一种高纯锡的真空蒸馏与区域熔炼联合提纯方法与流程

本发明涉及高纯锡提纯，具体为一种高纯锡的真空蒸馏与区域熔炼联合提纯方法。

背景技术：

1、高纯锡是半导体封装、超导材料制备及集成电路互连等领域的关键基础材料。随着高端应用对材料纯度要求的日益严苛，7n级（纯度≥99.99999%）超高纯锡的需求日趋迫切。

2、目前高纯锡的提纯方法主要包括真空蒸馏法和区域熔炼法。真空蒸馏利用锡与杂质元素蒸气压差异，在高温高真空条件下使锡优先挥发并与高沸点杂质分离，可有效去除铁、镍等难挥发金属。区域熔炼则基于杂质在固液两相中的分凝效应，通过熔区反复移动使杂质向锭端定向迁移富集，对去除分配系数偏离1的杂质尤为有效。

3、然而，单一提纯方法在实际应用中存在明显局限。真空蒸馏对蒸气压与锡接近的杂质（如铅、铋）分离效果不足，即便多次蒸馏也难以稳定达到6n以上纯度；区域熔炼虽可将部分杂质富集去除，但处理大量高含量杂质时效率低下，且对分凝系数接近1的杂质（如铁、镍）去除能力极弱。若仅依靠其中一种方法，往往需要十数次以上的重复操作，能耗高、生产周期长，且产品纯度长期在6n级别徘徊，难以突破至7n级。

4、为解决上述技术瓶颈，本发明提出了一种高纯锡的真空蒸馏与区域熔炼联合提纯方法

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

2、本发明提供一种高纯锡的真空蒸馏与区域熔炼联合提纯方法，包括以下步骤：

3、s1一次真空蒸馏：将纯度为4n的粗锡原料置于真空蒸馏炉内，在真空度1×10-3至5×10-2pa、温度1100至1300℃的条件下进行一次真空蒸馏，使锡挥发并冷凝收集，得到纯度为5n的蒸馏锡，同时分离去除高沸点杂质；

4、s2一次区域熔炼：将步骤s1所得蒸馏锡铸锭后，在保护气氛下进行5至8次区域熔炼，熔区宽度为锭长的8%至15%，熔区移动速率为2至8 mm/h，使杂质向锭端富集，切去杂质富集端头，得到纯度为6n的一次区熔锡；

5、s3二次真空蒸馏：将步骤s2所得一次区熔锡再次置于真空蒸馏炉内，在真空度5×10-4至1×10-2pa、温度1050至1200℃的条件下进行二次真空蒸馏，进一步去除残留的微量高沸点及低沸点杂质，得到纯度为6n5的高纯锡产品；

6、s4二次区域熔炼：将步骤s3所得纯度为6n5的高纯锡产品铸锭后，在保护气氛下进行3至5次区域熔炼，熔区宽度为锭长的5%至10%，熔区移动速率为1至3 mm/h，切去杂质富集端头，得到纯度为7n及以上的高纯锡产品。

7、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s1中所述真空蒸馏炉为多级塔盘式真空蒸馏炉，塔盘级数为3至6级，粗锡原料在蒸馏前经酸洗去除表面氧化层。

8、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s1中冷凝收集温度为350至500℃，并采用分级冷凝方式，先在第一冷凝区收集高沸点杂质冷凝物，再在第二冷凝区收集目标锡冷凝物。

9、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s2中所述保护气氛为纯度不低于99.999%的高纯氩气，区域熔炼所用的舟皿为高纯石墨舟或高纯石英舟，舟皿在使用前经酸洗和高温真空烘烤处理。

10、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s2中区域熔炼的熔区移动速率在首尾两次采用2至3 mm/h，中间道次采用5至8 mm/h，且各道次之间将铸锭上下翻转，使杂质在铸锭两端对称富集。

11、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s2中切去杂质富集端头的长度为铸锭总长度的10%至20%，切下的端头返回步骤s1作为粗锡原料再次进行真空蒸馏。

12、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s3中二次真空蒸馏采用梯度升温方式，先以5至8℃/min升至800至900℃保温20至40 min去除低沸点杂质，再以3至5℃/min升至1050至1200℃使锡挥发并冷凝收集。

13、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s3中二次真空蒸馏的冷凝收集采用变温分段冷凝方式，在350至400℃段收集主体锡冷凝物，在400至450℃段收集可能夹带的微量高沸点杂质，实现二次深度分离。

