真空冶金在處理稀散金屬的應(yīng)用

　　機(jī)械工程前沿摘要：稀散金屬銦、硒、碲是重要的戰(zhàn)略資源，在現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和國防裝備制造業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的關(guān)鍵作用。我國是稀散金屬生產(chǎn)大國，是推動世界稀散金屬產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要力量。真空冶金是稀散金屬的清潔生產(chǎn)的重要途徑。

　　關(guān)鍵詞：稀散金屬;真空冶金;清潔生產(chǎn)

　　《上海金屬》Shanghai Metals(雙月刊)曾用刊名：上海冶金，1979年創(chuàng)刊，它是上海市向國內(nèi)外公開發(fā)行(鋼鐵)冶金專業(yè)期刊，主要介紹和反映上海市和國內(nèi)外治金及金屬材料的科研開發(fā)和技術(shù)進(jìn)步。

　　1概述

　　稀散金屬銦、硒、碲，是當(dāng)代高新技術(shù)的支撐材料[1]。其廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片、光纖、平板顯示屏、太陽能電池、半導(dǎo)體照明、紅外器件等民用和軍工領(lǐng)域，是我國和美歐日等國的戰(zhàn)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(chǎn)量占世界的60%~70%。我國稀散金屬工業(yè)已經(jīng)成為助推產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要基礎(chǔ)和支撐全球稀散金屬產(chǎn)業(yè)增長的主導(dǎo)因素，也是推動世界稀散金屬產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)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(jìn)行冶金工作。能夠明顯地改善冶金熱力學(xué)和冶金動力學(xué)條件[3]。真空冶金作為一種先進(jìn)的清潔冶金技術(shù)，有著廣泛的應(yīng)用前景，可用于處理成分復(fù)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(tǒng)冶金過程的改造。

　　2真空冶金在處理稀散金屬中的應(yīng)用

　　2.1銦

　　2.1.1粗銦真空精煉昆明理工大學(xué)真空冶金國家工程實(shí)驗(yàn)室，提出粗銦兩步真空精煉工藝并進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究。在低溫低壓條件下進(jìn)行第一次真空精煉，此時Cd、Zn、Tl、Pb揮發(fā)進(jìn)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(jìn)行第二次真空精煉，此時In揮發(fā)進(jìn)入氣相、Sn殘留在液相。經(jīng)過兩步真空精煉脫除粗銦中的Cd、Zn、Tl、Pb及Sn，銦純度達(dá)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(yōu)勢，已成功推廣到云南、內(nèi)蒙古等省區(qū)多家精銦生產(chǎn)企業(yè)。

　　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(jìn)行還原，得到銦錫合金，銦錫合金再經(jīng)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。

　　2.2硒真空蒸餾提純粗硒：2005年昆明理工大學(xué)真空冶金及材料研究所成功開發(fā)了“真空提取硒技術(shù)”建成了年產(chǎn)150t純硒生產(chǎn)線。2017年真空冶金國家工程實(shí)驗(yàn)室開發(fā)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(jìn)行蒸空蒸餾獲得純度大于98%的純硒產(chǎn)品以及富金銀渣。建成年產(chǎn)硒(純度>98%)300t的生產(chǎn)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(xué)真空冶金國家工程實(shí)驗(yàn)室將含銅40%含碲19%的銅碲渣進(jìn)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。

　　2.3.2粗碲真空蒸餾提純采用云南某銅廠電解產(chǎn)出的碲含量為99%的粗碲為原料，根據(jù)粗碲中雜質(zhì)元素種類及其賦存狀態(tài)的特點(diǎn)，設(shè)計了粗碲兩步真空蒸餾提純實(shí)驗(yàn)。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(fā)，而銅、金、銀等飽和蒸氣壓低的元素不揮發(fā)，可將99%的粗碲提純至99.995%。

　　3展望

　　我國是稀散金屬的生產(chǎn)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(fā)展造成的產(chǎn)品單一、金屬利用率低、環(huán)境污染重的弊端，在某種程度上已經(jīng)成為了我國稀散金屬產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約因素。如何保障我國稀散金屬產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，更好發(fā)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(qiáng)綠色技術(shù)開發(fā)，創(chuàng)建稀散金屬清潔生產(chǎn)新局面

　　;(2)積極開拓國外資源;

　　(3)以稀散金屬關(guān)鍵、共性技術(shù)和工程技術(shù)轉(zhuǎn)化為主要研究內(nèi)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(dǎo)體制備、高端應(yīng)用材料制備等方面的稀散金屬關(guān)鍵共性技術(shù)與裝備研究，實(shí)現(xiàn)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(yīng)用開發(fā)等方面稀散金屬工程技術(shù)轉(zhuǎn)化。