在金屬精煉中除去低沸點雜質金屬的方法

2023-09-27 05:59:50

專利名稱：在金屬精煉中除去低沸點雜質金屬的方法
技術領域：
本發明涉及金屬冶煉領域，尤其涉及銦金屬的精煉。具體而言， 涉及^^主成份金屬、尤其是銦中除去少量雜質金屬的方法，其中所 述雜質金屬的沸點低於主成份金屬的沸點。本發明進一步涉及從電 解4青煉產出的析出銦中除去鎘、鉈等雜質元素的方法。
背景技術：
為了得到高純度的金屬，本領域主要是通過電解法生產目標金 屬，通過控制電解的電流和電壓來控制各金屬成分的析出，通過這
種方法製得的金屬的純度可以達到99.5%重量百分比。
但是，經常因為電極電勢接近的緣故，通過電解法生產的目標 金屬中還會存在少量甚至微量的共析出金屬，它們的存在會對金屬 的應用範圍造成限制。
例如，在金屬銦(炫點為156.17°C，沸點為2075 2100°C )的 電解精煉過程中，錮、鎘、鉈的電才及電位非常4妄近，分別為￡1113 + /111= —0.343、 sT1 + /T1= — 0.335、 sCd2 + /Cd= -0.403,因jt匕4鬲、4它才及易與4因 一起在陰極上析出，影響析出銦的質量。產出的析出銦一般含鎘為 0.05% 0.2%，鉈為0.0005 0.02% ，需降到0.0005 %以下。常頭見的 傳統工藝是採用甘油硤化鉀法除鎘，即在加熱到250。C左右溫度下 溶解，加入甘油、碘和硤化鉀等試劑，充分攪拌，進行化學反應生 產能溶於甘油鎘碘酸鉀絡合物，從而造渣去除鎘等雜質；4匕學反應式Cd + 12 + KI = KCdI3
去除鎘雜質後，如果鉈達不到要求，就加入氯化鋅和氯化銨進 行化學處理，生成T1C1，造渣除去。
4b學反應式2T1 + 2NH4C1 = 2T1C1 + 2NH3T + H2T
傳統的處理方法存在幾點比4交突出的問題
一是造渣量比較大，渣中金屬銦含量大，金屬銦的直收率比較 低，只能達到87%以下，使高價值金屬銦的總回收率降低，損失比 較大。
二是處理過程中需加入甘油、硪、碘化鉀等化學試劑，影響了 精銦質量的穩定性，增加了處理成本。
三是操作採用手動操作，操作環境非常惡劣，放出NH3、 H2 等氣體，以及Cd、 Tl等有毒金屬，嚴重地影響環境。
為解決以上問題，需要選擇工藝簡單、運行經濟、效率高、易 才喿作、環保型工藝取而^之。

發明內容
本發明的目的是提供一種在金屬精煉中簡單、高效、環境優良 的除去#^弗點雜質金屬的方法。
本發明的進一步目的是提供一種簡單、高效、環境友好的從電 解法析出銦除去鎘、鉈等雜質元素的方法。根據本發明的在金屬精煉中除去雜質金屬的方法，利用真空感 應爐，在預定的熔煉溫度和真空度下將含有低沸點雜質金屬的金屬 熔煉一定的時間，以充分除去沸點較低的雜質金屬，優選地，所述 真空感應爐為中頻真空感應爐。
在一個優選的實施方式中，在同 一 爐次的熔煉過程中調節所述 熔煉溫度和/或真空度。
本發明進一步提高 一種從析出銦中除去雜質金屬的方法，其利 用真空感應爐，在預定的熔煉溫度和真空度下將含有雜質金屬的析 出銦熔煉一定的時間，以充分除去沸點較銦低的雜質金屬。所述雜
質金屬包括Zn、 As、 Cd、 Tl、 Pb中的至少一種。
在一具體實施方式
中，析出銦是在真空度為6.7xl(T2Pa,熔煉 溫度為760。C 810。C的條件下被熔煉3 8小時。
本發明在真空感應爐的高真空條件下，利用不同金屬的沸點差 異，通過揮發除去金屬銦中所含的微量雜質，以獲得高純度的金屬 銦。這種方法可以克力良了化學法去除雜質的工藝複雜、高成本以及 汙染環境的諸多缺點，並且進一步4是高金屬銦的純度。
具體實施例方式
下面具體描述本發明的方法。在本申請文件中，當衝是到百分比 含量時，如果沒有特別說明，皆是指質量百分比。