14、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s4中二次区域熔炼的熔区移动速率在首尾两次采用1至1.5 mm/h，中间道次采用2至3 mm/h，且每两道次之间将铸锭沿轴向翻转180°，使残余杂质在两端充分对称富集。

15、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s4中切去杂质富集端头的长度为铸锭总长度的8%至12%，切下的端头返回步骤s1作为粗锡原料再次进行真空蒸馏，实现物料的闭环循环利用。

16、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s2和步骤s4中所述区域熔炼过程中，熔区加热方式采用高频感应加热，温度波动控制在±1℃以内，以确保熔区宽度和温度场的稳定性。

17、本发明的有益效果是：该种高纯锡的真空蒸馏与区域熔炼联合提纯方法，将真空蒸馏与区域熔炼有机联合，通过"一次蒸馏-区熔-二次蒸馏-二次区熔"的四级递进提纯路径，以及梯度升温蒸馏、变温分段冷凝、翻转铸锭区熔等精细化控制手段，突破了单一方法对相近蒸气压或相近分凝系数杂质分离效果差的瓶颈。各步骤间协同互补：一次蒸馏脱除高沸点杂质，一次区熔富集去除分凝系数偏离1的杂质，二次蒸馏深度脱除残留的高低沸点杂质，二次区熔精修去除残余痕量杂质，最终可获得纯度≥7n的高纯锡产品，同时切下的富集端头返回前端循环利用，提高了锡的综合回收率。。

1.一种高纯锡的真空蒸馏与区域熔炼联合提纯方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高纯锡的真空蒸馏与区域熔炼联合提纯方法，其特征在于，步骤s1中所述真空蒸馏炉为多级塔盘式真空蒸馏炉，塔盘级数为3至6级，粗锡原料在蒸馏前经酸洗去除表面氧化层。

3.根据权利要求1所述的一种高纯锡的真空蒸馏与区域熔炼联合提纯方法，其特征在于，步骤s1中冷凝收集温度为350至500℃，并采用分级冷凝方式，先在第一冷凝区收集高沸点杂质冷凝物，再在第二冷凝区收集目标锡冷凝物。

4.根据权利要求1所述的一种高纯锡的真空蒸馏与区域熔炼联合提纯方法，其特征在于，步骤s2中所述保护气氛为纯度不低于99.999%的高纯氩气，区域熔炼所用的舟皿为高纯石墨舟或高纯石英舟，舟皿在使用前经酸洗和高温真空烘烤处理。

5.根据权利要求1所述的一种高纯锡的真空蒸馏与区域熔炼联合提纯方法，其特征在于，步骤s2中区域熔炼的熔区移动速率在首尾两次采用2至3 mm/h，中间道次采用5至8 mm/h，且各道次之间将铸锭上下翻转，使杂质在铸锭两端对称富集。

6.根据权利要求1所述的一种高纯锡的真空蒸馏与区域熔炼联合提纯方法，其特征在于，步骤s2中切去杂质富集端头的长度为铸锭总长度的10%20%，切下的端头返回步骤s1作为粗锡原料再次进行真空蒸馏。

7.根据权利要求1所述的一种高纯锡的真空蒸馏与区域熔炼联合提纯方法，其特征在于，步骤s3中二次真空蒸馏采用梯度升温方式，先以58℃/min升至800900℃保温2040 min去除低沸点杂质，再以35℃/min升至10501200℃使锡挥发并冷凝收集。

8.根据权利要求1所述的一种高纯锡的真空蒸馏与区域熔炼联合提纯方法，其特征在于，步骤s3中二次真空蒸馏的冷凝收集采用变温分段冷凝方式，在350至400℃段收集主体锡冷凝物，在400至450℃段收集可能夹带的微量高沸点杂质，实现二次深度分离。

9.根据权利要求1所述的一种高纯锡的真空蒸馏与区域熔炼联合提纯方法，其特征在于，步骤s4中二次区域熔炼的熔区移动速率在首尾两次采用1至1.5 mm/h，中间道次采用2至3 mm/h，且每两道次之间将铸锭沿轴向翻转180°，使残余杂质在两端充分对称富集；步骤s4中切去杂质富集端头的长度为铸锭总长度的8%至12%，切下的端头返回步骤s1作为粗锡原料再次进行真空蒸馏，实现物料的闭环循环利用。

10.根据权利要求1所述的一种高纯锡的真空蒸馏与区域熔炼联合提纯方法，其特征在于，步骤s2和步骤s4中所述区域熔炼过程中，熔区加热方式采用高频感应加热，温度波动控制在±1℃以内，以确保熔区宽度和温度场的稳定性。