共沉淀法凈化銦電解液的研究

1、· 7 2·材料導(dǎo)報 B ： 研究篇2 0 1 1 年 7月( 下) 第 2 5 卷第 7 期共 沉淀 法 凈化 銦 電解 液 的研 究 于麗敏 ， 蔣文全 ， 傅鐘臻 ， 郭榮貴 ， 李濤， 孫 海峰 ， 孫澤 明( 北京有色金屬研究總院分析測試 中心 ， 北京 1 0 0 0 8 8 )摘要 對銦 電解液的凈化方法進(jìn)行 了研 究， 提 出 硫 酸鋇共 沉淀的凈化 方法。研 究表 明， 最佳的凈化條 件為 ：

2、以B a C 1為沉淀劑 ， 在適 中的攪拌狀 態(tài)下 ， 將 B a C l z 溶 液逐 滴滴入 經(jīng)硫酸酸化過 的銦 電解液 中， B a C 1 z 用量控制在每升銦 電解液 中加入 1 5 ~3 0 g氯化鋇 ， 反應(yīng) 溫度控制在 3 0 ~5 0 ~ C之 間。關(guān)鍵詞 銦 電解液 凈化 硫酸鋇 共沉淀 中圖分類號 ： TF 1 1 4 ． 1文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ： AP u r i f i c a t i o no fI n d i

3、u m El e c t r o l y t eb yC0 p r e c i p i t a t i 0 nYU L i mi n ， J I ANG W e n q u a n ， F U Z h o n g z h e n ， GUOR o n g g u i ，LITa o ，S UN Ha i f e n g ，S UN Z e mi n g( An a l y s i s& Me a s u r e me

4、 n t sR e s e a r c hC e n t e r ，G e n e r a lRe s e a r c hI n s t i t u t ef o rN o n - F e r r o u sMe t a l s ， B e i j i n g1 0 0 0 8 8 )Ab s t r a c tTh ep u r i f i c a t i o np r o c e s so fi n d i u m e l e c

5、 t r o l y t eb yb a r i u m s u l f a t ec o p r e c i p i t a t i o nwa si n v e s t i g a t e d，a sB a C1 2wa sp r e c i p i t a t o r ． Th er e s u l t ss h o w t h a tt h eb e s te x p e r i me n t a lc o n d i t

6、i o ni su n d e rt h eme z z owh i p p i n gs t a t e ，t h ed o - s a g eo fB a C1 2s h o u l db ec o n t r o l l e d1 5 ~ 3 0 gp e rl i t r ei n d i u m e l e c t r o l y t ea n dt h er e a c t i o nt e mp e r a t u r

7、es h o u l db ec o n —t r o l l e dwi t h i n3 0 ~ 5 0 ℃ ．Ke ywo r d si n d i u m，e l e c t r o l y t e ，p u r i f y i n gp r o c e s s ，b a r i u m s u l f a t e ，c o p r e c i p i t a t i o n半導(dǎo)體及薄膜太 陽電池等材料對金屬銦純度有很 高的

8、要求 ， 一般 須達(dá) 到 9 9 ． 9 9 9以上 ， 甚 至 達(dá) 到 9 9 ． 9 9 9 9¨ 】] 。目前我國還主要是生產(chǎn)粗銦及 9 9 ． 9 9精銦 ， 高純銦的研制 和開發(fā)是一個急需解決 的問題。高純銦 的制備方法主要有 氯化物法 、 電解精煉法 、 真空蒸餾法、 區(qū)域熔煉法等¨ 4] ， 各提 純 方法 中 ， 電解 法 是 較 常用 的方 法 之 一 l 8] 。影 響 銦 電解 提 純效果的因素