真空感應熔煉爐在真空狀態下通過電磁感應加熱使金屬熔化 稱為真空感應熔煉。真空感應爐主體結構包4舌爐體、坩堝、感應線 圏，真空系統和熔煉電源，熔煉電源為中頻交流電源，其頻率大小 取決於金屬屬性和熔煉量。金屬被裝入感應爐，在真空狀態下，電源啟動，爐料熔化，值得注意是裝料量要保證滿足需求的熔煉量。 真空感應熔煉爐能夠實現精煉，雜質通過熔煉過程的化學反應被移 除、分解、浮選和揮發。當金屬被熔煉到理想的純淨狀態時， 一般 通過預熱的漏鬥澆注到模型內。
目前，真空感應熔煉爐主要用於生產超級合金、不鏽鋼、複合 磁鐵合金和其他重要的高級合金，其真空條件主要用於排除氧、氫、 氮等有害雜質對合金的影響。
本發明是基於這樣的原理在真空條件下降低易揮發金屬元素 的蒸氣壓，不同金屬具有不同的沸點，若能提供適合的真空度，就 可以在工業生產可達到的高溫下除去目標金屬中所混雜的少量{氐
沸點金屬。例如，在真空度為1.33 x 1(T卞a時，在電解精煉中得到 的析出銦及銦中存在的幾種主要雜質元素的沸點(K)分別為
In: 989 Al: 1200
Fe: 1453 Zn: 523
As: 474 Sn: 1275
Cu: 1298 Tl: 736
Pb: 827 Cd: 545
其中，Zn、 As、 Cd、 Tl、 Pb的沸點要低於銦的沸點，這就給 從銦中除去這些低沸點雜質金屬提供可能。
因此，才艮據本發明的方法，利用真空感應爐，控制適宜的冶煉 溫度和真空度，將金屬銦中的鎘、鉈等雜質充分去除。在本發明的具體實施方式
中4吏用的真空感應爐為真空中頻感應爐，^f旦是，本發 明的方法並不局限於此。在本文中，術語"目標金屬"是指希望從中除去雜質金屬以達
到使用要求或標準的金屬；術語"雜質金屬"是指以較小含量或者 以微量存在於目標金屬中且沸點低於目標金屬的金屬；術語"低沸 點金屬"是指其沸點低於目標金屬沸點的金屬；術語"基本上去除" 或"充分去除"是指去除雜質金屬以使目標金屬中的雜質金屬達到 可忽略的含量，或者其含量符合規定的技術參數。通常可以使雜質 金屬的含量不大於0.0001%，甚至不大於0.00005%，甚至不大於 0.00001%。但是，這些具體數值不能用於限制本發明。在實施本發
明的方法時，針對產品的特定要求設定不同的操作參數，可以使雜 質金屬的含量達到不同的要求。
在本發明的一^:實施方式中，為獲得預期金屬銦產品，可以在 不變的溫度和真空度下冶煉足夠的時間，以基本上去除雜質金屬。
可替換地，在冶煉過程中，可以對溫度或者真空度進行調節， 或者同時調節溫度和真空度。例如，在冶煉的前一階段，可以設定
一較低的真空度(較不苛刻的真空條件)，以基本上除去揮發性較 高的雜質金屬，然後在4妄下來的時間，可以將系統調節至一4交高的 真空度，也可以同時升高溫度，以促進較低揮發性雜質金屬的揮發， 這才羊的條件可以在同 一爐次的冶煉中進4亍多次。
在實際生產中，有時這種變化工藝參數的方法是有益的，它可 以在除去雜質金屬的同時，可以有選4奪地得到某一種或某幾種主要 的雜質金屬，就是說， 一定程度上實現雜質金屬之間的分離。
在本發明的進一步方面，提供一種從電解析出銦中除去雜質金 屬的方法。在本發明的一個具體例中，這些雜質金屬包括，但不限 於，Zn、 As、 Tl、 Pb和Cd的至少一種。例如，為了除去電解衝斤出銦中的Cd和Tl等雜質，可以^]尋一定 量的析出銦置於真空中頻感應爐中，在真空度為6.7xl(T2Pa的條件 下，在760。C 810。C的熔煉溫度，熔煉約3 8小時，使Cd、 Tl等雜 質充分揮發除出。在本發明的上述方法中，還可以在其^f也工藝條件下進4於冶煉。 如果真空感應爐的極限真空度足夠高，隨著所達到或設定的真空度 的提高，可以相應降低熔煉溫度，或縮短熔煉時間。工藝參數的設 定還要考慮具體原料的特點，例如所含雜質金屬的量、其沸點的高 低。本領域技術人員在獲得上述教導後，可以容易地才艮據生產要求 設定具體的工藝參數。下面以 一具體實施例例舉說明根據本發明的方法，該實施例中 的參數並不能限制本發明的範圍。實施例4吏用"i殳備ZG-0.025型真空中頻感應爐，容量為25kg，額定 功率為60kw，額定中頻頻率為2500Hz,極限真空度為6.7xlO_2Pa。