TWI748686B - 銦鉍合金表面氧化皮膜分離方法及其裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種銦鉍合金表面氧化皮膜分離方法，包括：一套管有相對二開口，將表層有一氧化皮膜層之一銦鉍合金自上述開口置入該套管內；對該套管給予一熱能使該銦鉍合金熔融維持液態，並使該氧化皮膜層達到一厚度，該熱能使該氧化皮膜層軟化附著於該套管的內壁；自該開口對液態的該銦鉍合金施加一外力，使該銦鉍合金突破該氧化皮膜層，該氧化皮膜層因而形成一破口，使該銦鉍合金自該破口流出於該套管外，該氧化皮膜層留在該套管。本發明另外提出一種具有銦鉍合金表面氧化皮膜分離方法的裝置。

Description

銦鉍合金表面氧化皮膜分離方法及其裝置

本發明係關於一種銦鉍合金表面氧化皮膜分離方式，將銦鉍合金置入套管內，對套管給予一熱能使銦鉍合金熔融維持液態，並使該氧化皮膜層達到一厚度，該熱能使氧化皮膜層軟化附著於套管的內壁，再施加外力使銦鉍合金突破氧化皮膜層，使銦鉍合金流出於套管外，該氧化皮膜層留在該套管。

在光電產業蓬勃發展帶動下，全球TFT-LCD顯示器需求量提升，使ITO透明導電薄膜成為金屬銦的主要用途。依據美國國家地質調查局統計，2014-2015年全球銦總產量與總需求量分別為820噸與1,500噸，造成銦資源供不應求的窘境日益嚴重。為了解決上述情形的發生，銦金屬回收開始受到重視，目前銦金屬冶金技術包括乾式冶金及濕式冶金：乾式冶金方法為將金屬和必要的添加物一起在爐中加熱至高溫，使成熔融狀態，生成所需之化學反應，而分離出粗銦金屬，然後再將粗金屬精煉之；濕式冶金方法為利用溶劑或浸漬劑將礦石中所要回收的金屬浸出，此浸漬液經過化學或電化學的適當處理後，再出溶液中回收金屬。

乾式冶金如中華民國專利公告號I496895，「一種金屬銦或銦合金之回收方法」，係揭露將含有銦之氧化物廢料還原，回收金屬銦或銦合金之方法：將含有銦之氧化物廢料插入還原爐，將還原性氣體導入該還原爐，且進行加熱， 將該氧化物廢料加以還原，將藉由還原所得之金屬銦或含有銦之合金的熔液分離至還原爐的下部，於金屬回收部加以回收。

而上述公告號I496895，欲取得未氧化的銦合金需將還原性氣體導入該還原爐再進行加熱，才能取得未氧化的銦合金，在回收上成本較高，且製作上較繁瑣。

有鑑於目前所使用的銦鉍合金表面氧化皮膜分離方法具有上述之缺點，本發明提出一種銦鉍合金表面氧化皮膜分離方法，包括下列步驟：一套管有相對二開口，將表層有一氧化皮膜層之一銦鉍合金自上述開口置入該套管內；對該套管給予一熱能使該銦鉍合金熔融維持液態，該熱能使該氧化皮膜層軟化附著於該套管的內壁；自該開口對液態的該銦鉍合金施加一外力，使該銦鉍合金突破該氧化皮膜層，該氧化皮膜層因而形成一破口，使該銦鉍合金自該破口流出於該套管外，該氧化皮膜層留在該套管。

進一步，將該套管停止給予該熱能使該套管與該氧化皮膜層冷卻，對該氧化皮膜層施加一推力使該氧化皮膜層沿該套管移除。

進一步，在對液態的該銦鉍合金施加該外力前，該熱能對該套管與該銦鉍合金持續加溫一時間，該時間介於50分至80分之間。

進一步，該熱能溫度介於攝氏100度至150度之間時，該外力介於700N/m²至1200N/m²之間。

進一步，熱能使該氧化皮膜層達到一厚度，該厚度介於0.2mm至1.2mm之間。

本發明另外提出具有上述銦鉍合金表面氧化皮膜分離方法的一種銦鉍合金表面氧化皮膜分離裝置，該銦鉍合金表面氧化皮膜分離裝置包括一本體及一加熱單元。該本體有一套管及一桿件，該套管有相對二開口，該桿件可移 動的伸入於該套管；該加熱單元設置於該套管；該銦鉍合金置入該套管內，藉由該加熱單元使該套管內的該銦鉍合金熔融維持液態，該熱能使軟化該氧化皮膜層軟化附著於該套管的內壁，再透過該桿件由上述開口伸入對該銦鉍合金施加一外力，使該銦鉍合金突破該氧化皮膜層，該氧化皮膜層因而形成一破口，使該銦鉍合金自該破口流出於該套管外，該氧化皮膜層留在該套管。