9、很多 ， 其中銦電解液的純度是主要影 響因素之 一。 凈化銦電解液， 以降低 電解液中鉛、 錫 、 鎘 、 鉈、 鉍等微量 雜質(zhì) 含量 ， 是銦 電解 工 藝 中非 常 關(guān) 鍵 的步 驟 ， 其 純 化效 果 直 接影 響 電解銦 的質(zhì)量 。 目 前 ， 銦 電解 液 的提 純 方法 主 要有 銦 板置換法[ 1 0 , 1 1 ] 及離子交換樹脂 凈化法_ 】等 ， 其 中銦板置 換法 對較 銦而 言 電正 性 的雜質(zhì)有 效 ， 離

10、子交 換 樹脂 法 對 雜質(zhì) 離子則是選擇性吸附， 同時需要控制的因素較多 。本實(shí)驗(yàn)提供另外一種較簡單 、 實(shí)用 、 經(jīng)濟(jì) 的凈化方法， 即硫酸鋇共沉淀法 ， 來分離銦溶液中存在 的少量鉛 、 錫、 鎘、 鉈 、鉍等雜質(zhì) 。本方法既可以作為一種銦 電解液的提純方法在 銦電解工藝中應(yīng)用 ， 也可以單獨(dú)作為一種化學(xué)精煉法來提純 銦溶液， 再用鋁等將提純后的銦置換出來 ， 得到高純度銦 。1實(shí)驗(yàn) 1 ． 1 實(shí)驗(yàn)主 要試 劑及 原理 本實(shí)驗(yàn)主

11、要試劑為： 氯化鋇 ( 分析純) 、 硫酸( MO S 級) 。本實(shí)驗(yàn)所涉及的銦電解液的純化方法， 是利用銦電解液 中各雜質(zhì)元素與硫酸鋇形成共沉淀， 即當(dāng) B a 。與 S O形成 沉 淀并 從 電解 液 中析 出時 ， 電解液 中其它 可溶 性 的雜 質(zhì) 組分 被 B a S O 4 沉淀帶出而混入沉淀中， 從而降低電解液中雜質(zhì)含 量 。其 中可 與 B a S O沉 淀 形 成 共 沉 淀 的 雜 質(zhì) 主 要 是 易 被 B a S

12、 O沉 淀表 面吸 附或與 B a S O 4 沉淀具 有相 同 晶格 、 相 同 電荷 及相 近的離 子半徑 從而 可與 B a S O 4 沉淀形 成混 晶 的雜 質(zhì) ，如鉛、 錫等。1 ． 2 實(shí)驗(yàn) 方法 1 ． 2 ． 1 硫 酸酸 化銦 電解 液 向銦 電解 液 ( I n S 0或 I n C l溶 液 ， 銦 質(zhì)量 濃度 為 5 O ～1 0 0 g ／ L ) 中加入 1： 1 硫酸 ， 加 入硫酸 的物 質(zhì) 的量 依據(jù)

13、 加 入沉 淀 劑 的物 質(zhì) 的量 而定 ， 一 般應(yīng) 多于沉 淀劑 的 1， 以保 證 電解 液具有足夠的酸度。1 ． 2 ． 2 加 沉 淀 劑 沉 淀 劑 選 擇 可 溶 性 鋇 鹽 ， 如 B a C 1。將 B a C 1 。 配 制 成 1 O標(biāo)準(zhǔn)液， 并逐滴加入 電解液中， 邊加邊攪拌。1 ． 2 ． 3 后 處 理 及 測 試 加完 B a C 1 。 溶液后 繼續(xù) 攪拌 3 0 mi n ， 過 濾 ， 得 凈化 后

14、 的銦 電解液 ， 再蒸發(fā)定容， 測試。2 結(jié)果與討 論 本 實(shí)驗(yàn)所用 的凈 化方法 是硫 酸鋇 共 沉淀 法 ， 所 謂 共沉 淀 *國家科技支撐計劃課題( 2 0 0 6 B A F 0 7 B 0 2 )于 麗敏 ： 女， 1 9 7 3 年 生， 高級工程師 ， 碩 士 蔣 文全 ： 通訊作者 ， 教授 ， 碩士 T e l ： 0 1 0 — 8 2 2 4 1 2 3 5E - m a i l ： j i a n g w e

