從廢ITO靶材中回收銦的研究

牛文敏，郭 寧，賈兆霖，黎曉波

（陜西鋅業有限公司，陜西 商洛 726007）

銦是伴生稀貴金屬，在自然界的儲量相對較少。而隨著電子產業的發展，銦的需求又日益上漲，所以銦的回收利用越發重要。ITO靶材是最主要的銦消費，現已占銦消費總量的75%以上。但ITO靶材濺射鍍膜利用率一般約60%,余為廢靶，所以從廢ITO靶材中回收銦顯得尤為重要。廢ITO靶材是由In2O3和SnO2組成的氧化物燒結體，如何簡單經濟地除去雜質Sn，得到較純的銦，是從廢ITO靶材中回收銦的難點。廢ITO靶材回收銦的方法有酸溶法[1]、氧化法[2]、還原法[3]等，本文采用酸溶法。酸溶法除Sn的方法有：分步沉淀法[4]、中和法[5]和H2S法[6]等。本文的除Sn法與這些方法不同，是在浸出過程中加Na2S以抑制Sn的浸出，同時使Zn等重金屬沉入渣中。并在中和過程中加入H2O2以除去中和液中的Fe等雜質。實驗最終確定了鹽酸浸出、片堿中和、兩段鋁片置換、片堿熔鑄的工藝流程[5]。化驗了產出粗銦的成分，計算了實驗室工藝中每個環節的銦回收率和該工藝的總回收率，以及輔材單耗及輔材單位成本。

1 實驗

1.1 實驗原料

原料：廢ITO靶材，成分見表1。

表1 廢ITO靶材成分（%）

輔材：鹽酸、Na2S、片堿、H2O2、鋁片

1.2 實驗程序

實驗分浸出、中和、置換、熔鑄四個工序。實驗工藝流程見圖1。

圖1 廢ITO靶材回收銦工藝流程

（1）浸出。加2L工業鹽酸、1L水于5L燒杯中，加熱至70℃左右，開啟攪拌，緩慢加入廢ITO靶材粉200g，繼續升溫至80℃左右，反應4小時，加入Na2S 10g，反應0.5小時后過濾。

（2）中和。浸出液于5L燒杯中，開啟攪拌，常溫緩慢加入片堿至PH值=2.0后停止加入，繼續攪拌至PH=2.5時，加雙氧水20ml，攪拌1小時，靜置10小時后過濾。

（3）一段置換。加中和后液于5L燒杯中，常溫下加入鋁片，反應約1.5小時后（控制過程溫度60℃左右），待不明顯反應，打撈出海綿銦，濾干水分稱重。

（4）二段置換。加一段置換后液于5L燒杯中加入鋁片，升溫至60℃左右，反應約4小時后，打撈出海綿銦，濾干水分稱重。

（5）熔鑄。加片堿約500g于2L不銹鋼坩堝中，置于馬弗爐450℃保溫至片堿全部呈熔融狀態，分多次緩慢加入海綿銦團，直至加完。并機械攪拌后置于馬弗爐450℃保溫2小時后拿出，自然冷卻至室溫，用水溶解堿渣，得到粗銦稱重。

2 實驗結果及討論

（1）浸出。將廢ITO靶材投入鹽酸溶液中浸出，浸出后期加入Na2S抑制Sn、Zn等重金屬的浸出。浸出投入產出數據見表2。三組浸出總共獲得浸出渣僅17.4g，加之部分濾渣粘在濾布上，導致濾渣量過少，無法送樣。按液體計算，銦的浸出率第1、2、3組分別為102.46%、102.46%、104.03%，平均102.98%。由此看出，鹽酸體系浸出廢ITO靶材，銦的浸出率幾乎100%。由于加了Na2S的緣故，大部分的Sn未進入液體，從而簡單經濟地基本分離了廢ITO靶材中的In和Sn。

表2 浸出投入產出數據表

（2）中和。浸出液加片堿中和至pH=2.5，然后加H2O2除去液體中的Fe等雜質。中和投入產出數據見表3。

表3 中和投入產出數據表

中和渣渣量少，故無中和渣分析結果。按液體計算，中和工序銦回收率第1、2、3組分別為79.56%、90.22%、96.68%。加H2O2的目的是把浸出液中的二價鐵氧化為三價鐵，在pH升至2.5以上時與其它特定重金屬共同沉入渣中。

（3）置換熔鑄數據。中和后液用鋁片兩段置換，得到的海綿銦進行片堿熔鑄，得到粗銦。置換熔鑄投入產出數據見表4，得到的粗銦成分見表5。

表4 置換熔鑄投入產出數據表

表5 粗銦數據表（%）

由表4可知，鋁片置換可有效置換出中和液中的銦。置換熔鑄工序銦的回收率1、2組為80.84%，第3組為97.29%。由表5可知，粗銦的品位可達97.93%，含Sn僅1.92%，含Zn、Fe等雜質量也較低。

（4）銦總回收率。廢ITO靶材經浸出、中和、置換、熔鑄四道工序得到粗銦，在整個過程中的銦總回收率見表6。

表6 銦總回收率數據表

第1組和第2組置換和熔鑄合并后進行。由于試驗模型小，部分試驗設備設施難以匹配合適，液體送樣頻次多、銦的黏附、夾帶等損失被放大，造成回收率偏低（第1、2組尤為明顯）。第3組銦回收率94.60%。

（5）輔材單耗及輔材成本。廢ITO靶材經浸出、中和、置換、熔鑄，得到粗銦，使用的輔材為鹽酸、Na2S、片堿、H2O2、鋁片。這幾種輔材的單耗見表7。輔材單位成本見表8。

表7 輔材單耗數據

表8 輔材單位成本計算表

輔材單位成本以第3組輔材單耗為例計算。由表7、表8可知，輔材單位成本為23.78元/kg·In。

3 結論

（1）廢ITO靶材回收銦可經過鹽酸浸出、片堿中和、鋁片兩段置換和片堿熔鑄四道工序實現，產生渣量少。銦的回收率可達94.60%，得到的粗銦品位為97.93%。

（2）在浸出工序加入Na2S，可有效抑制Sn、Zn等重金屬的浸出；并在中和工序中加入H2O2，以除去中和液中的Fe等雜質。這些措施提高了粗銦的品位，粗銦含雜僅2.07%，粗銦含Sn僅為1.92%。

（3）實驗室中，該工藝回收銦，輔材為鹽酸、Na2S、片堿、H2O2、鋁片，輔材總單位成本為23.78元/kg·In。