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科普小知识 2024-04-20 12:14:47
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铟是一种银白色的金属,相对密度为7.3,熔点为156.6℃,沸点为2075℃;其性质柔软,可塑性强,并有延展性,可压成极薄的薄片,但拉伸极限低,黏度大,故难拉成丝和不利于切削。铟的导电性比铜约低4/5,其热膨胀系数几乎是铜的1倍以上。铟在地壳中的含量为0.1ppm(1ppm=1μg/g,下同),属稀散元素,它本身不能形成独立的矿物,在天然条件下零星地分散在其他矿化矿物中。铟主要表现出亲硫的性质,在硫化矿物尤其是铅和锌的硫代锡酸盐和和硫化锑酸盐的一些矿物中含量较高。铟的主要来源是(铁)闪锌矿,含量为100~1000ppm,在铜矿中也有一定含量的铟。由于铟在矿物中含量很低,不能作为单独一种工业原料开采;及时铟在闪锌矿中含量最富,也仍然不能作为独立开采的矿物,只能在重有色金属冶炼过程中做为综合利用原料的副产品回收。一般在进行原料的综合冶炼时,只要铟的含量达到200ppm,就具有综合回收的价值。

中文名:铟

符号:In

序号:49

周期:5

密度:7.31

硬度:1.2

地壳含量:1×10-5%

原子半径:2

1、元素简介

铟是一种银白色的金属,相对密度为7.3,熔点为156.6℃,沸点为2075℃;其性质柔软,可塑性强,并有延展性,可压成极薄的薄片,但拉伸极限低,黏度大,故难拉成丝和不利于切削。铟的导电性比铜约低4/5,其热膨胀系数几乎是铜的1倍以上。铟在地壳中的含量为0.1ppm(1ppm=1μg/g,下同),属稀散元素,它本身不能形成独立的矿物,在天然条件下零星地分散在其他矿化矿物中。铟主要表现出亲硫的性质,在硫化矿物尤其是铅和锌的硫代锡酸盐和和硫化锑酸盐的一些矿物中含量较高。铟的主要来源是(铁)闪锌矿,含量为100~1000ppm,在铜矿中也有一定含量的铟。由于铟在矿物中含量很低,不能作为单独一种工业原料开采;及时铟在闪锌矿中含量最富,也仍然不能作为独立开采的矿物,只能在重有色金属冶炼过程中做为综合利用原料的副产品回收。一般在进行原料的综合冶炼时,只要铟的含量达到200ppm,就具有综合回收的价值。

2、理化性质

物理性质

颜色和状态:银白色金属

声音在其中的传播速率(m/S):1215

密度:7.31克/厘米3

熔点:156.61℃

沸点:2080℃

莫氏硬度:1.2

电离能(kJ/mol):5.786电子伏特


铟原子的核电荷数

M-M+558.3

M+-M2+1820.6

M2+-M3+2704

M3+-M4+5200

M4+-M5+7400

M5+-M6+9500

M6+-M7+11700

M7+-M8+13900

M8+-M9+17200

M9+-M10+19700

其它:稀散元素之一,有延展性,比铝软。

化学性质

元素原子量:114.8

元素类型:金属

原子体积(立方厘米/摩尔):15.7

原子序数:49

元素符号:In

相对原子质量:114.8

核内质子数:49

核外电子数:49

核电荷数:49

主要:In+3

其它:In+1,In+2

质子质量:8.1977E-26

质子相对质量:49.343

所属周期:5

所属族数:IIIA

摩尔质量:115g/mol

外围电子排布:5s25p1

核外电子排布:2,8,18,18,3

晶体结构:晶胞为四方晶胞。

晶胞参数:

a=325.23pm

b=325.23pm

c=494.61pm

α=90°

β=90°

γ=90°

原子半径:2

其它:易溶于酸或碱;不能分解水;在空气中很稳定;燃烧时会发生鲜紫色的火焰。

3、铟的发现

1863年F.赖希和H.T.里希特为了寻找铊而研究闪锌矿,用处理矿物所得的硫化物进行光谱分析,发现一条靛蓝色光谱,认为是一种新元素,并命名为铟,意思是“靛蓝色”,同年分离出金属铟。


金属铟

铊被发现和取得后,德国弗赖贝格(Freiberg)矿业学院物理学教授赖希由于对铊的一些性质感兴趣,希望得到足够的金属进行实验研究。他在1863年开始在夫赖堡希曼尔斯夫斯特(Himmelsfüst)出产的锌矿中寻找这种金属。这种矿石所含主要成分是含砷的黄铁矿、闪锌矿、辉铅矿、硅土、锰、铜和少量的锡、镉等。赖希认为其中还可能含有铊。虽然实验花费了很多时间,他却没有获得期望的元素。但是他得到了一种不知成分的草黄色沉淀物。他认为是一种新元素的硫化物。

