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        真空冶金在處理稀散金屬中的應(yīng)用

        2019-12-26 09:23:50孔祥峰黃大鑫
        世界有色金屬 2019年20期
        關(guān)鍵詞:理工大學(xué)冶金昆明

        孔祥峰,黃大鑫

        (1.昆明理工大學(xué) 真空冶金國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,云南 昆明 650093;2.昆明理工大學(xué) 冶金與能源工程學(xué)院,云南 昆明 650093)

        1 概述

        稀散金屬銦、硒、碲,是當(dāng)代高新技術(shù)的支撐材料[1]。其廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片、光纖、平板顯示屏、太陽能電池、半導(dǎo)體照明、紅外器件等民用和軍工領(lǐng)域,是我國(guó)和美歐日等國(guó)的戰(zhàn)略物資[2]。我國(guó)是稀散金屬資源大國(guó),其中銦、碲的儲(chǔ)量居世界第一,我國(guó)稀散金屬總產(chǎn)量占世界的60%~70%。我國(guó)稀散金屬工業(yè)已經(jīng)成為助推產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要基礎(chǔ)和支撐全球稀散金屬產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)的主導(dǎo)因素,也是推動(dòng)世界稀散金屬產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要力量。

        真空冶金是在低于大氣壓力(“稀薄氣體”)的密閉體系下進(jìn)行冶金工作。能夠明顯地改善冶金熱力學(xué)和冶金動(dòng)力學(xué)條件[3]。真空冶金作為一種先進(jìn)的清潔冶金技術(shù),有著廣泛

        的應(yīng)用前景,可用于處理成分復(fù)雜的冶金原料,分離、提取、提純金屬以及二次資源綜合回收利用,有色金屬傳統(tǒng)冶金過程的改造。

        2 真空冶金在處理稀散金屬中的應(yīng)用

        2.1 銦

        2.1.1 粗銦真空精煉

        昆明理工大學(xué)真空冶金國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,提出粗銦兩步真空精煉工藝并進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究。在低溫低壓條件下進(jìn)行第一次真空精煉,此時(shí)Cd、Zn、Tl、Pb揮發(fā)進(jìn)入氣相,In、Sn殘留在液相;一次真空精煉得到的粗銦在高溫低壓的條件下進(jìn)行第二次真空精煉,此時(shí)In揮發(fā)進(jìn)入氣相、Sn殘留在液相。經(jīng)過兩步真空精煉脫除粗銦中的Cd、Zn、Tl、Pb及Sn,銦純度達(dá)到99%以上,其中Zn、Cd、Tl含量<5ppm,Pb≤200ppm,Sn≤1000ppm。粗銦真空精煉法具有流程短、金屬回收率高、能耗低等優(yōu)勢(shì),已成功推廣到云南、內(nèi)蒙古等省區(qū)多家精銦生產(chǎn)企業(yè)。

        2.1.2 真空熱還原法處理ITO廢靶材

        先將ITO靶材(In2O3:90%,SnO2:10%)粉碎,與還原劑混合,加入造渣劑,在真空高溫條件下進(jìn)行還原,得到銦錫合金,銦錫合金再經(jīng)真空蒸餾,可獲得粗銦(In>99.5%;Sn<0.5%)和粗錫(In<0.37%;Sn>99.5%),工藝流程如圖1所示。

        圖1 真空碳熱還原法制備銦

        2.2 硒

        真空蒸餾提純粗硒:

        2005年昆明理工大學(xué)真空冶金及材料研究所成功開發(fā)了“真空提取硒技術(shù)”建成了年產(chǎn)150t純硒生產(chǎn)線。2017年真空冶金國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了銅冶煉硒渣“密閉熔煉-真空蒸餾”工藝處理硒渣工藝,將含水30%,硒含量大于70%的硒渣通過密閉熔煉干燥硒渣獲得高溫硒熔體,再將粗硒熔體進(jìn)行蒸空蒸餾獲得純度大于98%的純硒產(chǎn)品以及富金銀渣。建成年產(chǎn)硒(純度>98%)300t的生產(chǎn)線,硒直收率大于96%、回收率大于97%,Au回收率大于99%,銀回收率大于99%。

        2.3 碲

        2.3.1 真空蒸餾處理銅碲渣

        某些廠家采用銅粉置換法回收銅陽極泥中的碲,得到銅碲渣,主要物相為Cu2Te,(Cu30%~40%,Te15%~30%)。如圖3所示,昆明理工大學(xué)真空冶金國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室將含銅40%含碲19%的銅碲渣進(jìn)行真空處理,于氣相得到含銅小于15%,含碲大于57%的富碲渣。于殘留物中得到銅含量大于90%,碲含量小于5%的粗銅。

        圖2 銅碲渣真空蒸餾流程圖

        2.3.2 粗碲真空蒸餾提純

        采用云南某銅廠電解產(chǎn)出的碲含量為99%的粗碲為原料,根據(jù)粗碲中雜質(zhì)元素種類及其賦存狀態(tài)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了粗碲兩步真空蒸餾提純實(shí)驗(yàn)。第一步低溫真空蒸餾除去硒、硫、汞等飽和蒸氣壓高的元素,第二步高溫真空蒸餾將碲揮發(fā),而銅、金、銀等飽和蒸氣壓低的元素不揮發(fā),可將99%的粗碲提純至99.995%。

        3 展望

        我國(guó)是稀散金屬的生產(chǎn)和使用大國(guó),對(duì)國(guó)際市場(chǎng)具有舉足輕重的影響。但多年來的無序發(fā)展造成的產(chǎn)品單一、金屬利用率低、環(huán)境污染重的弊端,在某種程度上已經(jīng)成為了我國(guó)稀散金屬產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約因素。如何保障我國(guó)稀散金屬產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,更好發(fā)揮稀有金屬作用,面對(duì)未來提出一些建議,供讀者思考。

        (1)加強(qiáng)綠色技術(shù)開發(fā),創(chuàng)建稀散金屬清潔生產(chǎn)新局面;

        (2)積極開拓國(guó)外資源;

        (3)以稀散金屬關(guān)鍵、共性技術(shù)和工程技術(shù)轉(zhuǎn)化為主要研究?jī)?nèi)容,開展了低品位稀散金屬及二次資源綜合回收、高純、超高純稀散金屬制備、化合物半導(dǎo)體制備、高端應(yīng)用材料制備等方面的稀散金屬關(guān)鍵共性技術(shù)與裝備研究,實(shí)現(xiàn)了稀散金屬二次資源綜合回收、高純稀散金屬及其化合物、高端應(yīng)用開發(fā)等方面稀散金屬工程技術(shù)轉(zhuǎn)化。

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