5n高纯铟脱杂新工艺的制作方法
【专利摘要】一种5N高纯铟脱杂新工艺，涉及一种铟电解精炼前真空除杂的工艺方法。包括以下步骤：（1）将物料粗铟放入真空炉的石墨坩埚中，抽真空使真空度小于3Pa，然后开始按每分钟6~7℃的速率升温使物料温度至120~130℃后，保温25~35min，（2）针对不同金属杂质的蒸发压，按不同的升温速率和最高设定温度进行操作；步骤（1）中粗铟的投入量为，当粗铟溶解为液体后，物料层厚度H1为50~100mm。本发明具有很好的除杂效果，除杂率能够达到99.999%，完全能够满足5N高纯铟在电解精炼前对粗铟纯度的要求；本发明除了能有效脱除铊镉达到0.00003%以下含量外，对锌、铋、锑等杂质的脱除同样有效；本发明整个生产过程安全环保，不会因有毒气体的产生影响操作人员的身体健康，且也有利于环境保护。
【专利说明】5N高纯铟脱杂新工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铟电解精炼前真空除杂的工艺方法。
【背景技术】[0002]铟锭因其光渗透性和导电性强，主要用于生产ITO靶材，生产液晶显示器和平板屏幕。铟锭还可以用于电子半导体领域、焊料和合金领域、研究行业。另外，因为其较软的性质在某些需填充金属的行业上也用于压缝，如:较高温度下的真空缝隙填充材料。在实际应用过程中，对铟的纯度要求越来越高，一般需要纯度5N (99.999%)以上，镉等大部分杂质都要求在0.00003%以下。
[0003]粗铟中的杂质主要是采用电解的方法去除，但是由于杂质镉和铊的标准电位与铟很接近，通过电解的方法去除很难达到要求。传统的方法是采用化学方法，利用碘化钾与钾在甘油保护下络合去除镉；利用氯化铵和氯化锌去除铊。此方法不仅工艺流程长效率低，铟的损失大，除杂效果差，且环境污染大，除杂过程会产生刺鼻性的臭味，对人体健康有害。
[0004]目前公开的专利文献中，中国专利申请200810143986.2《一种高纯铟生产中除镉和铊的方法及装置》公开了一种利用真空去除镉和铊的方法及装置，真空除杂与传统的化学除杂相比，不仅除杂效果好、除杂效率高，且除杂过程不会产生对人体有害的气体，整个操作过程安全可靠。但是该专利申请只对除镉除铊有一定效果，但仍不能达到生产5N高纯铟对电解精炼前粗铟的纯度要求，且该专利不能脱除粗铟中含有的锌、铋、锑等杂质。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:提供一种除杂效果好，能够满足99.999%高纯铟制备对精炼前粗铟的纯度要求的5N高纯铟脱杂新工艺，以解决上述现有技术中存在的不足之处。
[0006]解决上述技术问题的技术方案是:
一种5N高纯铟脱杂新工艺，包括以下步骤:
(1)将物料粗铟放入真空炉的石墨坩埚中，抽真空使真空度小于3Pa，然后开始按每分钟6~7°C的速率升温使物料温度至16(T200°C后，保温5~lOmin，粗铟的投入量为，当粗铟溶解为液体后，物料层厚度Hl为5(Tl00mm ；
(2)针对不同的金属杂质设定不同的升温速率、最高温度和保温时间进行脱杂，具体操作如下:
当需要脱除杂质镉时，按每小时175~185°C的速率升温，使物料温度至60(T650°C，保温0.9~1.lh，然后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉；
当需要脱除杂质铊时，按每小时145~155°C的速率升温，使物料温度至70(T850°C，保温1.r1.6h，然后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉；
当需要同时脱除杂质镉和铊时，先按每小时175~185 °C的速率升温，使物料温度至60(T650°C，保温0.9~1.lh，然后再按每小时145~155 °C的速率升温，使物料温度至80(T850°C，保温1.4~1.6h，最后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉；
当需要脱除杂质锌时，按每小时132~138°C的速率升温，使物料温度至80(T900°C，保温1.(Tl.2h，然后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉；
当需要脱除杂质锑时，按每小时122~128°C的速率升温，使物料温度至95(Tl050°C，保温1.(Tl.2h，然后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉；