所用原料電解精煉法獲得的析出銦，通過電感耦合等離子質 "i普4義(ICP匿MS)分才斤其雜質成分(10 — 4% ) 3口下Al: 1.3; Fe: 1.2; Zn: 0.88; As: 2.7; Sn: 1.2; Cu: 0.52; Tl: 3.6; Pb: 0.39; Cd: 1200。將熔鑄成1 5kg的錠，重量14.10kg的析出銦置於真空中頻感 應爐中，在真空度為6.7xl(T2Pa條件下，控制熔煉溫度在約800°C 左右，熔煉6小時，Cd、 Tl等雜質充分揮發除出，揮發物冷凝在爐 壁收集器上，停爐後清除，得到13.66kg高純度銦，金屬銦直收率 為96.88 % 。處理結果通過電感耦合等離子質謙儀(ICP-MS)分析，最終 的產品4因中雜質成分含量^口下(10—4%): Al: 0.18 ; Fe: 2.10 ; Zn: 0.79; As: 1.30; Sn: 1.50; Cu: 0.93; Tl: 0.07; Pb: 0.08; Cd: 2.9。由上可以看出，4鬲乂人0.12 %除到0.00029% ，去除率達到99.76 %;乾乂人0.00036 %除至,0.000007% ,去除率達亞)98.05%; Pb 乂人 0.000039 %除到0.000008 % ,去除率達到79.49 % ; As從0.00027 % 除到0.00013% ，去除率較低，達到51.85%,這是由於有部分的砷 與銦結合成In3As2化合物。因此，產品銦中含鎘小於0.0005% ,含 乾'J、於0.0005 % ,達至U 99.9950/0^^青4因國卩示質量才示〉偉。本發明的方法具有低成本的特點，整爐正常運行功率按40kw 計算，運行時間一爐8h，耗電320kwh，用電費用按0.42元/kwh計 算，耗電費9.53元/kgln。
權利要求
1.一種在金屬精煉中除去低沸點雜質金屬的方法，其特徵在於，利用真空感應爐，在預定的熔煉溫度和真空度下將含有所述低沸點雜質金屬的金屬熔煉一定的時間，以充分揮發出所述低沸點雜質金屬。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述真空感應爐為中頻真 空感應爐。
3. 才艮據權利要求1所述的方法，其中，在同一爐次的熔煉中，所 述熔煉溫度、真空度維持恆定。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中，在同一爐次的熔煉中，所 述熔煉溫度和/或真空度被調節。
5. —種/人電解^t出銦中除去4氐沸點雜質金屬的方法，其特4正在 於，利用真空感應爐，在預定的熔煉溫度和真空度下將含有低 沸點雜質金屬的電解析出銦熔煉一定的時間，以充分揮發出所 述低沸點雜質金屬。
6. 根據權利要求5中所述的方法，其中所述雜質金屬包括Zn、 As、 Cd、 Tl、 Pb中的至少一種。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中，所述熔煉是在真空度為 6.7xlO-2Pa，熔煉溫度為760。C 810。C的條件下進行。
全文摘要
一種在金屬精煉中除去雜質金屬的方法，其特徵在於，利用真空感應爐，在預定的熔煉溫度和真空度下將含有雜質金屬的金屬熔煉一定的時間，以充分除去沸點較低的雜質金屬。在一個具體方面，本發明提供一種從電解析出銦中除去Cd、Tl等雜質金屬的方法，其在真空度為6.7×10-2Pa，熔煉溫度為760℃～810℃的條件下將銦錠熔煉3～8小時。由此方法得到的銦金屬純度大於等於99.995％，達到國際質量標準。
文檔編號C22B58/00GK101307390SQ20081013226
公開日2008年11月19日 申請日期2008年7月22日 優先權日2008年7月22日
發明者周正華, 李唯鑑, 波 程, 陳軍輝, 陳立三 申請人:株洲冶煉集團股份有限公司