本發(fā)明涉及一種真空蒸餾多級冷凝提純粗銦的方法，屬于提銦技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1.材料的性質(zhì)
銦是價格比較昂貴的稀散金屬，金屬銦呈現(xiàn)銀白色光澤，具有熔點高沸點低的特點，而且金屬銦具有良好的延展性，低電阻，可塑性強等優(yōu)點，具有良好的光滲透性和導(dǎo)電性，因此被廣泛應(yīng)用于國防科技、無線通訊，航天航空、高新技術(shù)等領(lǐng)域。目前銦錠的主要消費領(lǐng)域是用于生產(chǎn)液晶顯示器和平板屏幕的ITO靶材，這部分占全球消費的80%左右，此外電子合金與半導(dǎo)體元件領(lǐng)域，占全球消費量的8%，合金焊料領(lǐng)域，占全球消費的7%，光伏電池領(lǐng)域與科學(xué)研究及其它約占全球消費量的6%。
但隨著高新技術(shù)的發(fā)展，特別是近年來移動通訊設(shè)備的迅猛發(fā)展，銦的消耗量逐年遞增，對銦純度的要求也越來越高，因此研究提純銦的生產(chǎn)工藝對提高銦工業(yè)經(jīng)濟效益，促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
2.現(xiàn)有銦的提取技術(shù)
1）電解精煉法：目前我國多數(shù)廠家仍采用多次電解法提純銦，它包括粗銦陽極，電解液等，由于電解過程中Cd、Tl、Sn等雜質(zhì)電位與In相近因此很難除去，此外電解液中有些雜質(zhì)元素也會影響金屬銦的純度。
2）區(qū)域熔煉法：它的實質(zhì)是局部加熱熔化，形成熔融區(qū)，然后使加熱器沿著料錠按一定方向慢慢移動，熔融區(qū)也隨之移動，利用雜質(zhì)在固相和液相中平衡濃度的差異，使雜質(zhì)偏析到固相或液相中而除去，提純金屬銦的方法。區(qū)域熔煉能除去如Au、Ni、B等不能與銦作用的雜質(zhì)，但S、Te等對銦有較高親和力的，用區(qū)域熔煉法很難除去。
3）真空蒸餾-電解精煉法：此方法是將粗銦先經(jīng)過一次真空蒸餾，金屬銦純度達到99%-99.9%。然后在進行電解精煉，電解液由分析純濃硫酸、分析純明膠、甘油、分析純苛性鈉等組成。陽極板為蒸餾銦，陰極板為鈦板。經(jīng)電解后可得到4N-6N的高純銦，但該方法工序繁多，操作復(fù)雜，需要控制的參數(shù)多，且用到濃酸、強堿等，工作環(huán)境差，不易實現(xiàn)自動化，不適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
4)湖北化工研究院所申請的“一種高純銦的制備方法”（CN201310038246.3），其特點在于由純凈水、分析純濃硫酸、4N金屬銦、高純氯化鈉和分析純明膠配成硫酸銦電解液，在超凈條件下采用兩次電解然后經(jīng)過真空蒸餾電解銦的方法獲得5N～7N高純銦。硫酸銦電解液的組成包括銦40～90g/L，氯化鈉40～90g/L，明膠0.2～0.4g/L，pH值1.0～3.0；將經(jīng)過兩次電解后的電解銦再經(jīng)過真空蒸餾，真空度為10Pa，蒸餾溫度分別為750℃、950℃、1050℃三個溫度，蒸餾時間在三個溫度下分別保持1～5小時，最后獲得質(zhì)量含量為5N～7N的高純銦。該發(fā)明用的原料金屬銦的純度較高，要達到4N，而且提純要經(jīng)過兩次電解和一次真空蒸餾，過程復(fù)雜冗長，需要控制的指標較高，成本較高而且電解過程中，從電解液里不可避免的代入雜質(zhì)元素，再真空蒸餾階段，升溫分三個階段且要分布保溫1～5小時，生產(chǎn)周期長，效率低，只適合小規(guī)模的生產(chǎn)，不利于大規(guī)模的工業(yè)化推廣，因此亟待開發(fā)流程短、操簡單、效率高、適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)。因此進行了真空蒸餾多級冷凝的研究，結(jié)果表明該方法，通過一次真空蒸餾-分級冷凝的方法，能充分的除去雜質(zhì)元素提純粗銦，工藝流程簡單，原料粗銦的純度低，效率高，且對環(huán)境幾乎無污染。