進一步，所述開口分別為一進料口及一出料口，該進料口至該出料口為一漸縮狀。

進一步，該套管有連通的一第一套管及一第二套管，該第一套管的截面積大於該第二套管的截面積。

進一步，套管的內壁為一粗糙表面，該粗糙表面有多個粗糙構造，這些粗糙構造分別有一傾斜導引面，該傾斜導引面係朝向相同的開口的方向傾斜延伸。

進一步，該套管的內壁為一粗糙表面，該粗糙表面有多個粗糙構造，這些粗糙構造分別有一傾斜導引面，該傾斜導引面係朝向相同的開口的方向傾斜延伸。

進一步，該粗糙表面的粗糙度介於0.8微米至50微米之間。

上述技術特徵具有下列之優點：

1.本發明藉由將銦鉍合金置入套管，並對套管給予熱能使銦鉍合金維持熔融液態，再藉由桿件從開口對銦鉍合金施加外力，使液態的銦鉍合金突破氧化皮膜層包覆，沿另一開口流出於套管外。

2.本發明漸縮狀的套管使施加外力時產生一個壓力差，藉由壓力差提升銦鉍合金突破氧化皮膜層的表面張力，同時使氧化皮膜層更緊密貼合套管內壁，不會隨液態的銦鉍合金流出套管。

3.本發明套管的內壁有粗糙構造，這些粗糙構造的傾斜導引面朝向相同的開口傾斜延伸，因此附著於套管的內壁的氧化皮膜層於冷卻時，可以藉由傾斜導引面將氧化皮膜層倒出，並藉此內壁粗糙構造提供足夠的摩擦力，在液態的銦鉍合金沿破口流出時，使氧化皮膜層留在原位置，不被液態的銦鉍合金帶出套管外。

4.本發明的套管使用銅金屬，藉由銅金屬與銦鉍合金的熱膨脹係數差異甚大，當套管降溫時，足夠大的熱膨脹係數使收縮應力大於附著力，氧化皮膜層得以容易從套管的內壁剝除。

5.藉由控制熱源溫度介於攝氏100度至150度之間時，使氧化皮膜層的厚度介於0.2mm至1.2mm之間，使氧化皮膜層足夠的附著於套管的內壁，當在施加適當外力時，液態的銦鉍合金由破口處流出時，氧化皮膜層有足夠強度維持本身形狀而不被液態的銦鉍合金沖刷碎裂，因無碎片被捲入液態的銦鉍合金，而達到乾淨分離的目的。

1:本體

11:套管

111:進料口

112:出料口

113:內壁

1131:傾斜導引面

12:桿件

2:加熱單元

3:銦鉍合金

31:氧化皮膜層

32:破口

11A:套管

111A:進料口

112A:出料口

113A:第一套管

114A:第二套管

[第一圖]係本發明銦鉍合金表面氧化皮膜分離方法方塊流程圖。

[第二圖]係本發明銦鉍合金表面氧化皮膜分離裝置立體分解圖。

[第三圖]係本發明桿件伸入套管對銦鉍合金加壓示意圖。

[第四圖]係本發明銦鉍合金突破氧化皮膜的局部放大圖。

[第五圖]係本發明銦鉍合金表面氧化皮膜分離裝置之套管的內壁局部放大圖。

[第六圖]係本發明將套管倒置使氧化皮膜剝離內壁而掉落的示意圖。

[第七圖]係本發明銦鉍合金表面氧化皮膜分離裝置的另一套管剖視圖。

綜合上述技術特徵，本發明銦鉍合金表面氧化皮膜分離方法及其裝置的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。

請參閱第一圖至第三圖所示，一種銦鉍合金表面氧化皮膜分離裝置，包括一本體1及一加熱單元2。該本體1有一套管11及一桿件12，該套管11係為銅金屬，且有相對一進料口111及一出料口112，而該進料口111至該出料口112呈漸縮狀，該桿件12可移動的伸入於該套管11；該加熱單元2包覆於該套管11外。