只有利用光谱进行分析来证明这一假设。可是赖希是色盲,只得请求他的助手H.T.李希特进行光谱分析实验。李希特在第一次实验就成功了,他在分光镜中发现一条靛蓝色的明线,位置和铯的两条蓝色明亮线不相吻合,就从希腊文中“靛蓝”(indikon)一词命名它为indium(铟)(In)。两位科学家共同署名发现铟的报告。分离出金属铟的还是他们两人共同完成的。他们首先分离出铟的氯化物和氢氧化物,利用吹管在木炭上还原成金属铟,于1867年在法国科学院展出。

4、铟的分布

铟在地壳中的分布量比较小,又很分散。它的富矿还没有发现过,只是在锌和其他一些金属矿中作为杂质存在,因此它被列入稀有金属。


铟在地壳中的含量为1×10-5%,它虽然也有独立矿物,硫铟铜矿(CuInS2)、硫铟铁矿(FeInS4)、水铟矿[In(OH)3],但量极少,绝大部分铟都分散在其他矿物中,主要是含硫的铅、锌矿物,闪锌矿中铟的含量为0.0001%~0.1%,铅锌冶炼厂和锡冶炼厂都能回收铟。

铟是非常稀少的金属,全世界铟的地质含量仅为1.6万吨,为黄金地质储量的1/6。铟在地壳中的含量约十万分之一,没有独立矿物,广泛分布于闪锌矿中,含量在0.1%以下。铟矿物多伴生在有色金属硫化矿物中,特别是硫化锌矿,其次是方铅矿、氧化铅矿、锡矿、硫化铜矿和硫化锑矿等。虽然在一些有色金属精矿中铟得到初步富集,但由于铟品位低,一般不可直接作为提铟原料。而上述有色金属精矿经过冶炼或高炉炼铁后得到的粗锌、粗铅、炉渣、浸出渣、溶液、烟尘、合金、阳极泥等是提铟的主要原料。中国拥有世界上最大的铟储量,也是全球最大的铟生产国和出口国,产量占世界铟总产量的30%以上。2006年,中国精铟产量近6吨,原生铟供应量占全球的60%以上。日本是世界上最大的铟消费国,每年铟需求量占世界铟年产量的70%以上,绝大部分从中国进口。

5、铟的制取

提取工艺

铟的提取工艺以萃取-电解法为主,这也是现今世界上铟生产的主流工艺技术。其原则工艺流程是:含铟原料→富集→化学溶解→净化→萃取→反萃取→锌(铝)置换→海绵铟→电解精炼→精铟。


铟多数与其性质类似的锌、铅、铜和锡等共生,现已发现有自然铟、硫铟铁矿(FeIn2S4)、硫铟铜矿(CuInS2)、硫铜锌铟矿和羟铟矿等5种含铟矿物。铟在硫化矿中的含量最高,闪锌矿是主要工业来源,铜矿、方铅矿、黄锡矿与锡石也含有较高的铟,但由于产量极少,非常分散,不能作为直接生产铟的原料,一般是从锌、铅、锡等重金属冶炼的副产物中回收生产。由于稀散金属离子在化学性质上有许多相似之处,造成分离、富集、回收上的困难,近年来,随着铟需求量不断增加,对于铟的富集、回收进行了很多的研究。

世界上铟产量的90%来自铅锌冶炼厂的副产物。铟的冶炼回收方法主要是从铜、铅、锌的冶炼浮渣、熔渣及阳极泥中通过富集加以回收。根据回收原料的来源及含铟量的差别,应用不同的提取工艺,达到最佳配置和最大收益。常用的工艺技术有氧化造渣、金属置换、电解富集、酸浸萃取、萃取电解、离子交换、电解精炼等。当前较为广泛应用的是溶剂萃取法,它是一种高效分离提取工艺。离子交换法用于铟的回收,还未见工业化的报导。在从较难挥发的锡和铜内分离铟的过程中,铟多数集中在烟道灰和浮渣内。在挥发性的锌和镉中分离时,铟则富集于炉渣及滤渣内。

在ISP炼铅锌工艺中,精矿中的铟较大部分富集于粗锌精馏工序产出的粗铅中,回收富铟粗铅的铟,一直采用碱煮提铟工艺,存在生产能力小、生产成本高、金属回收率低等缺点。

为了简化铟的提取流程,降低生产成本,提高金属回收率,针对原有的提铟生产工艺,本项目通过条件试验、循环实验及综合试验,研究开发了“富铟粗铅电解-铅电解液萃铟”提取工艺,确定了新工艺的最佳工艺参数。工艺流程为:粗铅熔化铸成极板,装入电解槽通电进行电解,阳极中的铟溶解进入电解液,当铟富集到一定浓度后,抽出电解液进行萃取、反萃,富铟反萃液经pH调节、置换、压团熔铸后得到粗铟。

