真空冶金在處理稀散金屬中的應用

孔祥峰，黃大鑫

（1.昆明理工大學 真空冶金國家工程實驗室，云南 昆明 650093；2.昆明理工大學 冶金與能源工程學院，云南 昆明 650093）

1 概述

稀散金屬銦、硒、碲，是當代高新技術的支撐材料[1]。其廣泛應用于半導體芯片、光纖、平板顯示屏、太陽能電池、半導體照明、紅外器件等民用和軍工領域，是我國和美歐日等國的戰略物資[2]。我國是稀散金屬資源大國，其中銦、碲的儲量居世界第一，我國稀散金屬總產量占世界的60%～70%。我國稀散金屬工業已經成為助推產業轉型升級的重要基礎和支撐全球稀散金屬產業增長的主導因素，也是推動世界稀散金屬產業技術進步的重要力量。

真空冶金是在低于大氣壓力（“稀薄氣體”）的密閉體系下進行冶金工作。能夠明顯地改善冶金熱力學和冶金動力學條件[3]。真空冶金作為一種先進的清潔冶金技術，有著廣泛

的應用前景，可用于處理成分復雜的冶金原料，分離、提取、提純金屬以及二次資源綜合回收利用，有色金屬傳統冶金過程的改造。

2 真空冶金在處理稀散金屬中的應用

2.1 銦

2.1.1 粗銦真空精煉

昆明理工大學真空冶金國家工程實驗室，提出粗銦兩步真空精煉工藝并進行了產業化應用研究。在低溫低壓條件下進行第一次真空精煉，此時Cd、Zn、Tl、Pb揮發進入氣相，In、Sn殘留在液相；一次真空精煉得到的粗銦在高溫低壓的條件下進行第二次真空精煉，此時In揮發進入氣相、Sn殘留在液相。經過兩步真空精煉脫除粗銦中的Cd、Zn、Tl、Pb及Sn，銦純度達到99%以上，其中Zn、Cd、Tl含量＜5ppm，Pb≤200ppm，Sn≤1000ppm。粗銦真空精煉法具有流程短、金屬回收率高、能耗低等優勢，已成功推廣到云南、內蒙古等省區多家精銦生產企業。

2.1.2 真空熱還原法處理ITO廢靶材

先將ITO靶材（In2O3：90%，SnO2：10%）粉碎，與還原劑混合，加入造渣劑，在真空高溫條件下進行還原，得到銦錫合金，銦錫合金再經真空蒸餾，可獲得粗銦（In＞99.5%；Sn＜0.5%）和粗錫（In＜0.37%；Sn＞99.5%），工藝流程如圖1所示。

圖1 真空碳熱還原法制備銦

2.2 硒

真空蒸餾提純粗硒：

2005年昆明理工大學真空冶金及材料研究所成功開發了“真空提取硒技術”建成了年產150t純硒生產線。2017年真空冶金國家工程實驗室開發了銅冶煉硒渣“密閉熔煉-真空蒸餾”工藝處理硒渣工藝，將含水30%，硒含量大于70%的硒渣通過密閉熔煉干燥硒渣獲得高溫硒熔體，再將粗硒熔體進行蒸空蒸餾獲得純度大于98%的純硒產品以及富金銀渣。建成年產硒（純度＞98%）300t的生產線，硒直收率大于96%、回收率大于97%，Au回收率大于99%，銀回收率大于99%。

2.3 碲

2.3.1 真空蒸餾處理銅碲渣

某些廠家采用銅粉置換法回收銅陽極泥中的碲，得到銅碲渣，主要物相為Cu2Te，（Cu30%～40%，Te15%～30%）。如圖3所示，昆明理工大學真空冶金國家工程實驗室將含銅40%含碲19%的銅碲渣進行真空處理，于氣相得到含銅小于15%，含碲大于57%的富碲渣。于殘留物中得到銅含量大于90%，碲含量小于5%的粗銅。

圖2 銅碲渣真空蒸餾流程圖

2.3.2 粗碲真空蒸餾提純

采用云南某銅廠電解產出的碲含量為99%的粗碲為原料，根據粗碲中雜質元素種類及其賦存狀態的特點，設計了粗碲兩步真空蒸餾提純實驗。第一步低溫真空蒸餾除去硒、硫、汞等飽和蒸氣壓高的元素，第二步高溫真空蒸餾將碲揮發，而銅、金、銀等飽和蒸氣壓低的元素不揮發，可將99%的粗碲提純至99.995%。

3 展望

我國是稀散金屬的生產和使用大國，對國際市場具有舉足輕重的影響。但多年來的無序發展造成的產品單一、金屬利用率低、環境污染重的弊端，在某種程度上已經成為了我國稀散金屬產業發展的制約因素。如何保障我國稀散金屬產業的可持續發展，更好發揮稀有金屬作用，面對未來提出一些建議，供讀者思考。

（1）加強綠色技術開發，創建稀散金屬清潔生產新局面；

（2）積極開拓國外資源；

（3）以稀散金屬關鍵、共性技術和工程技術轉化為主要研究內容，開展了低品位稀散金屬及二次資源綜合回收、高純、超高純稀散金屬制備、化合物半導體制備、高端應用材料制備等方面的稀散金屬關鍵共性技術與裝備研究，實現了稀散金屬二次資源綜合回收、高純稀散金屬及其化合物、高端應用開發等方面稀散金屬工程技術轉化。