当需要脱除杂质铋时，按每小时102~108°C的速率升温，使物料温度至106(Tll5(TC，保温1.(Tl.2h，然后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉；
当需要同时脱除杂质镉、铊、锌、锑和铋时，先按每小时175~185°C的速率升温，使物料温度至60(T65(TC，保温0.9~1.lh，然后再按每小时145~155°C的速率升温，使物料温度至80(T85(TC，保温1.4~1.6h，再按每小时132~138°C的速率升温，使物料温度至86(T900°C，保温1.(Tl.2h，再按每小时122~128 °C的速率升温，使物料温度至95(Tl050°C，保温1.(Tl.2h，再按每小时102~108°C的速率升温，使物料温度至106(Tll50°C，保温1.(Tl.2h，最后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉。
[0007]该工艺采用竖式高效真空蒸馏系统进行脱杂工作，该竖式高效真空蒸馏系统包括真空炉、集尘器和真空泵，所述的真空炉与集尘器连通，集尘器与真空泵连通，所述的真空炉包括不锈钢炉体、石墨坩埚、不锈钢收集器、冷凝器、上盖、连接法兰、耐火材料层和保温层，所述的耐火材料层设置在不锈钢炉体外周及底面，所述的耐火材料层内镶嵌有电热炉丝，保温层包裹在耐火材料层外周，所述的冷凝器通过连接法兰与不锈钢炉体连接，所述的冷凝器内壁上设置有定位耳，上盖安装在冷凝器上，上盖上开有用于抽真空的通孔，所述的石墨坩埚通过支撑脚安装在不锈钢炉体内，石墨坩埚外壁与不锈钢炉体内壁接触，所述的不锈钢收集器包括圆筒收集器和位于圆筒收集器上方的上收集器，上收集器上开有排气孔，所述的圆筒收集器置于石墨坩埚上，圆筒收集器外壁与冷凝器内壁接触，上收集器置于定位耳上。
[0008]所述的圆筒收集器的高度H3为40(T600mm，所述的石墨坩埚侧壁顶面与物料层顶面的距离H2为40(T600mm，所述的上收集器下端面至圆筒收集器顶端面的距离为5_10mm。
[0009]所述的石墨坩埚底面至不锈钢炉体内底面的距离H4为5-10mm，所述的上收集器的排气孔的直径为r7mm。
[0010]所述的集尘器包括壳体、进气管和添充在壳体内的硅酸铝填充物，所述的进气管穿过壳体插入硅酸铝填充物中，进气管内还安装有气流分布器，所述的硅酸铝填充物上方的壳体上还开设有气体出口，所述的集尘器的进气管与真空炉的上盖通孔连通，所述的集尘器气体出口与真空泵连通。
[0011]所述的集尘器壳体内硅酸铝填充物的高度H5为45(T500mm，所述的进气管插入硅酸铝填充物的深度H6为35(T370mm。
[0012]由于采用上述技术方案，本发明之5N高纯铟脱杂新工艺具有很好的除杂效果，除杂率能够达到99.999%，完全能够满足5N高纯铟在电解精炼前对粗铟纯度的要求。本发明的有益效果具体分述如下:
1、除杂效果好。通过以下几点改进，有效保证本发明能够获得很好的除杂效果。
[0013](I)工艺上，本发明投料过程中将料层厚度控制在5(Tl00mm，这是因为料层太薄，既不经济，也影响生产效率；料层太厚，蒸发能不足以使金属杂质升华，脱杂效果不能满足技术要求。另外，本发明开炉时先按每分钟6~7°C的速率升温至16(T20(TC后，保温5^10min ；目的是脱除水份及其它易挥发物，使其直接进入集尘器避免沉积在收集器，影响金属杂质的凝结。本发明针对不同的金属杂质设定有不同的升温速率和最高温度设定。
[0014](2)设备上，本发明收集器的行程(即圆筒收集器的高度)设计为40(T600mm。在设定真空度条件下，当加热到一定温度后，达到蒸发压的金属离子会从金属溶液中逃逸蒸发。蒸发的金属蒸气遇冷迅速冷凝进入收集器达到除杂效果。若收集器行程过短，冷凝后的金属会出现返熔，影响除杂效果；若收集器行程过长，蒸发的金属蒸气蒸发能不够，不足以抵达收集器，同样达不到除杂目的。石墨坩埚侧壁顶端与物料熔融液面的距离H2为40(T600mm，为加热行程，给上行金属蒸气提供足够的逃逸热能。该行程过短，蒸发能量不够；该行程过长，能量过剩，增加单位成本。石墨坩埚通过支撑脚支撑可以改善内部气流方向，便于形成向上气流。
[0015]2、本发明除了能有效脱除铊镉达到0.00003%以下含量外，对锌、铋、锑等杂质的脱除同样有效。
[0016]3、本发明生产过程安全环保。本发明除杂过程不需要使用任何有毒有害的化学试剂，且整个除杂过程是在完全封闭的装置中进行，故整个生产过程安全环保，不会因有毒气体的产生影响操作人员的身体健康，且也有利于环境保护。
