一种粗铟多段真空精馏制备4N5精铟的方法与流程

本发明涉及稀有金属真空冶金，具体为一种粗铟多段真空精馏制备4n5精铟的方法。

背景技术：

1、铟是一种重要的稀有金属，广泛应用于ito靶材、电子半导体、光伏电池和合金材料等领域，4n5铟锭即纯度为99.995%的铟锭已成为ito靶材生产的基础原料。

2、目前已公开的铟提纯方法主要有电解精炼法和真空蒸馏法。电解精炼法能有效去除部分杂质，但存在废水废气处理、化学试剂消耗等问题，且生产周期较长。真空蒸馏法利用粗铟中in与杂质金属的饱和蒸气压不同实现分离，具有工艺流程短、铟直收率高、无化学试剂/辅料消耗、无三废产生、生产成本低等优点。现有真空蒸馏技术已取得一定进展，如公开号为cn201710160302.9的专利将粗铟熔化后进行n级真空蒸馏、x级冷凝，可制得高纯铟。然而，现有技术主要侧重于单炉多级冷凝方案，对粗铟中复杂杂质体系缺乏系统性的多阶段协同处理，特别是对不同沸点杂质的梯度去除缺乏针对性的工艺组合设计。现有真空蒸馏技术多采用单炉多级冷凝方案，对粗铟中多达十种以上杂质的系统性去除能力有限，难以实现高沸点杂质与低沸点杂质的分类化、梯度化高效去除；高沸点杂质在残余物中富集后缺乏有效的开路分离手段，低沸点杂质在蒸发物中富集后亦未能有效分离，杂质在系统内循环累积，影响产品纯度的批次稳定性。而电解法除了环境负荷较高、处理成本较高之外，还存在生产周期长、金属铟在产线上积压较多、运营资金占用量高的局限。因此，开发一种能够系统去除粗铟中多种杂质、金属直收率高且工艺稳定可控的4n5精铟制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中真空蒸馏工艺杂质去除系统性不足、高低沸点杂质难以梯度化分离、杂质易循环累积导致产品纯度批次稳定性差，以及电解精炼法环境负荷高、生产周期长、金属资金占用量大的缺陷，提供一种粗铟多段真空精馏制备4n5精铟的方法，通过构建“高-高-低-高”的多阶段梯度蒸馏架构实现杂质分类化、梯度化高效去除，配套独立间断杂质开路单元与全流程物料循环体系解决杂质循环累积问题，在保证4n5精铟纯度稳定达标与金属高直收率的同时，实现无三废排放的清洁生产，且可通过参数调整适配不同杂质含量的原料、兼容更高纯度铟的制备，提升工艺适用性与设备利用率。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种粗铟多段真空精馏制备4n5精铟的方法，采用4台连续真空蒸馏炉与1台间断真空蒸馏炉构成的“4+1”设备配置，将粗铟原料依次经四段连续真空蒸馏处理，四段连续真空蒸馏按“除高沸点杂质-再除高沸点杂质-除低沸点杂质-终除高沸点杂质”的功能序列排布，形成“高-高-低-高”的多阶段蒸馏架构；其中第一段与第二段蒸馏去除高沸点杂质，第三段蒸馏去除低沸点杂质，第四段蒸馏产出4n5精铟；将第一段蒸馏产生的含高沸点杂质残余物、第三段蒸馏产生的含低沸点杂质蒸发物送入间断真空蒸馏炉，分别通过高沸点开路模式与低沸点开路模式实现杂质与铟的分离；将各段蒸馏产生的含铟残余物料以及间断真空蒸馏炉回收的铟全部返回第一段连续真空蒸馏炉循环处理。本发明基于不同金属饱和蒸气压的差异特性，通过多段梯度蒸馏的工艺组合，将高沸点杂质与低沸点杂质的去除过程分阶段独立控制，同时配套独立的杂质开路单元与全流程物料循环体系，在保证杂质深度去除的同时实现铟的高效回收。

3、四段连续蒸馏采用“高-高-低-高”的功能排布，本质是利用高沸点杂质在多次蒸发过程中逐步富集于残余相的规律，通过前两段与终段的三次高沸点蒸馏实现梯度深度去除，同时利用低沸点杂质在较低温度下优先蒸发的特性，通过中间段的低温蒸馏实现低沸点杂质的集中脱除，避免不同类型杂质的去除过程相互干扰。间断真空蒸馏炉作为独立的杂质开路单元，分别针对高沸点富集物料与低沸点富集物料采用不同的温度制度，利用铟与两类杂质的蒸气压差异实现定向分离，使杂质彻底排出系统，解决了杂质循环累积导致的产品纯度波动问题。全流程的物料循环体系将所有中间含铟物料返回首段蒸馏重新处理，最大限度减少铟的过程损失，提升金属综合直收率。

