Курсовая работа: Дільниця функціонального покриття індієм
Основні сировинні джерела. Індій - типовий розсіяний елемент, часто зустрічається в сульфідних мінералах. Вміст у земній корі становить 1,0 . 10-5 % (за масою). Сліди його знаходять у більшості цинкових обманок і в олов'яних рудах. Він зустрічається в манганових, залізних j вольфрамових рудах. У незначних кількостях індій іноді міститься в товарному цинку. Джерелами індію також служать відходи і проміжні продукти свинцевого виробництва.
Переробка сировини, що містить індій. При гідроелектрометалургійній переробці поліметалевих руд індій переходить у цинковий, мідний та олов'яний концентрати, менше - у свинцевий і залізний. У процесах пірометалургійної переробки руд, при окисному випалюванні, індій та його вищий оксид Іn2 O2 мають малий тиск пари і, як правило, залишаються в недогарку. Нижчі оксиди In2 O3 і сульфіди Іn2 S мають велику леткість.
При переробці цинкових концентратів за температур 850 - 930 о C в окисному середовищі більша частина індію залишається в недогарках. При вилуговуванні цинкових недогарків сульфатною кислотою більша частина індію, подібно галію, залишається в осаді через низьке значення рН (2,0-3,4). Індій, що перейшов у розчин, видаляється в мідно-кадмієві осади при цементації цинковим пилом. Мідно-кадмієві осади містять, %: Іn - 0,003, Сu - 10, Cd - 6, решта - цинк, і можуть бути використані для вилучення індію з супутнім одержанням кадмію.
Індій міститься у свинцевих концентратах. У процесі відновної плавки свинцевих концентратів індій розподіляється між усіма продуктами плавки. Частина індію (20-25 %) потрапляє в пил, причому його концентрація збільшується в 5-10 разів порівняно з концентратом. У шлаки переходить від 10 до 50 % індію; у чорновий свинець - до 50 % індію.
При відновній плавці олов'яних концентратів індій розподіляється між пилом (75 %) і чорновим оловом (20 %). У чорновому олові вміст індію може становити 0,1 %.
При плавці мідних концентратів приблизно половина індію переходить у штейн (проміжний продукт виробництва), від 5 до 15 % звітрюється з пилом, решта потрапляє в шлаки (розплав продуктів пустої породи із флюсами).
Вилучення індію з концентратів. Для індію невідомі специфічні хімiчні реакції, які дозволяли б відразу відокремити його від великих кiлькостей супутніх елементів. Тому схеми вилучення індію відрізняються великою складністю і багатостадійністю .
Для вилуговування індiйвмісної сировини застосовують обробку сульфатною кислотою або відпрацьованим цинковим електролітом. Більшого вилучення індію в розчин досягають сульфатизуванням сировини. Здійснюють цю обробку в печі киплячого шару при температурі 300 о С. Проте високотемпературна сульфатизація пов'язана з утворенням великої кількості шкідливих газів, тому іноді віддають перевагу цьюму способу при низькій температурі (180-200 о С), що дозволяє при наступному водному вилуговуванні перевести в розчин 86-87 % індію. У результаті вилуговування продукту (після сульфатизаціі) розчин містить 0,1 г/дмЗ індію і значні кількості міді, кадмію, алюмінію, арсену та інших елементів. З рідкісних елементів у цих розчинах можуть бути присутні галій, талій, германій, селен, телур.
Для одержання з сульфатних розчинів індієвого концентрату використовують різні методи:
а) осадження малорозчинних сполук;
б) екстракцію органічними реагентами;
в) цементацію.
Спосіб гідролітичного виділення індію (осадження малорозчинних сполук) базується на відмінності кислотності виділення індій гідроксиду і гідроксидів супутніх металів. При нейтралізації нагрітого сульфатного розчину до рН = 4,8 У результаті гідролізу виділяється індій гідроксид, розчинність якого у воді становить 3,67 . 10-5 моль/дмЗ . За цих умов від індію можна відділити основну масу міді, цинку і кадмію. Разом з індієм співосаджується галій і залізо (III). Гідролітичний метод дозволяє досягти тільки поступового збагачення; у результаті декількох переосаджень одержують індієвий концентрат.
Як осаджувач індію використовують двозаміщений фосфат і дифосфат натрію. Але найкращим осаджувачем є натрій триполіфосфат Nа5 РЗ О10 . При використанні цього реагенту цинк, мідь і залізо (П) не заважають осадженню, арсен незначно співосаджується, а залізо (Ш) осаджується разом з індієм, тому його попередньо необхідно відновити до двовалентного. Оптимальні умови осадження: рН = 2,5 -2,7 і три-, чотириразовий надлишок триполіфосфату відносно індію.