[0017]下面，结合附图和实施例对本发明之5N高纯铟脱杂新工艺的技术特征作进一步的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1:本发明5N高纯铟脱杂新工艺采用的竖式高效真空蒸馏系统结构示意图。
[0019]图2:真空炉结构示意图。
[0020]图3:集尘器结构示意图。
[0021]图4:集尘器进气管与气流分布器俯视图。
[0022]图中:1-真空炉，I1-集尘器，II1-真空泵。
[0023]1-上盖，101-通孔，2-冷凝器，3-不锈钢收集器，31-上收集器，311-排气孔，32-定位耳，33-圆筒收集器，4-连接法兰，5-不锈钢炉体，6-耐火材料层，7-电热炉丝，8-石墨坩埚，9-保温层，10-支撑脚，11-壳体，12-硅酸铝填充物，13-气体出口，14-气流分布器，15-进气管。
[0024]A-物料层。
[0025]图2中，箭头表示气体流动方向。
【具体实施方式】
[0026]实施例1:一种5N高纯铟脱杂新工艺(脱镉)，包括以下步骤:
(I)将物料粗铟放入真空炉的石墨坩埚中，抽真空使真空度小于3Pa，然后开始按每分钟6°C的速率升温使物料温度至165°C后，保温IOmin ;粗铟的投入量为，当粗铟溶解为液体后，物料层厚度Hl为5(T60mm。
[0027](2)脱除杂质镉(Cd)，按每小时180°C的速率升温，使物料温度至600°C，保温lh，然后快速降温使物料温度至210°C，出炉。[0028]该工艺采用竖式高效真空蒸馏系统进行脱杂工作，该竖式高效真空蒸馏系统包括真空炉1、集尘器II和真空泵III，所述的真空炉与集尘器连通，集尘器与真空泵连通，所述的真空炉包括不锈钢炉体5、石墨坩埚8、不锈钢收集器3、冷凝器2、上盖1、连接法兰4、耐火材料层6和保温层9，所述的耐火材料层6设置在不锈钢炉体8外周及底面，所述的耐火材料层内镶嵌有电热炉丝7，保温层包裹在耐火材料层外周，所述的冷凝器3通过水冷式连接法兰4与不锈钢炉体连接，所述的冷凝器2内壁上焊接有定位耳32，上盖I安装在冷凝器上，上盖上开有用于抽真空的通孔101，所述的石墨坩埚8通过支撑脚10安装在不锈钢炉体内，石墨坩埚外壁与不锈钢炉体内壁接触，所述的不锈钢收集器3包括圆筒收集器33和位于圆筒收集器上方的上收集器31，上收集器上开有排气孔311，所述的圆筒收集器置于石墨坩埚8上，圆筒收集器外壁与冷凝器2内壁接触，上收集器置于定位耳上，定位耳的作用是支撑上收集器。
[0029] 所述的圆筒收集器33的高度H3为40(T600mm，所述的石墨坩埚侧壁顶面与物料层顶面的距离H2为40(T600mm，所述的上收集器下端面至圆筒收集器顶端面的距离为5-10mm。所述的石墨坩埚底面至不锈钢炉体内底面的距离H4为5_10mm，所述的上收集器的排气孔311的直径为r7mm。所述的排气孔的数量可以根据实际情况确定，一般为4_5个；所述的排气孔可以均布排列成圆形，可以排列成一条直线，也可以按其他形状排列。
[0030]所述的集尘器包括壳体11、进气管15和添充在壳体内的硅酸铝填充物12，所述的进气管穿过壳体插入硅酸铝填充物中，进气管内还安装有圆锥形的气流分布器14，气流分布器的作用是使气流向进气管周围扩散，不集中走管中心。所述的硅酸铝填充物上方的壳体上还开设有气体出口 13，所述的集尘器的进气管15与真空炉的上盖通孔101连通，所述的集尘器气体出口 13与真空泵连通。所述的集尘器壳体内硅酸铝填充物的高度H5为480mm，所述的进气管插入硅酸铝填充物的深度H6为360mm。
[0031]本实施例是间歇除杂工艺，先将物料放入石墨坩埚中，然后将石墨坩埚放入真空炉中进行脱杂，脱杂结束后，再将物料从石墨坩埚中倒出。
[0032]实施例2:—种5N高纯铟脱杂新工艺(脱铊)，包括以下步骤:
(I)将物料粗铟放入真空炉的石墨坩埚中，抽真空使真空度小于3Pa，然后开始按每分钟6°C的速率升温使物料温度至185°C后，保温5min。粗铟的投入量为，当粗铟溶解为液体后，物料层厚度Hl为6(T75mm。
[0033](2)脱除杂质铊(Tl)，按每小时150°C的速率升温，使物料温度至850°C，保温1.5h，然后快速降温使物料温度至210°C，出炉。
[0034]实施例3:—种5N高纯铟脱杂新工艺(脱镉和铊)，包括以下步骤:
(I)将物料粗铟放入真空炉的石墨坩埚中，抽真空使真空度小于3Pa，然后开始按每分钟7°C的速率升温使物料温度至200°C后，保温6min。粗铟的投入量为，当粗铟溶解为液体后，物料层厚度Hl为5(T75mm。
[0035](2)同时脱除杂质镉和铊，先按每小时175~185°C的速率升温，使物料温度至600~650 °C，保温0.9~1.lh，然后再按每小时145~155 °C的速率升温，使物料温度至80(T850°C，保温1.4~1.6h，最后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉。
[0036]实施例4:一种5N高纯铟脱杂新工艺(脱锌)，包括以下步骤:
(I)将物料粗铟放入真空炉的石墨坩埚中，抽真空使真空度小于3Pa，然后开始按每分钟TC的速率升温使物料温度至160°C后，保温9min。粗铟的投入量为，当粗铟溶解为液体后，物料层厚度Hl为8(Tl00mm。
[0037](2)脱除杂质锌时，按每小时135°C的速率升温，使物料温度至900°C，保温1.(Tl.2h，然后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉。
[0038]实施例5:—种5N高纯铟脱杂新工艺(脱锑)，包括以下步骤:
(I)将物料粗铟放入真空炉的石墨坩埚中，抽真空使真空度小于3Pa，然后开始按每分钟7°C的速率升温使物料温度至190°C后，保温5min。粗铟的投入量为，当粗铟溶解为液体后，物料层厚度Hl为7(T80mm。
[0039](2)脱除杂质锑时，按每小时125 °C的速率升温，使物料温度至1050 °C，保温1.(Tl.2h，然后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉。
[0040]实施例6:—种5N高纯铟脱杂新工艺(脱铋)，包括以下步骤:
(I)将物料粗铟放入真空炉的石墨坩埚中，抽真空使真空度小于3Pa，然后开始按每分钟6°C的速率升温使物料温度至185°C后，保温8min。粗铟的投入量为，当粗铟溶解为液体后，物料层厚度Hl为5(T80mm。
[0041](2)脱除杂质铋时，按每小时105 °C的速率升温，使物料温度至1150 °C，保温1.(Tl.2h，然后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉。
[0042]实施例7:—种5N高纯铟脱杂 新工艺(脱镉、铊、锌、锑和铋)，包括以下步骤:
(I)将物料粗铟放入真空炉的石墨坩埚中，抽真空使真空度小于3Pa，然后开始按每分钟6°C的速率升温使物料温度至175°C后，保温lOmin。粗铟的投入量为，当粗铟溶解为液体后，物料层厚度Hl为6(T80mm。
[0043](2)脱除杂质镉、铊、锌、锑和铋，先按每小时180°C的速率升温，使物料温度至6000C，保温lh，然后再按每小时150°C的速率升温，使物料温度至850°C，保温1.5h，再按每小时135°C的速率升温，使物料温度至900°C，保温lh，再按每小时125°C的速率升温，使物料温度至1050°C，保温lh，再按每小时105°C的速率升温，使物料温度至1150°C，保温lh，最后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉。
[0044]本发明各实施例所述的快速降温，主要是为了提高生产效率，其降温的速率并不影响脱杂效果，本发明各实施例一般是采用鼓风的方式在广2小时内降至设定温度。
[0045]本发明实施例2-7可以采用与实施例1相同的竖式高效真空蒸馏系统，也可以采用其他结构形式的能够满足生产要求的竖式高效真空蒸馏系统。
【权利要求】
1.一种5N高纯铟脱杂新工艺，其特征在于:包括以下步骤:
(1)将物料粗铟放入真空炉的石墨坩埚中，抽真空使真空度小于3Pa，然后开始按每分钟6~7°C的速率升温使物料温度至16(T200°C后，保温5~lOmin，粗铟的投入量为，当粗铟溶解为液体后，物料层厚度Hl为5(Tl00mm ； (2)针对不同的金属杂质设定不同的升温速率、最高温度和保温时间进行脱杂，具体操作如下: 当需要脱除杂质镉时，按每小时175~185°C的速率升温，使物料温度至60(T650°C，保温0.9~1.lh，然后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉； 当需要脱除杂质铊时，按每小时145~155°C的速率升温，使物料温度至70(T850°C，保温1.r1.6h，然后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉； 当需要同时脱除杂质镉和铊时，先按每小时17 5~18 5 °C的速率升温，使物料温度至60(T650°C，保温0.9~1.1h,然后再按每小时145~155 °C的速率升温，使物料温度至80(T850°C，保温1.4~1.6h，最后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉； 当需要脱除杂质锌时，按每小时132~138°C的速率升温，使物料温度至80(T900°C，保温1.