精铟生产中酸度的影响与控制Ξ曾冬铭周智华舒万艮刘又年(中南工业大学化学化工学院,长沙410083)摘要:研究了精铟生产中酸度对电流效率、槽电压、产品纯度的影响:控制pH=2～3,能使电流效率达92%以上,槽电压为013～015V,产品纯度可达991999%以上;分析了电解液酸度变化的原因,并指出了以加入硫酸或固体氢氧化钠的方法来控制电解液酸度。关键词:精铟酸度电流效率槽电压中图分类号:TF114文献标识码:A文章编号:0258-7076(2001)02-0147-04铟是一种用途很广的稀散金属,主要集中在半导体、透明导电涂层、电子器件、金属有机物等方面[1～3],而这些材料的生产和加工一般要求铟的纯度达991999%～9919999%,而作为Ⅲ2Ⅴ族的化合物半导体材料甚至要求铟的杂质含量要小于0101μg/g[4]。目前国内生产的铟的纯度还只是停留在9919%～99199%,因此,高纯铟的开发与生产已是迫在眉睫。高纯铟的生产目前在国内外有电解法、区域熔炼法、真空蒸馏法[5]、氯化歧化法等,但主要是用电解法进行精炼生产。铟的精炼是指除去原料铟中的一些杂质元素,而杂质中最难以除去的主要是镉、铊、锡、铅等,这是由于这四种元素的化学电位与铟的电位相近,必须通过控制电解液的组分进行精炼提纯。因此,精铟生产中电解液的选择和组分的确定是决定精铟质量的一个至关重要的因素。近年来,我们进行高纯铟生产技术的研究,通过实验发现电解液的酸度对精铟生产的影响亦很显著。本文就精铟生产中酸度的影响与控制进行了探讨。1实验111实验原理采用电解法精炼铟,电解液一般采用In2(SO4)3～H2SO4体系,并加入NaCl作为支持电解质,加入明胶和硫脲作为添加剂。电解槽采用隔膜隔开,也有文献报道采用阳离子膜代替隔膜[6]。以粗铟作为阳极,高纯铟作为阴极进行电解精炼,发生的反应为:阳极:In=In3++3eφ0=-0.33V阴极:In3+=In-3eφ0=-0.33V112实验药品和仪器金属铟(99199%),H2SO4(优级纯),去离子水,NaCl(优级纯),明胶(分析纯),硫脲(分析纯),电解槽(有机玻璃),红外控温灯,电子继电器,酸度计,原子吸收分光光度计,直流稳压电源,电流表,电光分析天平。113实验步骤称取16g金属铟,加入25ml浓度为49%的H2SO4使其完全反应,加入012g明胶、1g硫脲和16gNaCl并稍加热溶解,配制成200mlIn2(SO4)3的电解液,将电解液倒入带有阳离子膜的电解槽,搅拌,控制温度为25℃,在不同的电流密度下进行电解。分别改变电解液的酸度,将电解得到的产品真空干燥,称量,分析。2实验结果与讨论211酸度对电流效率的影响在120,80,50A/m2的不同电流密度下,分别改变电解液的pH值为115,215,315,415进行电解。不同电流密度下电解液pH值与电流效率的关系如图1所示。从图中可以看出,随着电解液酸度的增大,电流效率下降。这主要是因为当酸含量增大时,能使电解液的导电率增大。但由于随着酸度的增大,在阴极析氢效应大大增强;同时,析氢效应会使第25卷第2期Vol.25№.2稀有金属CHINESEJOURNALOFRAREMETALS2001年3月March2001Ξ收稿日期:2000206227;曾冬铭,男,1962年生,副教授;联系地址:中南大学化学化工学院©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.得到的精铟结构疏松,使一部分精铟溶解于酸中,因而总的效果只能是使电流效率下降。考虑到酸度对其它因素的影响,电解时,电解液pH=2～3为最佳。图1不同电流密度下电解液pH值与电流效率的关系1—120A/m2;2—80A/m2;3—50A/m2Fig.1RelationbetweencurrentefficiencyandpHindifferentcurrentdensity212酸度对槽电压的影响在25℃,80A/m2的条件下,改变电解液pH值为110,117,214,311,318,415进行电解。根据实验结果得出25℃时槽电压与电解液pH值的关系如图2所示。图2槽电压与电解液pH值的关系Fig.2RelationbetweencellvoltageandpH从图2中可以看出,铟的电解精炼的槽电压很低,且随着电解液酸度的增大呈下降趋势。这主要是由于两个电极反应是一对可逆反应,因而过程总的自由焓变(ΔG)甚小,因此理论分解电压趋于零。其中槽电压的主要组成是电解液的欧姆压降,因而电解液电导率的大小对槽电压的影响较大。当酸度较低时,电解液电阻较大,槽电压较高;随着酸度的增大,电解液电导率增大,槽电压有所下降;但酸度增大到一定数值时,槽电压不再下降,这主要是...
