CN106586988B - 从磷化铟废料中综合回收铟和磷的方法 - Google Patents

从磷化铟废料中综合回收铟和磷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种从磷化铟废料中综合回收铟和磷的方法，将磷化铟废料粉碎后置于真空管式炉中，真空加热，使磷化铟分解为铟和磷蒸气，通过采用程序降温，使磷蒸气转化为红磷。本发明的方法，使磷化铟中铟和磷均得到高效回收，提高了资源利用率，不产生有毒气体，无需处理废液废渣，安全环保。

Description

从磷化铟废料中综合回收铟和磷的方法
技术领域
本发明属于真空冶金领域，尤其涉及一种从磷化铟废料中综合回收铟和磷的方法。
背景技术
磷化铟作为重要的 III-V 族化合物半导体材料之一，因其本身特有的性质在电子器件和光电子器件等领域具有很好的应用前景。在生产加工磷化铟时，会产生许多磷化铟废料，其铟含量远较铅、锌等金属冶炼渣中高，具有很高的回收价值。
目前，处理磷化铟废料的主要工艺有湿法氧化酸浸和真空高温分解。湿法酸浸工艺，采用无机酸和氧化剂浸出后，从浸出液中还原回收金属铟，磷随还原后液进行污水处理，造成极大的资源浪费，增加污水处理成本，而且与酸氧化反应极易产生剧毒气体PH3，对人员生命安全造成威胁。目前的真空高温分解工艺，将磷化铟废料置于真空炉中，高温加热，使磷化铟分解，得到液态铟和气态磷，气态磷通过吸收液吸收。美国专利US6126719公开了一种从III-V族化合物中真空分解回收IIIA族元素，其中磷化铟分解产生的磷蒸气采用过渡金属硫酸盐溶液（如硫酸铜溶液）吸收，产生大量的含磷残渣（如Cu3P）和硫酸废液，资源回收率低，增加残渣、废液处理成本。
因此，亟需一种从磷化铟废料中综合回收铟和磷的方法，提高资源回收率，特别是将磷化铟中的磷进行回收，以减少含磷残渣废液的产生。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于从磷化铟废料中综合回收铟和磷的方法，所述方法安全环保，资源回收利用率高。
为实现前述目的，本发明采用如下技术方案：从磷化铟废料中综合回收铟和磷的方法，其包括如下步骤：
步骤S1：将磷化铟废料置于反应舟中，再将反应舟置于石英管的一端，再将石英管置于真空管式炉内，向石英管内通入惰性气体，置换管内的空气，当管内空气被完全置换后，抽真空，密封石英管，按两温区加热程序，开始升温加热；
步骤S2：加热结束后，按程序降温，降至室温后，取出石英管，得到铟和红磷。
作为本发明的进一步改进，所述真空管式炉至少具有温区1和温区2两个加热区，所述石英管放有反应舟的一端置于温区1，另一端置于温区2。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中两温区加热程序为：温区1加热温度为800~1200℃，温区2加热温度为400~500℃。
作为本发明的进一步改进，所述温区1和温区2保温时间为2~4h。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中抽真空至管内压强降为10~100Pa。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中程序降温具体为：温区1降温速率为25~95℃/h，温区2降温速率为5~25℃/h，两温区降至250~300℃，保温1~6h，再自然降温至室温。
作为本发明的进一步改进，所述反应舟为石英舟或石墨舟中的任意一种。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中磷化铟废料的铟含量为79%，磷含量为21%。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中磷化铟废料经粉碎筛分，粒径至少小于100目。
本发明采用真空加热，使磷化铟分解为铟和磷，再通过程序降温，使磷蒸气转化为红磷，固态铟留在反应舟中。本发明提供的方法，使磷化铟中的铟和磷得到高效回收，提高资源回收率，无需处理废水废渣，安全环保。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明采用如下技术方案：从磷化铟废料中综合回收铟和磷的方法，包括如下步骤：
步骤S1：将磷化铟废料置于反应舟中，再将反应舟置于石英管的一端，再将石英管置于真空管式炉内，向石英管内通入惰性气体，置换管内的空气，当管内空气被完全置换后，抽真空，密封石英管，按两温区加热程序，开始升温加热；
步骤S2：加热结束后，按程序降温，降至室温后，取出石英管，得到铟和红磷。
本发明中，所述的反应舟为石墨舟或石英舟中的任意一种；所述石英管两端均为开口端；所述真空管式炉的加热区至少2个温区以上，本发明中，管式炉加热采用两温区加热，分别是温区1、温区2。
本发明中，首先将磷化铟废料置于反应舟中，再将反应舟置于石英管的一端，再将石英管放置于反应炉中，石英管中放置反应舟的一端放置于温区1，另一端放置于温区2，向石英管中通入惰性气体置换石英管内的空气，经多次置换，将石英管内空气置换完全后，开始抽真空，使石英管内压强降至10~100Pa，密封石英管，按两温区加热程序，开始加热。所述惰性气体优选为氮气、氩气、氦气中的任意一种或多种，更为优选为氮气。所述石英管内压强优选为10~100Pa，更为优选为10~20Pa 。所述两温区加热程序优选为温区1加热温度为800~1200℃，温区2加热温度为400~500℃，温区1和温区2升温至指定温度后，保温时间优选为2~4h，两温区的升温速率并无特殊要求。
本发明中，加热保温结束后，按程序降温，所述程序降温具体为温区1降温速率为25~95℃/h，所述温区2降温速率为5~25℃/h，降温至250~300℃，保温1~6h，再自然降温至室温。降至室温后，取出石英管，得到铟和红磷。
本发明提供的方法，通过采用两温区加热和程序降温，克服了现有工艺中磷难以回收困难，将磷化铟中的铟和磷进行了高效回收，最终得到铟和红磷，过程安全环保，回收率高，提高了资源利用率。
以下实施例中所用磷化铟废料中磷质量分数为21%，铟质量分数为79%。
实施例1。
1）将1kg过100目筛的磷化铟废料置于石英舟内，将石英舟放置在石英管的一端，再将石英管置于管式炉中，石英管中放置石英舟的一端放置于温区1，另一端放置于温区2，连接装置并检查气密性后，向石英管中通入氮气置换石英管内的空气，经多次置换，将石英管内空气置换完全。
2）开始抽真空，使石英管内压强降至10Pa，密封石英管，升温，使温区1温度为800℃，温区2温度为400℃，保温4h，使磷化铟废料分解为液态铟和气态磷，其中液态铟聚集在石英舟内，气态磷聚集于温区2范围内。
3）保温结束后，控制温区1降温速率为25℃/h，温区2降温速率为5℃/h，两温区降至250℃后，保温6h，再自然冷却至室温。
4）降至室温后，取出石英管，进行破碎，取出石英舟和红磷，得到铟733g，红磷189g，铟和磷的回收率分别为92.8%和90.0%。
实施例2。
1）将1kg过150目筛的磷化铟颗粒置于石英舟内，将石英舟放置在石英管的一端，再将石英管置于管式炉中，石英管中放置石英舟的一端放置于温区1，另一端放置于温区2，连接装置并检查气密性后，向石英管中通入氮气置换石英管内的空气，经多次置换，将石英管内空气置换完全。
2）开始抽真空，使石英管内压强降至50Pa，密封石英管，升温，使温区1温度为1000℃，温区2温度为450℃，保温3h，使磷化铟废料分解为液态铟和气态磷，其中液态铟聚集在石英舟内，气态磷聚集于温区2范围内。
3）保温结束后，控制温区1降温速率为50℃/h，温区2降温速率为15℃/h，两温区降至280℃后，保温3h，再自然冷却至室温。
4）降至室温后，取出石英管，进行破碎，取出石英舟和红磷，得到铟739g，磷193g，铟和磷的回收率分别为93.5%和91.9%。
实施例3。
1）将1kg过200目筛的磷化铟颗粒置于石墨舟内，将石墨舟放置在石英管的一端，再将石英管置于管式炉中，石英管中放置石墨舟的一端放置于温区1，另一端放置于温区2，连接装置并检查气密性后，向石英管中通入氮气置换石英管内的空气，经多次置换，将石英管内空气置换完全。
2）开始抽真空，使石英管内压强降至100Pa，密封石英管，升温，使温区1温度为1200℃，温区2温度为500℃，保温2h，使磷化铟废料分解为液态铟和气态磷，其中液态铟聚集在石墨舟内，气态磷聚集于温区2范围内。
3）保温结束后，控制温区1降温速率为95℃/h，温区2降温速率为25℃/h，两温区降至300℃后，保温1h，再自然冷却至室温。
4）降至室温后，取出石英管，进行破碎，取出石墨舟和红磷，得到铟716g，磷186g，铟和磷的回收率分别为90.6%和88.6%。
以上实施例中所得铟纯度≥99.9%，磷纯度≥99.5%，其中红磷中白磷含量≤0.01%。
本发明，在真空条件下，采用两温区加热，使磷化铟分解为铟和磷，再通过程序降温，使磷蒸气转化为红磷，固态铟留在反应舟中。本发明提供的方法，使磷化铟中的铟和磷得到高效回收，提高资源回收率，无需处理废水废渣，安全环保。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (6)

