劉 猛，楊 飛，黃文孝，吳金玲

(廣東省礦產(chǎn)應(yīng)用研究所冶金研究室，廣東 韶關(guān) 512026)

從ITO靶材中提取高純度銦實驗研究

劉 猛，楊 飛，黃文孝，吳金玲

(廣東省礦產(chǎn)應(yīng)用研究所冶金研究室，廣東 韶關(guān) 512026)

ITO靶材目前是金屬銦消耗的主要去向，銦含量為74%，錫含量7.5%，礦石粒度破碎至160目。最終確定以下工藝條件：浸出劑HCl的濃度為7.0～7.5mol/L之間，浸出時間為4.0h，銦浸出率達(dá)到95%，除雜鋅粉用量為溶液錫質(zhì)量的2.0倍，除雜時間為30～35min，除錫率達(dá)到99%，最終銦純度達(dá)到99.9%，突破了從ITO靶材中提取高純度銦的技術(shù)瓶頸。

ITO靶材；高純度銦；實驗研究

銦作為一種重要的稀貴戰(zhàn)略金屬，廣泛應(yīng)用于電子計算機(jī)、太陽能電池、國防等高科技領(lǐng)域，是一種重要的電子工業(yè)材料。ITO靶材目前是金屬銦消耗的主要去向，化學(xué)成分In2O3/SnO2=90(%)純度≥99.99% ,在此方面的銦用量占世界銦年耗的75%以上，每年高達(dá)600t[1]。目前，ITO靶材濺射鍍膜利用率僅為60%，其余均為廢靶，同時在靶材的生產(chǎn)工程中還產(chǎn)生邊角料、切屑等，都是制備再生銦的重要原料[2]。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展, 銦需求量不斷增加, 價格雖有波動，但由于銦的資源儲備相當(dāng)有限, 因此研究從廢舊靶材中回收金屬銦有著重要的意義[3-4]。

1 試樣的采取與制備

本次試驗所用ITO靶材樣品來自廣東韶關(guān)某公司，經(jīng)過化學(xué)分析樣品銦含量為74%，錫含量7.5%，所有靶材均機(jī)械破碎至160目，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了探索性試驗及各項條件試驗。

2 浸出試驗研究

2.1 探索試驗

在浸出試驗中，分別考察了采用了鹽酸、硫酸及混合酸對靶材的浸出效果，綜合比較其浸出效果及經(jīng)濟(jì)成本，選擇最佳浸出劑。試驗取破碎好的靶材500g，液固比3:1。試驗對比條件及結(jié)果如表1所示。

表1 不同浸出劑浸出效果試驗

對比表中試驗數(shù)據(jù)，相同酸用量對比下，鹽酸浸出時浸出率最高，因此試驗選擇鹽酸作為靶材浸出劑，在礦物浸出過程中，其浸出率受諸多因素的影響，如浸出時間、酸用量等條件，為了具體考察各因素對浸出率的影響情況，進(jìn)行以下相關(guān)條件試驗。

2.2 條件試驗

2.2.1 酸用量試驗

由于鹽酸具有很強的揮發(fā)性，且在浸出過程物料會自行發(fā)熱，本試驗選擇室溫條件下進(jìn)行。

浸出時，鹽酸的用量直接決定靶材銦錫的浸出率，取靶材500g，液固比3:1，分別設(shè)置一系列不同的鹽酸濃度進(jìn)行浸出，浸出徹底完成后，過濾分離固液兩相，分析浸出液銦濃度，計算浸出率(液計)，確定最佳鹽酸用量，具體試驗數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 酸用量對銦浸出率的影響

根據(jù)試驗結(jié)果可知：當(dāng)鹽酸濃度在7.0～8.0mol/L，靶材中銦的浸出率處于穩(wěn)定狀態(tài)，基本維持在95%以上，綜合經(jīng)濟(jì)成本考慮及技術(shù)指標(biāo)，最終試驗選擇HCl的濃度為7.0～7.5mol/L之間。

2.2.2 時間條件試驗

攪拌浸出時間的長短是影響反應(yīng)平衡的重要因素，試驗通過設(shè)定一系列攪拌時間，考察不同浸出時間對浸出效果的影響，進(jìn)而確定最佳浸出時間，試驗取靶材500g，液固比3:1，設(shè)置一系列不同時間考察浸出時間對浸出率的影響，具體試驗數(shù)據(jù)如圖2所示。

試驗結(jié)果表明：當(dāng)浸出時間小于4h，銦浸出率隨時間增長顯著上升，超過4h，浸出基本達(dá)到平衡，銦浸出率穩(wěn)定在95%左右，此時繼續(xù)延長攪拌時間，浸出率不再增加，因此選擇浸出時間為4.0h。

圖2 浸出時間對銦浸出率的影響

3 除雜試驗研究

該靶材主要金屬雜質(zhì)是錫，在浸出過程中，由于溶液酸度較高，絕大部分錫以+4價形式存在于溶液中，部分錫為+2價離子狀態(tài)存在，部分Sn2+在置換除雜過程中很難除凈，將成為后期冶煉精銦的主要雜質(zhì)，影響最終產(chǎn)品純度。因此，生產(chǎn)合格產(chǎn)品的關(guān)鍵是錫的去除效果。下面將針對錫的除雜效果進(jìn)行一系列的條件試驗。