15、 n q u a n @g r i n m ． c o m· 7 4·材料導(dǎo)報 B ： 研究篇 2 0 ] 1 年 7 月( 下) 第 2 5 卷第 7 期 反應(yīng) 溫度 對共 沉 淀 的影 響 ， 一 般 溫度 越 高 ， 吸 附雜 質(zhì) 量 越 少 ， 閃為 溫度 升 高有 利 于解 吸 ， 使 吸附 雜 質(zhì)量 減 少 。但 吸 附作刖 足可逆 的 ， 溶 液 中的離 子 可 以被 沉 淀 表 面 吸 附 ， 同時

16、 已被 吸附的離 子 也可 由于 自身 的熱 運(yùn) 動及 溶 劑 分 子 的 運(yùn) 動 影 響 析離開沉 淀表 面重 新進(jìn) 入 溶 液 中 ， 最 后 達(dá) 到 動 態(tài) 平衡 ，因必 須控制 合適 的反應(yīng) 溫度 。由表 3表 2 對 比可冉 次驗(yàn) 證 共 沉 淀 凈 化 法 的顯 著 效 果 。再詳細(xì)分析表 3 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知， 對于硫酸鋇共沉淀體 系 ， 溫度對 鎘 、 鉈、 錫 等的凈 化 效果 有影 響， 溫 度過 高 ( > 5

17、 OC) 或過低 ( <3 0C) 時其凈化效果變差 ， 而鉛 、 鉍等的凈化 效果 幾 乎不受 溫度影 響 ， 因 而反應(yīng) 溫度最好 控制 在 3 0 ~5 0 ℃之 問 。 凈化 效果會 更好 。2 ． 3 攪拌 狀態(tài) 的影 響 為 r 驗(yàn)證 攪拌 狀態(tài)對 硫酸鋇 共 沉淀 凈 化效 果 的影 響 ， 本 實(shí) 驗(yàn)設(shè) 計不 同攪拌狀 態(tài)進(jìn) 行實(shí)驗(yàn) 。本 實(shí)驗(yàn)所 用攪拌 器 為 天 津 市華 興科 學(xué) 儀 器 廠 的 D - 8

18、4 0 1型一 w 多功 能 電 動 攪 拌 器 ， 實(shí) 驗(yàn) 條 件 設(shè) 定 為 0 r ／ m i n 、 2 0 0 r ／mi n 、 7 0 0 r ／ r ai n及 1 2 0 0 r ／ r ai n 。取 2 ． 2小 節(jié) 中粗 銦 配 制 的硫 酸銦 電解 液 ( 其 雜質(zhì) 分 析 見 表 2 ) ， 在 3 O ℃按 1 L硫 酸 銦 電解 液 中加 入 2 0 gIl ! 的逐滴 加 入 氯 化鋇 溶 液 ， 考

19、察 不 同攪 拌 狀 態(tài)對共 沉淀凈 化效 果的影 響 ， 結(jié)果 如表 4 所 示 。表 4 攪拌 狀態(tài)對 銦 電解 液凈 化的 影響 F a b l e4Ef f e c to fwh i p p i n gs t a t eo nt h ep u r i f i c a t i o no fi n d i u m e l e c t r o l y t e由實(shí)驗(yàn)結(jié) 果 可知 ， 攪拌 對 于 共 沉 淀凈 化 效 果 很 重 要

