Химические методы

Рафинирование чернового индия

Получение чернового индия

Черновой индий выделяют из растворов, содержащих 25 – 55 г/л индия, ≈50 г/л H₂SO₄ цементацией на цинковых или алюминиевых листах. Значения нормальных потенциалов ряда элементов в кислых растворах: φ^о_In3+/In = -0,34 В, φ^о_Zn2+/Zn = -0,76 В, φ^о_Al3+/Al = -1,53 В. Как видно из приведенных значений потенциалов, индий можно осадить цементацией на цинке и алюминии. Процесс протекает с большей скоростью и полнее при применении в качестве цементирующего металла алюминия, так как разность потенциалов между алюминием и индием больше, чем между цинком и индием.

Скорость и полнота цементации индия зависят от концентрации индия и ионов SO₄^2- в растворе. Зависимость потенциала элемента от его концентрации выражается формулой Нернста (уравнением Нернста):

E = E_o + (RT/nF) lg C (3.10)

E < E_o, когда С< 1 моль/л (115 г/л). Реально это всегда, поэтому разность между металлом-цементатором и цементируемым металлом меньше, чем разность между E_o. По мере выделения индия из раствора концентрация его снижается, что приводит к замедлению процесса.

При избытке ионов SO₄^2- степень осаждения индия на цинке неполная. Это объясняется связыванием индия в комплексные ионы [In(SО₄)₂]^-, что приводит к сближению потенциалов индия и цинка:

In³⁺ + 2 SO₄^2- = [In(SO₄)₂]^- (3.11)

Оптимальная концентрация серной кислоты 50 г/л.

Наличие ионов хлора в растворе (добавляют 10 - 20 см³ НCI на 1 л раствора) способствует протеканию процесса, так как НСI растворяет пассивирующую пленку оксида с поверхности алюминия и разрушает комплексы индия с ионами SO₄^2-:

H[In(SO₄)₂] + 3 HCl = InCl₃ + 2 H₂SO₄ (3.12)

Для начала цементации раствор в реакторе нагревают до 60 °С, после чего нагрев прекращают, так как процесс протекает с выделением тепла. Индий выделяется на пластинах в виде губки. Губка легко отделяется от листов алюминия. Губчатый индий промывают водой, прессуют в брикеты, плавят под защитным слоем гидроксида натрия и отливают в формы. Попутно с переплавкой происходит очистка от большей части цементирующего металла, а также от ряда других примесей, растворяющихся в расплавленной щелочи. Черновой металл содержит 96 - 99 % индия.

Черновой индий после переплавки под щелочью содержит от 0,2 – 0,5 % различных примесей (Cd, Рb, АI, Zn, Sn, Сu, Fе, Тl и др.). В связи с использованием индия в полупроводниковой электронике предъявляются высокие требования к чистоте металла.

Для очистки индия применяют сочетание различных способов, которые можно подразделить на химические, электрохимические, физические и кристаллофизические.

Плавка под слоем щелочи NaOH. Ведут в стальных тиглях при 320 – 350 °С. Очистка идет от большей части цинка, алюминия, свинца, олова, переходящих в расплав щелочи.

Плавка под слоем хлористых солей (3ч. ZnCl₂ + 1ч. NH₄Cl). Ведут при 250 ^оС в течение 5 – 10 мин, после образовавшийся шлак сливают, в который переходит Tl:

Tl + NH₄Cl + 2 ZnCl₂ = TlCl∙2ZnCl₂ + NH₃ + ½ H₂ (3.13)

Вводят свежую смесь и повторяют плавку. Во второй шлак переходит большая часть индия и кадмий. В оставшемся корольке индий (10 % от массы первоначального количества металлов) концентрируются свинец, олово, медь, серебро, сурьма и др. (более благородные элементы). Его растворяют в серной кислоте и направляют в технологическую схему производства индия. Из второго шлака выделяют металл, для этого шлак обрабатывают водой, низшие хлориды индия диспропорционируют и выделяется металлический индий (≈ 50 %):

2 InCl = InCl₂ + In (3.14)

3 InCl = InCl₃ + 2 In (3.15)

3 InCl₂ = 2 InCl₃ + In (3.16)

Далее в раствор добавляют соляную кислоту для агрегации частиц металла в губку. Индиевую губку переплавляют или направляют на дополнительную очистку. Оставшийся раствор отправляют на выделение из него индия цементацией или электролизом. Содержание примесей после очистки 0,001 %. Недостаток способа – большое количество оборотных материалов, низкий прямой выход очищенного металла, использование ZnCl₂ высокой чистоты, что удорожает передел.

Плавка под слоем глицерина, содержащего NH₄Cl. Используется 15-17 % раствор NН₄СI в глицерине, плавку ведут при 160 - 170 °С. Происходит очистка от элементов, обладающих большим сродством к хлору, чем индий (Тl, Cd, Zn, Fе). После плавки содержание этих примесей снижается от сотых долей процента до 0,000Х %. Недостаток способа - потери индия с глицерином равные 1,8 - 2,2 %.

Плавка под слоем глицерина, содержащего КI и йод. Используют для очистки индия от таллия и кадмия, которые переходят в раствор глицерина в форме ТlI и K₂CdI₄.

Очистка от свинца соосаждением с ВаSО₄. Произведение растворимости 1,1·10^-10. Содержание свинца в индии, очищенном этим способом, не превышает 2·10^-5 %. Частично удаляется также примесь олова.

Дата добавления: 2014-01-11