浅谈铟电解精炼提纯方法

浅谈铟电解精炼提纯方法

姚雁斌

先导薄膜材料（广东）有限公司 广东省清远市 511500

摘要：半导体以及薄膜太阳电池对于材料金属铟的纯度有着非常高的要求，一般来讲需要达到99.998%以上，甚至是99.9998%。到目前为止，我国所生产的大部分精铟纯度都为99.98%，所以高纯度铟的研制及开发是一个迫切需要解决的问题。高纯铟制备的方法主要是氯化物法，电解精炼法，真空蒸馏法以及区域熔炼法等等。在这些提纯的方法中，电解法是最常用和适宜于将99.98%精铟提纯成99.998%以上高纯铟的方法，这个方法对于去除掉标准电位和铟标准电位两者间那些差别大的杂质元素是十分有效的。影响铟电解的效果也非常多的，例如电解液的组分及纯度等等。

关键词：铟；电解；提纯

随着社会发展进入电子时代，半导体及薄膜太阳能电池行业发展迅速，对这些新兴行业的关键原材料铟金属的纯度也提出了很高的要求，通常需要达到99.998%以上，甚至是99.9998%。虽然我国是铟金属资源的大国，但是到目前为止，我国所生产的大部分精铟纯度都为99.98%，大量的高纯铟却需要从国外进口，造成极大的价格逆差和铟金属资源的大量外流的局面。因此，高纯度铟的研制及开发是一个迫切需要解决的问题。

高纯铟的制备方法主要是氯化物法，电解精炼法，真空蒸馏法以及区域熔炼法等等。电解精炼法对于去除掉标准电位和铟标准电位两者间那些差别大的杂质元素是十分有效的，是常用于将99.98%精铟提纯成99.998%以上高纯铟的最佳方法。然而在生产过程中，影响铟电解的因素非常多，控制合适的工艺条件参数非常关键，因此对主要的几个影响因素进行分析探讨。

一 实验

（1）主要试剂及其原理

高纯金属铟、粗铟、硫酸、氯化钠、明胶。

电解精炼法提纯金属铟的原理是在电场的作用之下，阳极上的铟发生电化学溶解，进入电解液，然后在阴极析出；而阳极化学电位比铟高的金属不发生电化学溶解，不进入到电解液，最后沉积在阳极泥当中；而阳极化学电位比铟低的金属发生电化学溶解，不能析出在阴极，只留在电解液中而不会在阴极中析出，因此实现纯化金属铟的目的。

（2）实验方法

以高纯金属铟作为配置电解液的原料，将高纯金属铟用一定浓度的硫酸溶解完成制备成硫酸铟溶液。再添加一定量的明胶和氯化钠作为添加剂，最终配制成电解液。之后把足量的电解液倒入电解槽中，加入铸型的粗铟作为阳极，加入纯钛板作为阴极，连接硅整流器直流电源，连接高纯铟柱和电解液循环泵，接好之后启动电解提纯实验。电解实验产出样品采用电感耦合等离子体质谱进行测试。

二 结果及讨论

在进行金属铟电解提纯过程当中，电解液体系的选择、电解液成分的确定、电解液纯度及pH值、电解过程中的循环状态、极距、电流密度等等都会影响到铟电解提纯的效果。下面便对其中主要因素进行分析与讨论。

（1）铟电解液体系选择

铟电解液主要体系为氯化盐与硫酸盐体系。经过比较后发现，氯化盐体系导电的性能更好，但是腐蚀性比较强，并且析出金属铟当中的杂质比较多，尤其是铅。这是由于氯化铅容易复溶，导致了电解液当中铅杂质含量较高。而硫酸盐体系则可以克服上述缺点，所以采用硫酸盐体系相对较佳。