株洲科能新材料有限責(zé)任公司申請了“一種從粗銦中提純出OLED用高純銦的方法”（CN 2014104788356.6）該方法的特點在于，真空度為3～10Pa的真空條件下，對粗銦依次進行4個溫度區(qū)段的蒸餾：540～560℃，蒸餾100～120min，在690～710℃，蒸餾40～60min，在740～760℃，蒸餾80～100min，在990～1010℃，蒸餾40～60min，得到6N高純銦。該發(fā)明是利用粗銦中各種雜質(zhì)元素在不同溫度下的揮發(fā)性質(zhì)，通過在不同溫度段的蒸餾，使得雜質(zhì)元素揮發(fā)，從而提純粗銦。但是該發(fā)明要嚴格控制蒸餾分離的壓強，要嚴格控制四個溫度段的蒸餾溫度，且蒸餾時間較長，生產(chǎn)周期長。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及方法，本發(fā)明提供一種真空蒸餾多級冷凝提純粗銦的方法。該方法特點是由于金屬冷凝溫度的不同，通過多級冷凝使得雜質(zhì)金屬與銦分別冷凝在不同的盤里，從而達到除去粗銦中的雜質(zhì)元素，提純金屬銦，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。
一種真空蒸餾多級冷凝提純粗銦的方法，其具體步驟如下：將粗銦粉碎成小塊（體積為2-5cm3）粗銦，將小塊粗銦頂部放置冷凝裝置，控制真空度為10～20Pa，然后以速率為5~10℃/min從25℃升溫至400℃，以速率為5~10℃/min從400℃升溫至1100℃，以速率為1~5℃/min從1100℃升溫至1350～1450℃，在溫度為1350～1450℃條件下一次蒸餾20～60min，蒸餾結(jié)束后溫度降至150℃以下，中間層的冷凝裝置上冷凝有高純銦。
所述粗銦含銦97wt%～99.7wt%，包括含鐵、鉛、鋁、銅、錫、鎘、鉈、鋅雜質(zhì)。
如圖1所示，所述冷凝裝置為11級冷凝盤，第一級冷凝盤為分餾盤，冷凝面為半圓形斜面（如附圖1所示傾斜度為10～15°），2～11級冷凝盤為平面，各級冷凝盤蒸氣通道開口交互疊放，金屬蒸氣在冷凝盤內(nèi)以“S”型向上運動。
本發(fā)明的有益效果是：通過一次升溫真空蒸餾，利用不同雜質(zhì)元素冷凝溫度的不同，通過加裝多級冷凝盤，在冷凝區(qū)形成冷凝溫度梯度，使得雜質(zhì)元素與金屬銦進入不同的冷凝盤，高沸點雜質(zhì)（Fe、Ag、Cu、Sn）在殘留于坩堝中或下部2~3號冷凝盤中富集，銦在中部4~8號冷凝盤中冷凝，低沸點雜質(zhì)（Zn、Cd、Tl、Pb）在頂部9~11號冷凝盤中富集，4~8號冷凝盤中金屬銦中的雜質(zhì)含量達到4N～5N的要求。
附圖說明
圖1是真空蒸餾多級冷凝的冷凝裝置示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式，對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1
該真空蒸餾多級冷凝提純粗銦的方法，其具體步驟如下：將粗銦（粗銦含銦99.7wt%，包括含鐵、鉛、鋁、銅、錫、鎘、鉈、鋅雜質(zhì)）粉碎成不規(guī)則小塊（體積為2～5cm3）粗銦，將小塊粗銦頂部放置冷凝裝置（該冷凝裝置為11級冷凝盤，第1級為分餾盤，冷凝面為半圓型斜面（如附圖1所示傾斜度為10～15°），2～11級冷凝盤為平面，各級冷凝盤蒸氣通道開口交互疊放，金屬蒸氣在冷凝盤內(nèi)以“S”型向上運動），控制真空度為15Pa，然后以速率為5℃/min從25℃升溫至400℃，以速率為10℃/min從400℃升溫至1100℃，以速率為4℃/min從1100℃升溫至1370℃，在溫度為1370℃條件下一次蒸餾30min，蒸餾結(jié)束后溫度降至150℃以下，中間層的冷凝裝置上冷凝有高純銦（4~8號冷凝盤中有金屬銦），高純銦經(jīng)輝光放電質(zhì)譜儀（GDMS）檢測冷凝盤銦最高質(zhì)量百分數(shù)為大于99.99%，具體雜質(zhì)含量如下單位（ppm）：Fe0.4、Al0.05、Ag0.06、Cu0.6、Zn0.008、Cd0.007、Tl0.001、As0.5、Mg0.003、Si0.8、Pb0.01、S0.8。
