Автор работы: Пользователь скрыл имя, 21 Декабря 2010 в 11:30, реферат
В работе описываеться: физические и химические свойства индия, его получение и очистка.
Если индий выделяют электролизом, то рекомендуются сульфатные растворы, содержащие 8—10 г/л серной кислоты. Катодная плотность тока 100—150 А/ма, напряжение 2 В. Катоды из нержавеющей стали, аноды графитовые. Чтобы катодный осадок был плотным, добавляют к электролиту органическую кислоту (муравьиную, уксусную, щавелевую, винную и т. п.) или ее соль.
Было предложено электролитическое выделение индия из сульфидно-щелочной ванны. Исходный раствор с концентрацией индия ~50 г/л получают, растворяя In(ОН)3 в насыщенном растворе Na2S. Электролиз ведут с диафрагмой до остаточной концентрации индия ~10 г/л. Отработанный электролит регенерируют действием ВаS.
На заводе в Дуйсбурге индий получают из концентрированной индиевой амальгамы (~30% In) путем электролитического разложения в расплаве InС1 при 250°. Катодом служит расплав индия
. Получение индия высокой чистоты.
Индий полученный из побочных продуктов цинкового или свинцового производства, содержит в качестве примесей свинец, медь, кадмий, железо, цинк, алюминий иногда олово, никель и другие элементы, а при амальгамном процессе — и ртуть. Частично удаляют примеси уже описанными методaми. На некоторых специфических способах очистки остановимся подробнее.
Плавка под слоем щелочи. Полученную в процессе цементации или электролиза губку индия переплавляют под слоем расплавленного едкого натра. Этим достигается, помимо получения компактного металла, очистка от большей части цинка или алюминия, на которых производилась цементация, а также от ряда других примесей, растворяющихся в расплавленной щелочи. Вместо переплавки под щелочью иногда применяют плавку под глицерином с добавкой хлорида аммония. При этом содержание примесей цинка, кадмия и железа может быть снижено до десятитысячных долей процента
Рафинирование последовательной цементацией
Сначала исходный технический индий растворяют, нагревая в серной кислоте. Нерастворившийся остаток, содержащий медь, серебро и свинец, отфильтровывают, а из кислого раствора цементируют примеси на листах чернового индия. При этом удаляются медь, сурьма, висмут, серебро и большая часть олова.
Вторая операция цементации имеет целью удалить кадмий и таллий, которые не цементируются на индии. Их можно осадить из раствора цинком, но при этом наряду с примесями осаждается индий, осадок которого покрывает цинк и мешает дальнейшей очистке. Чтобы уменьшить выделение индия, цементируют, во-первых, из более разбавленного и более кислого раствора, во-вторых, вместо чистого цинка берут сплав его с 1 % индия и 0,3% кадмия. Чтобы операция была успешной, надо иметь свежую активную поверхность у пластин сплава, для чего сплав ежедневно переплавляют.
В третьей операции цементации осаждают из раствора сам индий на листах алюминия высокой чистоты. Этот способ рафинирования дает хорошие результаты, но он малопроизводителен и требует точного соблюдения условий работы.
Хлоридный метод. Основан на фракционном образовании хлоридов и диспропорционировании низших хлоридов индия. Расплавленный индий обрабатывают при 250° 5—10 мин смесью трех частей ZnС12 и одной части NН4С1. Таллий преимущественно переходит в солевой расплав:
2Т1 + 2NH4С1 = 2Т1С1 + 2NH3 + Н2
Удалив таллий, солевой шлак снимают. Металл снова обрабатывается подобным образом. Расход NН4С1 возмещают, добавляя свежую соль. Индий постепенно переходит в расплав в виде низших хлоридов. Процесс продолжают до тех пор, пока не останется лишь небольшой королек металла (~10%), в котором концентрируются примеси свинца, меди, олова, серебра, сурьмы и т. д.
По другому варианту этого способа, индий плавят под насыщенным раствором ZnС12, имеющим температуру кипения выше 160°, к которому добавляют концентрированную соляную кислоту.