3.1 鋅粉用量

為除去溶液中的錫，需要通過添加鋅粉除雜，根據(jù)錫的含量計算添加鋅粉量，鋅粉的添加量分別設(shè)置為錫含量的倍數(shù)(1.25、1.50、1.75、2.0、2.25、2.50)。通過不同鋅粉添加量的試驗檢測結(jié)果，確定最佳鋅粉添加量，原料液為1500g靶材浸出溶液，溶液體積為6L，錫濃度約為17.2g/L，具體試驗數(shù)據(jù)如下表所示。

表2 鋅粉除雜用量試驗

通過分析數(shù)據(jù)可知，鋅粉添加量為理論量得1.25～2.0倍，溶液錫含量持續(xù)下降，繼續(xù)增加鋅粉用量，溶液錫降低效果不明顯，綜合經(jīng)濟(jì)成本考慮，最終選擇溶液錫質(zhì)量的2.0倍為鋅粉最佳添加量。

3.2 鋅粉除雜時間試驗

本試驗設(shè)置了反應(yīng)時間梯度，考察反應(yīng)時間對除錫效果的影響。具體試驗條件：溶液雜質(zhì)Sn4+濃度為17.2g/L，溶液體積為1L，在不同時刻取樣1mL進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)及計算結(jié)果如表3所示。

表3 鋅粉除雜時間的影響

由以上數(shù)據(jù)可知，添加鋅粉除雜的時間控制在30～35min即可達(dá)到反應(yīng)平衡，繼續(xù)增加反應(yīng)時間，對除雜效果不但沒有幫助，反而增加了錫的返溶率。

4 置換、熔煉試驗

深度除錫后的溶液直接利用鋁板置換，調(diào)整溶液酸度在1.0～2.0左右，反應(yīng)可迅速發(fā)生。反應(yīng)前期產(chǎn)出的海綿銦具有較高的純度，幾乎不含雜質(zhì)錫，及時分離前期置換出的海綿銦，直接經(jīng)過洗滌、壓團(tuán)直接燒堿熔煉，在此過程中，嚴(yán)格控制操作，盡量降低外來雜質(zhì)的引入，生產(chǎn)的粗銦純度高達(dá)99.9%以上；鋁板置換后期產(chǎn)出的海綿銦，視雜質(zhì)含量確定其具體工藝，若直接用于壓餅冶煉，最終也可得到純度在99.5%以上的粗銦，返溶成本較高，建議直接用于冶煉粗銦。

5 結(jié)論

經(jīng)過以上各項試驗，最終確定以下工藝條件：浸出劑HCl的濃度為7.0～7.5mol/L之間，浸出時間為4.0h，銦浸出率達(dá)到95%，除雜鋅粉用量為溶液錫質(zhì)量的2.0倍，除雜時間為30～35min，除錫率達(dá)到99%，最終銦純度達(dá)到99.9%，突破了從ITO靶材中提取高純度銦的技術(shù)瓶頸，為后期實現(xiàn)從ITO靶材中提取高純度銦工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

[1] 韓旗英,白煒.從ITO 靶材廢料中回收提取金屬銦工藝的研究[J].湖南有色金屬,2009, 25(5):32-36.

[2] 徐東升.利用ITO 靶材回收制備金屬銦[D]. 北京:北京化工大學(xué),2008.

[3] 伍贈玲.銦的資源、應(yīng)用與分離回收技術(shù)研究進(jìn)展[J].銅業(yè)工程.2011(1):25-28.

[4] 陳 堅 ,姚吉升,周友元,等. ITO廢靶回收金屬銦[J].稀有金屬，2003, 27(1):101-103.

(本文文獻(xiàn)格式：劉 猛，楊 飛，黃文孝，等.從ITO靶材中提取高純度銦實驗研究[J].山東化工，2017，46(06)：18-19,22.)

Extracting High Purity Indium From the ITO Target Materials

LiuMeng,YangFei,HuangWenxiao，WuJinling

(Guangdong Institute of Mineral Resources Application Metallurgical laboratory, Shaoguan 512026,China)

ITO target materials currently is main to the consumption of metal indium, Indium content is 74%, the tin content is 7.5%, ore particle size to 160 mesh. Ultimately determine the following process conditions: the concentration of HCl leaching agent was 7.0～7.5 mol/L,leaching time was 4.0 hours, Indium leaching rate of 95%,in addition to 2.0 times that of the quality of mixed zinc powder dosage for the solution of tin，in the time of 30 to 35 minutes, in addition to tin rate of 99%，final purity indium of 99.9%, broke the extracted from ITO target materials of high purity indium technology bottleneck.

ITO target materials; High purity indium; Experiment research

2017-02-14

國土資源部放射性與稀有稀散礦產(chǎn)綜合利用重點實驗室開放基金項目(KYSKFJJ201501)

劉 猛(1990—)，廣東韶關(guān)人，冶金助理工程師，獲本科學(xué)士學(xué)位，主要從事有色金屬冶金及冶金工業(yè)廢水處理研究。

TF843.1

A

1008-021X(2017)06-0018-02