Екстракційний спосіб є ефективним щодо вилучення індію з сульфатних розчинів, якийвикористовується у промисловості. Для екстракції індію застосовують ди-2-етилгексилфосфат:
In3+ + 3(HR2 PO4 )2 = In(R2 PO4 )3 . 3HR2 PO4 + 3H+ (З)
де R - етилгексиловий радікал.
Супутні індію елементи: Zn, Cd, Сu, Ni, Мn, As, Fe (II) - екстрагуються тільки зі слабокислих розчинів.
Виділення металевого індію і його рафінування. Цементація (витіснення). Індій можна осаджувати з розчину цинком або алюмінієм. Щоб уникнути співосадження домішок цементацію ведуть не цинковим пилом, а на листах цинку або алюмінію.
При надлишку іонів SO2- 4 частина індію залишається в розчині внаслідок утворення комплексних іонів [Іn(SО4 )2 ]- і зменшення різниці потенціалів індію й цинку. Тому із сульфатних розчинів індій цементують на алюмінієвих листах з одержанням індію у вигляді губки, що легко знімається. Для депасивації алюмінію в розчин додають 10-20 мл НСІ на 1 дм3 розчину при температурі 60 о С. У процесі цементації нагрівання припиняють, оскільки реакція екзотермічна. Після закінчення цементації в розчині залишається 0.5 г/дм3 індію, який доосаджують цинковим пилом.
Для одержання компактного металу індiй промивають водою, пресують у брикети і плавлять під захисним шаром натрій гідроксиду. Чорновий метал містить 96-99 % індію.
Крім сульфатних розчинів, для електрохімічного виділення індію можна використовувати сульфаматні електроліти, що містять сульфамінову кислоту HSО4 NH2 (процес проводять при кімнатній температурі й густинах струму до 1100 А/м2 з виходом за струмом близько 90 %), і флуороборатні електроліти (при густинах струму 500-1000 А/м2 , рН = 1 і з виходом за струмом 40-75 %). Набули застосування хлоридні і флуоросилікатні електроліти. Сприяють електролізу також органічні домішки - солі винної, лимонної кислоти, піридину та ін. Крім того, індій одержують з концентрованої індієвої амальгами (30 % Іn) шляхом електрохімічного розкладання в розплаві ІnСl при 250 о C. Катодом служить розплав індію.
Рафінування індію. У напівпровідниковому індії вміст домішок не повинен перевищувати 1 . 10-5 - 1 . 10-6 %.
Індій, що рафінується, містить наступні домішки: РЬ, Сu, Cd, Fe,Zn, Al, Sn, Тl та ін.
Для рафінування індію застосовують спосіб послідовної цементації і електрохімічний метод.
Спосіб послідовної цементації базується на різниці потенціалів виділення індію металів-домішок. Технічний індій розчиняють при нагріванні в сульфатній кислоті. Залишок, що не розчинився і містить мідь, срібло і свинець, відфільтровують, а з кислого розчину цементують домішки на листах чорнового індію. При цьому видаляються більш електропозитивні домішки, ніж індій, мідь, стибій, бісмут, срібло й олово.
Другу цементацію проводять для видалення кадмію і талію, які не цементуються на індії. Третю цементацію проводять на листах алюмінію високої чистоти для виділення самого індію.
Електрохімічне рафінування індію проводять у кислому розчині (рН = 2-3), отриманому розчиненням індію в хлоридній кислоті (40-60 г/дм3 ) з додаванням амоній хлориду (30-80 г/дм3 ) для підвищення електропровідності. Електроліз ведуть у кварцових або керамічних електролізерах. Анодами слугують пластини, відлиті з чорнового індію. Як катоди використовують листи з чистого індію, алюмінію або титану.
Домішки РЬ, Sn, Сu, Ві, що містяться в анодному індії, в основному переходять в анодний шлам, для збирання якого аноди поміщають у бавовняні мішки; Zn, Аl, Мn - переходять у розчин. Кадмій також накопичується в розчині й лише незначно співосаджується з індієм на катоді. При електролізі підтримують густину струму на рівні 100-200 А/м2 , температуру - до 40о С. Аноди виробляють товщиною 1 мм. При дворазовому проведенні рафінування одержують індій з вмістом домішок нижче 10-4 % (після плавки під шаром гліцерину і амоній хлориду).