Полученный при растворении солевой шлак (или раствор) с низшими хлоридами индия отделяют от королька металла и растворяют в воде. При этом низшие хлориды диспропорционируют, выделяя металлический индий, например
In2С13 = InС13 + In
По охлаждении раствор слегка подкисляют соляной кислотой, чтобы выделившиеся частички индия собрались в губку. Раствор, содержащий около половины всего индия вместе с примесью кадмия и избытком цинка, отделяют. Цементацией или электролизом из него выделяют индий и пускают в оборот. Раствор упаривают, хлорид цинка снова используют. Губку промывают дистиллированной водой и переплавляют. Для дополнительной очистки ее растворяют в соляной кислоте, и индий выделяют электролизом. Этот процесс позволяет получать металл с содержанием суммы примесей около 0,001%. Недостаток его — большое количество оборотных материалов, а также необходимость использования ZпСl2 высокой чистоты.
Предложено рафинировать индий, пропуская над ним пары InС1з. Образовавшийся InС1 конденсируется и разлагается в деионизированной воде, куда добавляют немного соляной кислоты. Полученную губку высушивают, брикетируют и переплавляют в вакууме, а оставшийся в растворе трихлорид индия регенерируют. Такой процесс резко снижает содержание примесей меди, свинца, никеля, цинка, кадмия и др.
Рафинирование дистилляцией. Летучие примеси (цинк, кадмий, ртуть) удаляют из индия дистилляцией в вакууме. Выдержка при температуре выше 600° несколько часов под давлением менее10-3 мм рт. ст. позволяет достаточно глубоко очистить индий от этих примесей. Свинец и олово — также более летучие металлы, чем индий, но их содержание при такой обработке снижается незначительно/
Электролитическое рафинирование. Для очистки индия применяют электролиз из слабокислого раствора (рН около 2—3). Электролитом служит раствор хлоридов индия и натрия или аммония (например, 60 г/л индия, 30 г/л NН4С1) с небольшим количеством желатины или клея. Хлорид натрия (или аммония) увеличивает электропроводность электролита. Желатина (или клей) способствует получению ровного плотного осадка. Электролиз ведут в кварцевых или керамических сосудах. Катоды делают из титана или из тонких листов очищенного индия.
Содержащиеся
в анодном индии примеси
Для лучшей очистки индия предложен электролиз в ваннах с диафрагмой и непрерывной очисткой электролита путем цементации на
металлическом индии. Таким путем можно снизить содержание свинца, олова и меди на два порядка.
Амальгамное рафинирование. В этом процессе сначала ведут электролиз с ртутным катодом; получается амальгама индия,которую подвергают анодному разложению. Процесс повторяют несколько раз. С этой целью применяют многокамерные электролизеры.
Амальгамным методом (с применением ряда предосторожностей) можно получить очень чистый металл, пригодный для полупроводниковой техники. После амальгамного рафинирования индий содержит следы ртути и поэтому должен быть подвергнут вакуумной обработке или электролитическому рафинированию.
Кристаллофизическая очистка. Окончательно очищают индий обычно кристаллофизическими методами — зонной плавкой, направленной кристаллизацией или вытягиванием из расплава по Чохральскому. При этом наблюдается хорошая очистка от примесей меди, никеля и серебра, которые оттесняются в конец слитка. Если вытягивать на воздухе, то имевшееся в исходном индии железо концентрируется (~70—80%) в окисной пленке, остающейся на дне тигля. Если же вытягивание или зонную плавку проводить в вакууме или в атмосфере азота, то закономерного распределения железа по длине слитка не наблюдается. электролитическом рафинировании не была достигнута достаточная очистка индия от железа, его вытягивают на воздухе. Таким путем можно получить индий с содержанием железа менее 2- 10-5%.
Подобным образом ведет себя и цинк. При плавке в атмосфере азота индий от цинка практически не очищается. Если же вытягивать индий на воздухе, то основная масса цинка переходит в окисную пленку. Содержание цинка в пленке примерно в 500 раз выше, чем в очищенном слитке. Приведем имеющиеся в литературе данные о коэффициентах распределения примесей в индии.