（2）铟电解液成分的确定

【1】铟离子浓度确定。电解液中铟的浓度过低，除了会影响铟提纯的产量之外，溶液当中其他电极电位比较正的铅，锡，铜，这些杂质也比较容易在阴极中析出，因此而影响到提纯效果，所以要确保电解液当中有一定浓度的铟离子，但是铟离子浓度也不能过高，否则可能会使铟离子来不及电解析出，导致直接吸附到阴极，从而降低了阴极的导电性，使产物分布不均匀，降低电解提纯效果。所以，铟电解液浓度应为100g/L。 【2】氯化钠的添加。因为硫酸盐体系的导电性能比较差，所以需要在铟电解液当中加入氯化钠，以此来提高铟电解液导电性。降低槽压的同时减少阳极钝化，借此提高铟电解提纯的电流效率。并且加入氯化钠对于提高氢在阴极析出的超电压也能起到作用，然后达到提高电解提纯的效果。但是氯化钠的浓度也需要控制，尽量控制在65～105g/L之间，若是浓度过低的话，那么就达不到改善导电性的作用，但如果浓度过高了，则又容易形成硫酸钠结晶，这就会导致电解提纯的条件恶化，让电解很难做到正常的进行。 【3】明胶的添加。为避免在过程中短路，要加入一定量的明胶，以此抑制阳极上活性区域的产生及发展，从而得到均匀致密的电解铟。

（3）阴极板、极距的确定和电解槽的设计

【1】阴极板选择。在进行铟电解的提纯时，阴极板可选择纯铟、不锈钢、钛板或是石墨等，但使用不锈钢时电解的铟容易粘在不锈钢板上且难以剥离，而用石墨时容易起一些小气泡，纯铟价格较贵且制作麻烦，但是钛板很好的克服了上述两类的缺点，因此选取钛板更为合适。 【2】极距的确定。在实验当中，极距虽然对于电流的效率没有太大的影响，但其对槽电压与电耗影响较大，所以同极间距应当定在41—49之间，阴阳极间距则定在21—26之间。 【3】电解槽与阴阳极的设计。 电解槽的设计由极距所得，阴阳极表面面积应相互配合，一般使用阴极钛板的厚度为3mm左右，阳极粗铟的厚度则为6mm左右。同时为了避免杂质混入，应设计电解槽盖。而为了将在电解时可能会产生的废气及时可控排出，应在槽盖上设计出气口，同时在电解槽侧对面各设计一个水嘴，用于电解液循环。

（4）电解液pH值的影响

电解提纯时，电解铟提纯效果非常受电解液酸度以及纯度的影响。酸度过高会让氢的平衡电位上升，也会让氢的超电压大幅降低，而且在阴极放电现象也是较为严重的，得到的电解铟也容易变疏松，这就会吸附电解液当中较多的不溶性的杂质等。酸度过低又会将比铟电位更大的金属的化学溶解能力增大，因此而污染阴极，影响到电解铟提纯的效果。同时酸度过低还会让铟更容易水解，产生白色絮状的沉淀，一方面会造成阳极钝化而阻碍电解的顺利进行，另一方面又会让一些杂质和铟一起水解沉淀，使得锡、铅这些杂质因沉淀吸附而污染到阴极，影响提纯效果。所以，在电解液提纯时，电解液的酸度即pH值要控制在合理范围内，这样提纯的效果才能得到更好的控制。在铟电解过程当中，锡一直是一种比较难去除的一种杂质元素，铟电解液的pH值对其影响也是非常大的。pH值处于2.1—2.6之间时，锡的含量是较低的，而在pH值小于2.1时，锡杂质量会随着pH值增大而减小。在pH值大于2.6时，锡杂质的含量也是随着电解液 pH值升高而增大，因此在综合分析之后，pH值控制在2.1—2.6之间较为合适，这样能够有较好的提纯效果。

（5）电流密度的影响

电解提纯的效果以及效率受到电流密度的直接影响，电流的密度太小了那么电解铟的纯度也会好，但是电解的效率又会受到较大的影响，电流的密度太大了那么电解的效率也会好，但是电解铟的纯度又会受到较大的影响，因此选择适当电流密度十分的重要。为保证电解铟质量和产量，电解电流密度应该处于37—66A/㎡为佳。

三 结语

本文主要是对铟电解精炼提纯的方法及工艺进行了探讨，经过对电解液组成以及酸度、电流密度等因素的探究，得出了铟电解精炼提纯的关键参数，这对提高铟电解精炼提纯效果有着显著作用。

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作者简介：姚雁斌（1982-09-19），男，汉族，籍贯：湖南省耒阳市，当前职务：车间主管，当前职称：助理工程师，学历：大专，研究方向：铟金属提纯