(Tl.2h，然后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉； 当需要脱除杂质锑时，按每小时122~128°C的速率升温，使物料温度至95(Tl050°C，保温1.(Tl.2h，然后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉； 当需要脱除杂质铋时，按每小时102~108°C的速率升温，使物料温度至106(Tll50°C，保温1.(Tl.2h，然后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉； 当需要同时脱除杂质镉、铊、锌、锑和铋时，先按每小时175~1850C的速率升温，使物料温度至60(T65(TC，保温0.9~1.lh，然后再按每小时145~155°C的速率升温，使物料温度至80(T85(TC，保温1.r1.6h，再按每小时132~138°C的速率升温，使物料温度至86(T90(TC，保温1.(Tl.2h，再按每小时122~128 °C的速率升温，使物料温度至95(Tl050°C，保温1.(Tl.2h，再按每小时102~108°C的速率升温，使物料温度至106(Tll50°C，保温1.(Tl.2h，最后快速降温使物料温度至21(T230°C，出炉。
2.根据权利要求1所述的5N高纯铟脱杂新工艺，其特征在于:该工艺采用竖式高效真空蒸馏系统进行脱杂工作，该竖式高效真空蒸馏系统包括真空炉(I )、集尘器(II)和真空泵(III)，所述的真空炉与集尘器连通，集尘器与真空泵连通，所述的真空炉包括不锈钢炉体(5)、石墨坩埚(8)、不锈钢收集器(3)、冷凝器(2)、上盖(I)、连接法兰(4)、耐火材料层(6)和保温层(9)，所述的耐火材料层(6)设置在不锈钢炉体(8)外周及底面，所述的耐火材料层内镶嵌有电热炉丝(7)，保温层包裹在耐火材料层外周，所述的冷凝器(3)通过连接法兰(4)与不锈钢炉体连接，所述的冷凝器(2)内壁上设置有定位耳(32)，上盖(I)安装在冷凝器上，上盖上开有用于抽真空的通孔(101 )，所述的石墨坩埚(8)通过支撑脚(10)安装在不锈钢炉体内，石墨坩埚外壁与不锈钢炉体内壁接触，所述的不锈钢收集器(3)包括圆筒收集器(33)和位于圆筒收集器上方的上收集器(31)，上收集器上开有排气孔(311)，所述的圆筒收集器置于石墨坩埚(8)上，圆筒收集器外壁与冷凝器(2)内壁接触，上收集器置于定位耳上。
3.根据权利要求2所述的5N高纯铟脱杂新工艺，其特征在于:所述的圆筒收集器(33)的高度H3为40(T600mm，所述的石墨坩埚侧壁顶面与物料层顶面的距离H2为400~600臟，所述的上收集器下端面至圆筒收集器顶端面的距离为5-10mm。
4.根据权利要求3所述的5N高纯铟脱杂新工艺，其特征在于:所述的石墨坩埚底面至不锈钢炉体内底面的距离H4为5-10mm，所述的上收集器的排气孔(311)的直径为4~7mm。
5.根据权利要求2、3或4所述的5N高纯铟脱杂新工艺，其特征在于:所述的集尘器包括壳体(11)、进气管(15)和添充在壳体内的硅酸铝填充物(12)，所述的进气管穿过壳体插入硅酸铝填充物中，进气管内还安装有气流分布器(14)，所述的硅酸铝填充物上方的壳体上还开设有气体出口( 13)，所述的集尘器的进气管(15)与真空炉的上盖通孔(101)连通，所述的集尘器气体出口( 13)与真空泵连通。
6.根据权利要求5所述的5N高纯铟脱杂新工艺，其特征在于:所述的集尘器壳体内硅酸铝填充物的高度H5为45(T500mm，所述的进气管插入硅酸铝填充物的深度H6为.350~370mmo
【文档编号】C22B58/00GK103526053SQ201310537323
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】李玮隆 申请人:柳州英格尔金属有限责任公司