回收方式

从炼锌副产品中回收铟

日本同和矿业公司以炼锌中产生的净液残渣作为原料,先分离和浸出,脱铜、脱铝,除去原料中与镓铟性质相似的重金属,然后在富集镓铟的溶液中加入盐酸,混合搅拌,调整酸度之后,再用醚萃取铟,使它和镓及其它金属分离。最后用水反萃出铟,再经置换,熔融和电解。在每次电解中需调整电流密度和电解液的酸度,以除去微量的镉、锡和铝等,生产出4N以上的金属铟。此外,铟的选择性分离法是把铅、锌冶炼过程中产生的含有微量的铟烟尘、阳极泥等各种残渣以及电解排出液作为原料,采用含萃取剂膦酸二(2-乙基己基)酯的有机溶剂,于pH小于1.0的条件下,对含铟及其它金属的硫酸溶液萃取,然后用盐酸在30-700C进行反萃,从而选择性分离铟。其萃取铟的效率可高达98%以上。

硬锌真空蒸馏提锌和富集锗铟银

“硬锌真空蒸馏提锌和富集锗铟银”项目属于材料学科,冶金技术领域科研项目。硬锌是粗锌火法精馏过程中产出的一种中间产物,是由粗锌中的高沸点物质组成,其主要是以锌铅铁砷为主体并含有锗铟银等元素的多元合金。硬锌的产出率约占粗锌处理量的4%。由昆明理工大学中国工程院院士戴永年等人主持研究的“硬锌真空蒸馏提锌和富集锗铟银”项目获得了2003年度国家技术发明奖二等奖。

该技术用“真空蒸馏法提锌和富集锗铟银”的新流程及新工艺,并成功地研制了与该工艺流程配套的生产设备,突破了常规的在现有生产技术上进行技术改造的传统做法,取得了成功。有关专家评价道,该发明工艺属国内首创,且安全可靠,操作方便,无“三废”污染,属“绿色冶金”新技术,符合国家所倡导的资源综合利用的可持续发展战略,具有新颖性、创造性和实用性。

从矿渣中回收金属铟

从锑、锌矿渣中回收金属铟一般采用酸化浸出-萃取法。在其他矿渣中如铁矾渣、铜渣等也含有稀散金属铟。冰铜冶炼转炉吹炼得到的铜渣中铟含量达0.6%~0.95%,具有较大的回收价值。从铁矾渣中富集、回收铟可采用还原挥发处理和萃取提铟新工艺,将铁矾渣在高温下用炭还原,并加入某助剂使铟从渣中挥发出来,形成富铟物料,再进行浸出-萃取-电积,可得到纯度为99.99%的高纯铟,铟回收率大于80%,同时解决了铁矾渣的污染问题。

从烟灰中回收金属铟

冶炼烟灰中主要含有锌、铅、铜和铁等金属,同时含有少量铟。铟在冶炼烟灰中主要以In2O3,In2S3和In2(SO4)3等物相存在。从冶炼烟灰中回收铟主要采用酸浸—溶剂萃取法。株洲冶炼集团采用硫酸直接浸出—萃取法从铅浮渣反射炉烟尘中提取铟,在200g?L-1硫酸溶液中浸出,铟的浸出率为90%,用P204作萃取剂,适当条件下溶液中铟的萃取率可达85%,用HCl作反萃剂,反萃率在95%以上。在酸浸过程中加入NaCl有利于进一步提高铟的浸出率。对铅烟灰进行酸化焙烧—水浸,铟浸出率提高到88%以上。在萃取过程中采用P204水平箱萃取法,铟的萃取率从90%提高到95%。

从废水中回收金属铟

1)萃取法

在铟的富集与回收中,萃取是重要的方法,萃取剂包括二(2一乙基己基)膦酸(HDEHP、P204),P5708、P507D、P350、PV?HQPF、Cyanex923、TR-PO、TBP和石油亚砜等。

2)离子交换法

萃淋树脂具有萃取剂流量少,柱负载量高,传质性能好等优点,广泛应用于分离工程。

3)液膜法

液膜分离法是一种高效、快速、节能的高新分离技术。以P291为流动载体,L113A为表面活性剂,液体石腊为膜增强剂,煤油为膜溶剂,硫酸和硫酸肼水溶液为内相试剂,用该乳状液膜体系对铟进行分离富集。

从合金中回收金属铟,以铅、锡等为主体的多元合金及金属化合物,含有铟、锗等有价金属,可采用碱熔、酸浸的方法回收铟、锗等有价金属。如电炉底铅是以铅、锡等为主体的多元合金及金属化合物,往电炉底铅中加入NaOH,进行碱熔和碱煮,将细浸出渣酸浸,两段酸浸的铟总浸出率达99%,铟直收率达84.3%。