4、进一步地，第一段连续真空蒸馏的处理温度为1000～1050℃，真空度≤10pa，通过调节加热功率控制蒸发残余比，使高沸点杂质总量降低至200ppm以下，蒸发物为1#铟，残余物为含高沸点杂质的1#残余物。该阶段作为粗铟提纯的首道工序，在较高温度下实现大部分高沸点杂质的初步截留，使蒸发相中高沸点杂质大幅降低，为后续深度提纯减轻负荷。

5、进一步地，第二段连续真空蒸馏对1#铟进行处理，处理温度为1000～1050℃，通过降低残余比强化分离效果，将高沸点杂质总量降低至50ppm以下，蒸发物为2#铟，残余物返回第一段连续真空蒸馏炉。该阶段通过更小的残余比进一步强化高沸点杂质的富集分离，实现高沸点杂质的深度脱除，同时将富集杂质的残余物料返回首段循环，避免铟的损失。

6、进一步地，第三段连续真空蒸馏对2#铟进行处理，处理温度为850～950℃，真空度≤10pa，使as、cd、zn、tl、bi、pb等低沸点杂质优先蒸发，残余产物为3#铟，蒸发物为含低沸点杂质的3#蒸发物。该阶段通过降低蒸馏温度，拉大铟与低沸点杂质的蒸气压差异，使低沸点杂质优先进入气相实现集中去除，避免高沸点蒸馏过程中低沸点杂质同步蒸发带来的分离干扰。

7、进一步地，第四段连续真空蒸馏对3#铟进行处理，处理温度为1000～1050℃，调节加热功率控制残余比，使精铟中高沸点杂质总量小于20ppm、低沸点杂质总量小于20ppm，蒸发物为4n5精铟锭，残余物返回第一段连续真空蒸馏炉。该阶段作为终提纯工序，通过精确控制工艺参数对残留的微量高沸点杂质进行最终脱除，确保产品纯度稳定达标，同时残余物料返回首段循环利用。

8、进一步地，所述间断真空蒸馏炉的高沸点开路模式中，控制蒸馏温度1180～1220℃，真空度≤10pa，铟蒸发至冷凝盘回收，高沸点杂质留存于蒸发坩埚中形成杂质块；低沸点开路模式中，控制蒸馏温度980～1020℃，真空度≤10pa，低沸点杂质蒸发至冷凝盘去除，铟留存于蒸发坩埚中回收。两种运行模式分别针对两类富集物料的杂质特性定制温度制度，利用铟与杂质沸点的差异实现定向分离，既保证杂质彻底排出系统，又最大化回收其中的铟金属。回收得到的间断炉铟全部返回第一段连续真空蒸馏炉，进入主流程循环处理。

9、进一步地，所述粗铟原料为自产粗铟与外购粗铟的混合物料，以金属锭形式在各段蒸馏炉之间流转，生产过程中物料以金属锭形式在各段蒸馏炉之间流转，杂质逐级富集。

10、进一步地，通过调整各段蒸馏温度与蒸发残余比，可适配不同杂质含量的粗铟原料，且可兼容制备更高纯度的高纯铟，设备利用率高，运营成本低。

11、进一步地，全过程真空度稳定控制在≤10pa以内，实现连续定量进料，保证工艺稳定性。

12、进一步地，制备得到的4n5精铟纯度≥99.995%，应用于ito靶材、太阳能电池电极、半导体器件连接材料或无铅焊料领域。

13、与现有技术相比，本发明提供了一种粗铟多段真空精馏制备4n5精铟的方法，具备以下有益效果：

14、本发明实现了杂质去除的系统化，通过四炉三段梯度蒸馏架构，对高沸点杂质进行三段梯度蒸馏去除，对低沸点杂质进行集中去除，可实现粗铟中十种以上杂质的系统化高效去除，解决了现有工艺杂质去除系统性不足的问题。

15、其次杂质开路更为彻底，通过4+1的设备配置，高沸点杂质与低沸点杂质分别汇聚至间断真空蒸馏炉进行独立开路，使杂质与铟实现彻底分离，避免杂质在系统内循环累积，保证了产品纯度的批次稳定性，可将杂质总量从原料水平的数千甚至数万ppm降低至20ppm以下。

16、再者金属直收率高，通过全流程物料循环回收体系，各段残余物全部返回首段炉重新处理，间断炉回收的铟返回主生产线，金属铟得以充分利用。

17、同时全过程无化学试剂与辅料消耗，无废水、废气产生，是一种清洁的绿色冶金工艺。

18、此外工艺灵活可控，通过调整各段蒸馏温度和蒸发残余比，可适应不同来源的原料，工艺稳定性好，且通过调整参数可使生产线兼容制备更高纯度的高纯铟，提升设备利用率，降低运营成本。

19、制备得到的4n5精铟纯度≥99.995%，可作为ito靶材生产的基础原料，也可用于太阳能电池电极材料、半导体器件连接材料及无铅焊料等领域，并可作为制备更高纯度高纯铟的中间原料。