而該銦鉍合金表面氧化皮膜分離裝置的操作方法如下：將固態表層有一氧化皮膜層31之一銦鉍合金3自該進料口111置入該套管11內。

該加熱單元2對該套管11給予一熱能使該銦鉍合金3熔融，該熱能溫度介於攝氏100度至150度之間，固態的該銦鉍合金3，其基地相為BiIn2相或BiIn相，固態的該銦鉍合金3熔融成液態的該銦鉍合金3時，複數液態的該銦鉍合金3會熔成一塊，而在熔成一塊過程中，因該氧化皮膜層31比重比該銦鉍合金3較輕，使該氧化皮膜層31會往液態的該銦鉍合金3外流動而將液態的該銦鉍合金3包覆，且該銦鉍合金3表面也會氧化使該氧化皮膜層31達到一厚度，該厚度通常需受該熱源加熱約1分鐘至20分鐘，使該氧化皮膜層31具有強度，在受壓破開而碎裂，外層的該氧化皮膜層31會附著於該套管11的內壁113，該厚度介於0.2mm至1.2mm之間，該氧化皮膜層31為非晶質態膜受壓時會碎裂，該氧化皮膜層31顏色為白色半透明狀。

該熱能對該套管11與該銦鉍合金3持續加溫一時間，該時間介於50至80之間，不僅熔融該銦鉍合金3，且使該氧化皮膜層軟化附著於該套管的內壁。要說明的是，該氧化皮膜層31的厚度介於0.2mm至1.2mm之間時，該氧化皮膜層31足以附著於該內壁113上。

該桿件12由該進料口111伸入對液態的該銦鉍合金3施加一外力，該外力介於700N/m²至1200N/m²之間，該外力低於700N/m²難以突破該氧化皮膜層31，該外力超過1200N/m²容易使該氧化皮膜層31碎裂成碎片，進而混入流動液態的該銦鉍合金3，要說明的是，當該熱能溫度愈高時所需的該外力越低，在藉由該外力在漸縮狀的該套管11內產生一壓力差，該壓力差使該銦鉍合金3突破該氧化皮膜層31的表面張力，使該氧化皮膜層31因而形成一破口32，使該銦鉍合金3自該破口32流出於該套管11外，此應力參數範圍，同時使該氧化皮膜層31仍附著於該套管11的內壁，破口處的懸空氧化皮膜層31因厚度足夠，使膜的強度足以維持形狀，氧化皮膜層31不會進一步裂開，而使皮膜碎片隨液態銦鉍合金3流出於該套管11外。

將該套管11停止給予該熱能使該套管11與該氧化皮膜層31冷卻，對該氧化皮膜層31施加一推力使該氧化皮膜層31自該套管11剝落。

請參閱第三圖及第四圖所示，要特別說明的是，該破口32可以由該桿件12直接施與該外力穿過該氧化皮膜層31而產生，也可以藉由該桿件12對該銦鉍合金3施加的該外力，使該銦鉍合金3由包覆於該氧化皮膜層31突破而流出，本實施例為該銦鉍合金3由包覆於該氧化皮膜層31突破而流出。

請參閱第三圖及第五圖所示，該內壁113為一粗糙表面，該粗糙表面有多個粗糙構造，這些粗糙構造分別有一傾斜導引面1131，該傾斜導引面1131排列方向係朝該進料口111的方向，該粗糙表面的粗糙度介於0.8微米至50微米之間。

請參閱第六圖所示，當該銦鉍合金3完全自該氧化皮膜層31中排出後，由於該氧化皮膜層31附著於該內壁113，此時將該套管11停止加熱使該套管11與該氧化皮膜層31冷卻，藉由該氧化皮膜層31與銅金屬的該套管11的熱膨脹係數差異甚大，且加上銅金屬受熱而氧化使該氧化皮膜層31更不容易黏附於該 套管11，因此冷卻過程中該氧化皮膜層31會自該套管11內壁剝離而降低附著力，此時自該出料口112往該進料口111的方向對該氧化皮膜層31施加該推力，該氧化皮膜層31將會自該套管11內壁完全脫落而能夠經由該傾斜導引面1131將該氧化皮膜層31沿該進料口111輕易排出，將該氧化皮膜層31移除。