中国铟的提取工艺在上世纪90年代初获得突破,在有色金属工业快速发展的大背景下,铟的提取工艺普及非常快,特别是铟价高涨之后,铟的综合回收受到企业的普遍重视,国内科研单位和生产企业针对各种含铟物料的提铟工艺又取得长足进展,因此中国铟产量增长迅速。主要生产厂家工艺特点在于针对不同的含铟原料采取不同的初步富集方法和溶解技术,再根据介质情况选择适合的萃取剂。如华锡集团和柳州铟泰科技有限责任公司提铟原料为含铟量大约0.2%的炼锌铁钒渣;葫芦岛锌厂、韶关华力公司、韶关冶炼厂则是从含铟2%~3%的硬锌块中提铟;株洲冶炼厂用置换渣(铟2%~3%)作为提铟原料;柳州锌品公司从生产立德粉的浸出渣(含铟0.2%)中提炼。

6、铟的应用

医学应用

适应症:肝、脾、骨髓扫描用铟胶体。脑、肾扫描用铟-DTPA。肺扫描用铟Fe(OH)**3颗粒。胎盘扫描用铟Fe抗坏血酸。肝血池扫描用铟输铁蛋白。类别:放射性核素诊断用药。

工业应用

铜铟硒(CIS)等I-II-VI三元化合物薄膜半导体材料,由于有价格低廉、性能良好和工艺简单的优点,将成为今后大力发展太阳电池工业的一个重要方

向,促使铟在该领域的应用不断增大。以信息技术为中心的新产业已经兴起,铟锡氧化物(ITO)是各类平板显示器不可缺少的关键材料,目前全世界的铟有

75%左右消耗在这方面,未来仍然大有作为。不仅如此,随着铟的提取、加工技术不断进步,生产成本的降低,铟的应用还在继续拓展。

铟称得上“合金的维生素”,铟合金可用作钎焊料,铟是无铅焊料新的重要添加元素,世界无铅焊料的发展趋势有利于铟钎焊料的应用。利用铟合金熔点低的特点还可制成特殊合金,用于消防系统的断路保护装置及自动控制系统的热控装置;添加少量铟制造的轴承合金是一般轴承合金使用寿命的4-5倍;铟合金还可用于牙科医疗、钢铁和有色金属的防腐装饰件、塑料金属化等方面。

由于铟具有较强的抗腐蚀性及对光的反射能力,可制成军舰或客轮上的反射镜。铟对中子辐射敏感,可用作原子能工业的监控剂量材料,目前用在原子能工业的铟,大约与电子工业上的用量相近。

铟可在蓄电池中作添加剂,在无汞碱性电池中作为缓蚀剂,可使电池成为绿色环保产品。铟在防止雾化层方面的用量不断增加,铟涂层最初是在汽车制造业中采用,有可能普及到工业及高档民用建筑业中去。日本索尼公司发明了以铟代替钪的新阴极,这样每根电子枪的成本就降到了掺钪电子枪的十分之一左右。因此,在电视机大功率输出、长寿命方面,铟的应用发展前景引人注目。

光电子领域

在光电子领域,铟及其化合物半导体具有广泛的用途。在铟基III-V族化合物半导体如锑化铟(INSB)、磷化铟(INP)、砷化铟(INAS)等中,研究和应用最早的是锑化铟(INSB),而最受重视并具有潜在应用前景的是磷化铟(INP),它在微波通讯向毫米波通讯方面,作为光纤通讯的激光光源和异质结太阳能电池材料方面,都有突破性进展,展现了铟应用的可喜前景。锑化铟和砷化铟在红外探测和光磁器件方面也有重要用途。在太阳能电池中,含铟化合物薄膜材料正异军突起,以其高转换率、低成本、便于携带等优势受到瞩目。

7、铟的危险性

重金属,有轻微毒性。

健康危害:铟比铅还毒。美国和英国已公布了铟的职业接触限值均为0.1mg/m3[11]。而这两个国家铅的标准为0.15mg/m3。说明铟的毒性不可轻视。液晶显示器含有铟,据新华社消息,28岁的黄力(化名)就职于江苏一家生产手机液晶显示屏的企业,主要工作是将一些金属粉喷在液晶屏幕模板上.工作两年后,他经常呼吸困难、喘不过气来,检查发现肺部布满雪花状的白色颗粒物.经过半年多时间的医学循征,呼吸科专家认为,黄力是罕见的铟中毒,他血液里的铟是常规的300倍。黄力肺里的粉尘颗粒无法抽出,所以肺部功能很难恢复,而且还在不断地自我排出蛋白质。所以每隔一个月就要到医院进行一次全肺灌洗,否则就可能旧病复发,有生命危险。

环境危害:对环境有危害,对水体可造成污染。

燃爆危险:可燃,具刺激性。

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