔鑄，得到純度99.9999％(6N)以上的高純銦錠。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的1.第一次電解，將粗銦熔化鑄成陽(yáng)極，陰極使用環(huán)氧樹(shù)脂粘邊的石墨板，在聚氯乙烯硬質(zhì)塑料板作成的電解槽中進(jìn)行電解，用硫酸溶解銦錠配制電解液，電解液中含有銦70-120克/升，氯化鈉50-100克/升，明膠0.2-0.5克/升，pH值2.5-3，電解時(shí)槽電壓控制在0.3-0.5伏，陰極電流密度為0.01-0.03安培/cm2，電解后在石墨陰極上析出的銦片，其純度可達(dá)99.99％。
2.真空蒸餾，將電解陰極銦片放入真空熔煉爐中蒸餾除雜，真空爐內(nèi)殘壓保持在2×10-3Pa以下，分兩步除雜，第一步，熔煉溫度為650-850℃，時(shí)間為1-3.5小時(shí)，主要除去硫、砷、鋅、鎘、銻、硒等易揮發(fā)雜質(zhì)；第二步，熔煉溫度為1000-1250℃，時(shí)間為0.5-2小時(shí)，有效除去鉛、鉈、鐵等低揮發(fā)性雜質(zhì)。真空蒸餾后金屬銦純度達(dá)99.999％以上。
3.第二次電解，將真空蒸餾后的金屬銦熔化鑄成陽(yáng)極，陰極用鈦板，在聚氯乙烯硬質(zhì)塑料板作成的電解槽中進(jìn)行電解，電解液用光譜純鹽酸溶解6N(99.9999％)高純銦配制，其中含有銦60-100克/升，氯化鈉50-100克/升，硫脲0.1-0.5克/升，明膠0.2-0.5克/升，pH值為2.5-3，(其中氯化鈉是電解質(zhì)，用于增強(qiáng)電流效率；加入硫脲和明膠有利于除雜，降低鉛、銅鎳等雜質(zhì)的含量，明膠還可改變陰極鈦板表面張力，使銦容易粘附上陰極板；關(guān)于pH值，在pH值大于3以后，銦將沉淀出來(lái)，不能保持在溶液中，但如果溶液pH值太低，即酸性大，又容易將電解出的陰極銦重新溶到溶液中，所以溶液pH值選擇在2.5-3)，電解時(shí)槽電壓控制在0.3-0.5伏，陰極電流密度為0.01-0.03安培/cm2，電解后將在陰極鈦板上析出的銦片取下，用熱無(wú)離子水洗滌后，在200-300℃下將陰極銦片熔化鑄錠，得到6N(99.9999％)以上純度的高純銦。
下面用實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的方法。應(yīng)該理解的是這些實(shí)施例僅僅是用于進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案，而不是用于限制本發(fā)明。在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的各種改進(jìn)都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。除非另有說(shuō)明，本發(fā)明中的百分?jǐn)?shù)都是重量百分?jǐn)?shù)。
實(shí)施例1制備6N高純銦其中粗銦原料含鋅0.09％、銻0.8％、銅0.03％、錫0.001％、鋁0.05％、鉈0.005％、鉛0.05％、鎘、0.07％、鐵0.006％、鎳0.02％，采用的工藝條件是第一次電解其中電解液含銦100克/升，氯化鈉65克/升，明膠0.2克/升，pH值2.5，槽電壓0.3伏，陰極電流密度為0.02安培/cm2；真空蒸餾爐內(nèi)殘壓1.6×10-3Pa，第一步熔煉溫度為800±20℃，時(shí)間為2小時(shí)，第二步，熔煉溫度為1180±20℃，時(shí)間為2小時(shí)；第二次電解其中電解液含銦70克/升，氯化鈉40克/升，硫脲0.15克/升、明膠0.3克/升，pH值2.5，槽電壓0.3伏，陰極電流密度為0.01安培/cm2。