1.一种从磷化铟废料中综合回收铟和磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将磷化铟废料置于反应舟中，再将反应舟置于石英管的一端，再将石英管置于真空管式炉内，向石英管内通入惰性气体，置换管内的空气，当管内空气被完全置换后，抽真空，密封石英管，按两温区加热程序，开始升温加热；
步骤S2：加热结束后，按程序降温，降至室温后，取出石英管，得到铟和红磷；
所述真空管式炉至少具有温区1和温区2两个加热区，所述石英管放有反应舟的一端置于温区1，另一端置于温区2；
所述步骤S1中两温区加热程序为：温区1加热温度为800～1200℃，温区2加热温度为400～500℃；
所述步骤S2中程序降温具体为：温区1降温速率为25～95℃/h，温区2降温速率为5～25℃/h，两温区降至250～300℃，保温1～6h，再自然降温至室温。
2.根据权利要求1所述从磷化铟废料中综合回收铟和磷的方法，其特征在于，所述温区1和温区2保温时间为2～4h。
3.根据权利要求1所述从磷化铟废料中综合回收铟和磷的方法，其特征在于，所述步骤S1中抽真空至管内压强降为10～100Pa。
4.根据权利要求1所述从磷化铟废料中综合回收铟和磷的方法，其特征在于，所述反应舟为石英舟或石墨舟中的任意一种。
5.根据权利要求1所述从磷化铟废料中综合回收铟和磷的方法，其特征在于，所述步骤S1中磷化铟废料的铟含量为79％，磷含量为21％。
6.根据权利要求1所述从磷化铟废料中综合回收铟和磷的方法，其特征在于，所述步骤S1中磷化铟废料经粉碎筛分，粒径至少小于100目。
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