請參閱第七圖所示，該銦鉍合金表面氧化皮膜分離裝置的套管11A有另一種型態，該套管11A連通的有一第一套管113A及一第二套管114A，而該第一套管113A有一貫穿的進料口111A，該第二套管114A有一貫穿的出料口112A，且該第一套管113A的截面積大於該第二套管114A的截面積，藉由該第一套管113A的進料口截面積大於該第二套管114A的進料口111A。因此該銦鉍合金3置入該第一套管113A及該第二套管114A並加熱熔融後，藉由施加該外力，而在該進料口111A及該出料口112A之間產生壓力差，而如同第五圖所示，該壓力差使該銦鉍合金3突破該氧化皮膜層31的表面張力，使該氧化皮膜層31因而形成該破口32，使該銦鉍合金3自該破口32流出於該套管11A外。

要說明的是，上述銦鉍合金表面氧化皮膜分離方法與傳統的銦或銦合金之回收方法差異在於不需經過還原爐進行回收，而只需透過加熱使該氧化皮膜層軟化附著於該套管的內壁，再藉由該外力使液態該銦鉍合金可流出，該氧化皮膜層有足夠強度維持本身形狀而不被液態的該銦鉍合金沖刷碎裂，因無碎片被捲入液態的該銦鉍合金，而達到乾淨分離的目的。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

Claims (8)

1. 一種銦鉍合金表面氧化皮膜分離方法，包括：一套管有相對二開口，將表層有一氧化皮膜層之一銦鉍合金自上述開口置入該套管內；對該套管給予一熱能使該銦鉍合金熔融維持液態，該熱能使該氧化皮膜層軟化附著於該套管的內壁；自該開口對液態的該銦鉍合金施加一外力，使該銦鉍合金突破該氧化皮膜層，該氧化皮膜層因而形成一破口，使該銦鉍合金自該破口流出於該套管外，該氧化皮膜層留在該套管，在對液態的該銦鉍合金施加該外力前，該熱能對該套管與該銦鉍合金持續加溫一時間，該時間介於50分至80分之間，該熱能溫度介於攝氏100度至150度之間時，該外力介於700N/m²至1200N/m²之間。
2. 如請求項1所述之銦鉍合金表面氧化皮膜分離方法，進一步，將該套管停止給予該熱能使該套管與該氧化皮膜層冷卻，對該氧化皮膜層施加一推力使該氧化皮膜層沿該套管移除。
3. 如請求項1所述之銦鉍合金表面氧化皮膜分離方法，進一步，該熱能使該氧化皮膜層達到一厚度，該厚度介於0.2mm至1.2mm之間。
4. 一種如申請專利範圍第1至3中任一項所述之具有銦鉍合金表面氧化皮膜分離方法的裝置，該銦鉍合金表面氧化皮膜分離裝置包括：一本體，有一套管及一桿件，該套管有相對二開口，該桿件可移動的伸入於該套管；一加熱單元，設置於該套管；該銦鉍合金置入該套管內，藉由該加熱單元使該套管內的該銦鉍合金熔融維持液態，該熱能使軟化該氧化皮膜層軟化附著於該套管的內壁，再透過該桿件由 上述開口伸入對該銦鉍合金施加一外力，使該銦鉍合金突破該氧化皮膜層，該氧化皮膜層因而形成一破口，使該銦鉍合金自該破口流出於該套管外，該氧化皮膜層留在該套管。
5. 如請求項4所述之銦鉍合金表面氧化皮膜分離裝置，其中，所述開口分別為一進料口及一出料口，該進料口至該出料口為一漸縮狀。
6. 如請求項4所述之銦鉍合金表面氧化皮膜分離裝置，其中，該套管有連通的一第一套管及一第二套管，該第一套管的截面積大於該第二套管的截面積。
7. 如請求項4所述之銦鉍合金表面氧化皮膜分離裝置，其中，該套管的內壁為一粗糙表面，該粗糙表面有多個粗糙構造，這些粗糙構造分別有一傾斜導引面，該傾斜導引面係朝向相同的開口的方向傾斜延伸。
8. 如請求項7所述之銦鉍合金表面氧化皮膜分離裝置，其中，該粗糙表面的粗糙度介於0.8微米至50微米之間。

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