按此條件操作得到6N高純銦，經(jīng)光譜分析雜質(zhì)如下鐵8×10-6％、銅1×10-5％、鉛2×10-6％、錫3×10-6％、鎘1×10-6％、鎂1×10-5％、硫1×10-5％、硅1×10-5％，雜質(zhì)總量0.63ppm，達(dá)到國(guó)標(biāo)GB8803-87要求。
實(shí)施例2制備6N高純銦其中粗銦原料含鋅0.3％、銻0.4％、銅0.05％、錫0.08％、鋁0.07％、鉈0.01％、鉛0.09％、鎘、0.7％、鐵0.004％、銀0.02％，采用工藝條件是第一次電解其中電解液含銦80克/升，氯化鈉50克/升，明膠0.2克/升，pH值2.5，槽電壓0.3伏，陰極電流密度為0.015安培/cm2；真空蒸餾爐內(nèi)殘壓1.6×10-3Pa，第一步熔煉溫度為730±20℃，時(shí)間為2.5小時(shí)，第二步，熔煉溫度為1200±20℃，時(shí)間為1.5小時(shí)；第二次電解其中電解液含銦90克/升，氯化鈉40克/升，硫脲0.2克/升、明膠0.25克/升，pH值2.5，槽電壓0.3伏，陰極電流密度為0.02安培/cm2。
按此條件操作得到6N高純銦，經(jīng)光譜分析雜質(zhì)如下鐵6×10-6％、銅8×10-6％、鉛5×10-6％、錫2×10-6％、鎘1×10-6％、鎂6×10-6％、硫1×10-5％、硅1×10-5％，雜質(zhì)總量0.48ppm，達(dá)到國(guó)標(biāo)GB8803-87要求。
權(quán)利要求
1.一種制備高純銦的方法，該方法包括下列步驟(a).第一次電解將粗銦熔化鑄成陽(yáng)極，使用環(huán)氧樹(shù)脂粘邊的石墨板作為陰極，在聚氯乙烯硬質(zhì)塑料板作成的電解槽中進(jìn)行電解，用硫酸溶解銦錠配制電解液，電解液中含有銦70-120克/升，氯化鈉50-100克/升，明膠0.2-0.5克/升，pH值2.5-3，電解時(shí)槽電壓控制在0.3-0.5伏，陰極電流密度為0.01-0.03安培/cm2，電解后在石墨陰極上析出銦片；(b).真空蒸餾將電解陰極銦片放入真空熔煉爐中蒸餾除雜，真空爐內(nèi)壓力保持在2×10-3Pa以下，分兩步除雜，第一步，熔煉溫度為750-850℃，時(shí)間為1-3.5小時(shí)，第二步，熔煉溫度為1000-1250℃，時(shí)間為0.5-2小時(shí)；(c).第二次電解將真空蒸餾后的金屬銦熔化鑄成陽(yáng)極，陰極用鈦板，在聚氯乙烯硬質(zhì)塑料板作成的電解槽中進(jìn)行電解，用光譜純鹽酸溶解6N高純銦配制電解液，電解液含有銦60-100克/升，氯化鈉50-100克/升，硫脲0.1-0.5克/升，明膠0.2-0.5克/升，pH值為2.5-3，電解時(shí)槽電壓控制在0.3-0.5伏，陰極電流密度為0.01-0.03安培/cm2，電解后將在陰極鈦板上析出的銦片取下，用熱無(wú)離子水洗滌后，在200-300℃下將陰極銦片熔化鑄錠，得到高純銦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備高純銦的方法，該方法包括首先電解粗銦陽(yáng)極，然后在高真空和高溫下蒸餾電解得到的陰極銦片以除去揮發(fā)性雜質(zhì)，然后將真空蒸餾后的金屬銦熔化鑄成陽(yáng)極進(jìn)一步電解得到6N(99.9999％)以上純度的高純銦。
文檔編號(hào)C25C1/00GK1490433SQ0213087
公開(kāi)日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2002年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月16日
發(fā)明者沈奕林, 熊志軍 申請(qǐng)人:沈奕林, 熊志軍