20、， 只 要 攪拌 ， 無論足 小轉(zhuǎn) 速 攪 拌還 是 快 速 攪拌 ， 凈 化 效 果 都 明顯 好 于不攪 拌 。這 足 因 為 對 同 量 的 沉 淀 ， 粗 晶 沉 淀 吸 附雜 質(zhì) 少 ， 細(xì)晶沉 淀吸 附雜 質(zhì) 稍 多 ， 因而攪 拌 對 于 硫 酸 鋇 共 沉 淀凈 化作 用 明， 凈化 過程需 在攪 拌 狀態(tài) 下進(jìn) 行 。過 小轉(zhuǎn) 速 的攪 拌狀 態(tài) 即 2 0 0 r ／ m i n 時 ， 不 如 中速 7 0 0 r

21、 ／ mi n及大 轉(zhuǎn) 速 1 2 0 0 r ／mi n 攪 拌狀 態(tài) 的效 果好 ， 7 0 0 r ／ r ai n及 1 2 0 0 r ／ mi n 的攪 拌 效果 沒 仃 叫顯 別 ， 因 而 ， 在 實(shí) 驗(yàn) 過 程 中設(shè) 定 適 中 的攪 拌 轉(zhuǎn) 速 7 0 0 r ／ mi n 左右即可， 以免過大轉(zhuǎn)速攪拌時會增加溶液濺出的危 險 。3結(jié)論 本實(shí) 驗(yàn)提 出一種 銦溶 液的硫 酸鋇 共 沉淀 凈 化方 法 ， 該 方 法凈

22、化效果 著， 操作簡單并經(jīng)濟(jì)實(shí)用 ， 既可 以作為一 種銦 電解液的提純方法在銦電解工藝 中應(yīng)用 ， 也可以單獨(dú)作為一 種化學(xué)精煉法來提純銦溶液而推廣應(yīng)用。硫酸鋇共沉 淀法 凈化銦電解液的最佳條件為： 在適 中的攪拌狀態(tài)下， 氯化鋇 的用量應(yīng) 控制在 每升 錮 電解 液 中加 入 1 5 ~3 0 g氯化 鋇 ； 反 應(yīng) 溫度控制在 3 0 ~5 0 。 C 之問。參考文獻(xiàn) lLS h i y o u ( 劉 世友 ) ．Tb er e

23、O t l r c e ，a c t u a ls ~ a t ea n dp r o sp e c to fi n d i u mi n d u s l r y ( } N 2 1 ] 業(yè) 資源 、 應(yīng)用現(xiàn) 狀與展望 ) [ J ] ．No n ～ f e r r o u sMe t a l l u r g y( P a r Io fMe t a l l u r g y ) ( 有 色金屬 ( 冶 煉部分) ) ， 1 9 9 9 (

24、 2 ) ： 3 02Wa n gS h u n c h a n g ( 王順 昌 ) ， Q iS h o u z h i ( 齊 守智 ) ．T i l er e —s o u r c e ， a p p l i c a l i o na n dm a r k e to fi n d i u m ( 銦 的資源、 應(yīng)用 和市場 ) [ J ] ．Wo r l dN o nf e r r o u sMe t a l s ( 世界有色金

25、 屬) ， 2 0 0 0( 1 2 ) ：2 231 ． iJ i a n g mi n ( 李 建 敏 ) ，L i uX i a o h o n g( 劉 曉 紅 ) ，Wa n gHe y u n ( 王賀云 ) ，e ta 1 ．Ma r k e t ， a p p l i c ' a t i o na n de x t r a c t i o nt e c h n o l o g yo fi n d i u m (

26、銦 的市 場 、 應(yīng)用 及 其提 取 技術(shù) ) [ J ] ．J i a n g x iMe t a l l u r g y ( 江西冶金 ) 。 2 0 0 6 ， 2 6 ( 1 ) ： 4 14Ha nHa n mi n ( 韓 漢 民 ) ．P r e p a r a t i o no fh i g h — p u r i t yi n d i u m ( 高純銦 的制備 ) [ J ] ．C h e mS o c ( 化學(xué)世