實施例2
該真空蒸餾多級冷凝提純粗銦的方法，其具體步驟如下：將粗銦（粗銦含銦99.7wt%，包括含鐵、鉛、鋁、銅、錫、鎘、鉈、鋅雜質(zhì)）粉碎成不規(guī)則小塊（體積為2～5cm3）粗銦，將小塊粗銦頂部放置冷凝裝置（該冷凝裝置為11級冷凝盤，第1級為分餾盤，冷凝面為半圓型斜面（如附圖1所示傾斜度為10～15°），2～11級冷凝盤為平面，各級冷凝盤蒸氣通道開口交互疊放，金屬蒸氣在冷凝盤內(nèi)以“S”型向上運動），控制真空度為20Pa，然后以速率為10℃/min從25℃升溫至400℃，以速率為8℃/min從400℃升溫至1100℃，以速率為1℃/min從1100℃升溫至1450℃，在溫度為1450℃條件下一次蒸餾40min，蒸餾結(jié)束后溫度降至150℃以下，中間層的冷凝裝置上冷凝有高純銦（4~8號冷凝盤中金屬銦），高純銦經(jīng)輝光放電質(zhì)譜儀（GDMS）檢測冷凝盤銦最高質(zhì)量百分數(shù)為大于99.99%，具體雜質(zhì)含量如下單位（ppm）：Fe2.2，Al0.07，Ag0.05，Cu0.06，Zn0.03，Cd0.0064，Tl0.0092，As0.5，Mg 0.0023，Si1.17，Pb7.75，S1.12。
實施例3
該真空蒸餾多級冷凝提純粗銦的方法，其具體步驟如下：將粗銦（粗銦含銦97wt%，包括含鐵、鉛、鋁、銅、錫、鎘、鉈、鋅雜質(zhì)）粉碎成不規(guī)則小塊（體積為2-5cm3）粗銦，將小塊粗銦頂部放置冷凝裝置（該冷凝裝置為11級冷凝盤，第1級為分餾盤，冷凝面為半圓型斜面（如附圖1所示傾斜度為10～15°），2～11級冷凝盤為平面，各級冷凝盤蒸氣通道開口交互疊放，金屬蒸氣在冷凝盤內(nèi)以“S”型向上運動），控制真空度為10Pa，然后以速率為8℃/min從25℃升溫至400℃，以速率為5℃/min從400℃升溫至1100℃，以速率為5℃/min從1100℃升溫至1350℃，在溫度為1350℃條件下一次蒸餾60min，蒸餾結(jié)束后溫度降至150℃以下，中間層的冷凝裝置上冷凝有高純銦（4~8號冷凝盤中金屬銦），高純銦經(jīng)輝光放電質(zhì)譜儀（GDMS）檢測冷凝盤銦最高質(zhì)量百分數(shù)為大于99.99%，具體雜質(zhì)含量如下單位（ppm）：Fe 7.5，Al 0.2，Ag 17.1，Cu 0.5，Zn 0.6，Cd 0.02，Tl0.5，As0.15，Mg0.28，Si2.4，Pb9.3，S2.5。
實施例4
該真空蒸餾多級冷凝提純粗銦的方法，其具體步驟如下：將粗銦（粗銦含銦98wt%，包括含鐵、鉛、鋁、銅、錫、鎘、鉈、鋅雜質(zhì)）粉碎成不規(guī)則小塊（體積為2-5cm3）粗銦，將小塊粗銦頂部放置冷凝裝置（該冷凝裝置為11級冷凝盤，第1級為分餾盤，冷凝面為半圓型斜面（如附圖1所示傾斜度為10～15°），2～11級冷凝盤為平面，各級冷凝盤蒸氣通道開口交互疊放，金屬蒸氣在冷凝盤內(nèi)以“S”型向上運動），控制真空度為15Pa，然后以速率為6℃/min從25℃升溫至400℃，以速率為8℃/min從400℃升溫至1100℃，以速率為2℃/min從1100℃升溫至1350℃，在溫度為1350℃條件下一次蒸餾20min，蒸餾結(jié)束后溫度降至150℃以下，中間層的冷凝裝置上冷凝有高純銦（4~8號冷凝盤中金屬銦），高純銦經(jīng)輝光放電質(zhì)譜儀（GDMS）檢測冷凝盤銦最高質(zhì)量百分數(shù)為大于99.99%，具體雜質(zhì)含量如下單位（ppm）：Fe3.5，Al0.27，Ag15.1，Cu0.47，Zn0.42，Cd0.017，Tl0.36，As0.09，Mg0.14，Si2.4，Pb7.2，S1.9。
以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。