27、界) ， l 9 9 5 ( 4 ) ： 1 7 45Z h o uZ h i h u a( 周 智 華 ) ，MoHo n g b i n g( 莫 紅 兵 ) ，Z e n gD o n g mi n g ( 曾冬銘 ) ．P r e p a r a t i o no fh i g hp u r i t yi n d i u m( 高 純銦 的制 備 方 法 ) [ J ] ． Mi n i n gMe t a l lE n g (

28、 礦 冶 工 程 ) ，2 0 0 3， 2 3 ( 3 ) ： 4 06Z h a oQi n s h e n g ( 趙秦 生 ) ．Ne wd e v e l o p me n to fp r o d u c i n gh i g h - p u r i t yi n d i u m a n dme t a l l i ci n d i u m p o w d e ri nR u s s i a ( 俄 羅斯 制取 高 純銦

29、和 金屬 銦粉 的新進(jìn) 展 ) [ J ] ．R a r eMe t a l sC e m e n t e dC a r b i d e s ( 稀有金屬與硬質(zhì)合金) ， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 2 ) ： 2 47We iC h a n g ( 魏昶 ) ，L u oTi a n j i a o ( 羅 天驕 ) ．R e mo v i n gC d ，Z n ， T1 ， P b ， B if r o m c r u d

30、ei n d i u m b yv a c u u u ] p r o c e s s ( 真 空法 從粗銦 中脫除鎘鋅 鉍鉈鉛 的研究 ) [ J ] ．C h i n e s eJR a r eMe -t a l s ( 稀有金屬 ) ， 2 0 0 3 ， 2 7 ( 6 ) ： 8 5 28Zh o uZ h i h u a ， MoHo n g b i n g，Z e n gI ) o n g mi n g ． P r e

31、p a r a t i o no fh i g h - p u r i t yi n d i u mb ye l e c t r o r e ‰ i n g [ J ] ．T r a n sN o n f e r —r o u sM e tS o cCh i n a ，2 0 0 4 ， 1 4 ( 3 ) ： 6 3 79S h iL i n g b i n ( 石玲 斌 ) ．Re s e a r c ho np u r i f y

32、 i n gc r u d ei n d i u m ( 粗 銦 提純 的研 究 ) [ J ] ．JK u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dTe c h n o l o g y ( 昆明理 工大學(xué)學(xué)報 ) ， 2 0 0 2 ， 2 7 ( 6 ) ： 4 1l O費(fèi)多洛夫 巴依 ， 阿克楚林 拉 哈．銦化學(xué) 手冊 [ M] ．張啟運(yùn) ，徐克敏 ， 譯．北京 ： 北京大

33、學(xué) 出版社 ， 2 0 0 51 1王樹楷． 銦 冶金 [ M] ． 北京 ： 冶金工業(yè) 出版社 ， 2 0 0 61 2Z h o uZ h i h u a ( 周 智 華 ) ．P u r i f i c a t i o no fI n C 1 3e l e c t r o l y t eb yi o ne x c h a n g e ( 離子 交換 法凈 化 I n C l電解 液 的研 究 ) [ J ] ．C h i n e

34、s eJN o n f e r r o u s eMe t a l s ( 有 色金屬 ) ， 2 0 0 5 ， 5 7 ( 4 ) ： 6 81 3Al e x a n d e rLa v i c t ． Re f i n i n go fi n d i u m b yi o n - e x c h a n g ep u r lf i c a t i o no fe l e c t r o l y t e ： US ，3 2 6

35、8 4 2 6 lPI ．1 9 7 4 — 0 6 — 1 81 4陳鴻彬 ． 高純試劑提純與制備 [ M] ．上海 ： 上?？?學(xué)技術(shù) 出版社 ， 1 9 8 3 ： 2 3 21 5O k a m o t o ．U l t r a p u r | f i c a t i o no fs e mi c o n d u c t o rm a t e r i a l r M] ．B o s t o n ： Ma r t i n u sN