本發明屬于資源回收,涉及一種ito廢靶中有價金屬的高效回收方法。
背景技術:
1、ito(氧化銦錫)靶材在磁控濺射過程中利用率僅為30%–40%,產生大量廢靶。這些廢靶中含有豐富的銦、錫等有價金屬,具有極高的回收價值。
2、目前,ito廢靶中銦、錫等有價金屬的主流回收工藝包括濕法-電解法和真空碳熱還原法兩大類。
3、濕法-電解法工藝流程長、試劑消耗大,且過程中產生大量酸性廢液,處理難度大、環境風險高。
4、真空碳熱還原法在高溫真空條件下利用碳還原劑將ito廢靶中的氧化銦和氧化錫還原為金屬銦和錫,實現有價金屬的分離及回收。然而,真空碳熱還原法的還原效果較為有限,碳熱還原過程中,還原后生成的錫、銦易與未反應的碳或反應生成的碳氧化物形成穩定的包裹結構,導致仍有較多未被充分還原的有價金屬無法被充分還原進行分離回收而進入還原后產生的廢渣中(廢渣中的銦含量通常會達到8%~12%,甚至更高),由此,真空碳熱還原后,ito廢靶中的有價金屬回收率普遍低于85%,并且碳熱還原后產生的廢渣中,未被充分還原的銦、錫金屬以微米級液滴形式包括在碳或碳氧化物網絡中,形成“包裹-分散”復合結構,導致廢渣中的有價金屬很難進行分離回收,從而導致ito廢靶中的有價金屬資源浪費嚴重。此外,廢渣中的銦、錫等金屬還容易在后續處理過程中溶出,產生較大環境風險。
5、因此,有必要提供一種鐵氧化物催化還原處理ito廢靶的高效金屬回收方法,有效提高ito廢靶中銦、錫有價金屬的回收率,有效緩解資源浪費情況,降低環境風險。
技術實現思路
1、為了克服背景技術中的問題,本發明通過使用鐵氧化物助劑催化碳熱還原ito廢靶,提高碳熱還原的徹底性,使碳熱還原更充分,從而使ito廢靶被更加徹底地還原,得到更多的有價金屬,進而提高有價金屬回收率,降低進入廢渣中的有價金屬量,緩解環境風險。
2、為了實現上述目的,本發明通過如下技術方案實現:
3、本發明提出了一種鐵氧化物催化還原處理ito廢靶的高效金屬回收方法,所述方法包括以下步驟:
4、(1)將ito廢靶進行破碎研磨,得到ito廢靶粉料。
5、(2)將所述步驟(1)得到的ito廢靶粉料與鐵氧化物助劑、碳還原劑混合均勻后,形成反應體系,在惰性氣體保護條件下,使反應體系進行碳熱還原反應,得到反應產物。
6、碳還原劑使用碳粉。
7、(3)對所述步驟(2)得到的反應產物進行熔析分離,得到富銦錫合金與含鐵殘渣。
8、對富銦錫合金進行回收,即完成了ito廢靶中銦、錫有價金屬的回收,之后,可以根據具體的產品需求,對富銦錫合金進行精煉,得到高純銦、錫金屬產品。
9、作為優選,所述步驟(1)中,ito廢靶粉料粒徑為75~150μm。
10、作為優選,所述步驟(2)中,ito廢靶粉料與鐵氧化物助劑質量比為ito廢靶粉料:鐵氧化物助劑=(10~20):1,碳還原劑用量為ito廢靶粉料質量的10%-30%。
11、作為優選,所述步驟(2)中,碳熱還原溫度為900~1200℃,碳熱還原反應時間為0.5~3h。
12、作為優選,所述步驟(2)中,惰性氣體流量為0.5~2l/min。
13、作為優選,所述步驟(3)中,熔析分離溫度為800~900℃,保溫時間為0.5~1h。
14、作為優選,所述含鐵殘渣經磁選、酸洗、焙燒后,作為鐵氧化物助劑進行循環使用。
15、酸洗使用濃度為0.5mol/l的稀鹽酸。
16、作為優選,所述焙燒溫度600~800℃,焙燒時間為0.5~2h。
17、作為優選,所述鐵氧化物助劑包括fe2o3、fe3o4中的至少一種。
18、當鐵氧化物助劑為fe2o3、fe3o4的混合物時,fe2o3和fe3o4以任意比例混合即可,作為優選,鐵氧化物助劑中fe2o3與fe3o4的質量比為fe2o3:fe3o4=(1:4)~(4:1)。更優選地,鐵氧化物助劑中fe2o3與fe3o4的質量比為fe2o3:fe3o4=(1:2)~(2:1)。在優選比例范圍內,兩種鐵氧化物的協同催化效果最佳,能有效促進還原反應并破壞金屬液滴的包裹結構。
19、作為優選,所述鐵氧化物助劑粒徑≤75μm,比表面積為5~50m2/g
20、本發明的有益效果:
21、1.?本發明通過使用鐵氧化物助劑催化碳熱還原ito廢靶,有效促進碳熱還原的徹底性與充分性,從而使ito廢渣中更多的銦、錫有價金屬被還原為銦錫合金,有效提高ito廢靶中有價金屬回收率,緩解有價金屬資源浪費情況,減少進入廢渣中的有價金屬量,降低環境污染風險,經本發明處理后,ito廢靶中的銦回收率可以達到96%以上,錫回收率可以達到94%以上。
22、2.?本發明通過使用鐵氧化物(如fe2o3、fe3o4)作為碳熱還原催化劑,在本發明體系中,鐵氧化物反應生成的金屬鐵除了能顯著降低錫的還原活化能,促進銦、錫氧化物的同步、徹底還原,還能夠有效破壞碳網絡對銦錫金屬液滴的“包裹-分散”結構,使還原后的銦錫合金更易聚集和分離,從而解決了傳統碳熱還原法中銦錫金屬回收率低、渣中金屬難分離的核心難題。因此,采用鐵氧化物作為催化助劑,對于ito廢靶這一特定物料的有價金屬回收具有不可替代的選擇性催化與結構調控作用。
23、3.?本發明的含鐵殘渣經磁選、酸洗、焙燒后可循環使用5~8次,還可以作為鐵精礦或建筑材料添加劑進行資源化利。
24、4.?本發明加入鐵氧化物助劑后,可以對碳熱還原反應形成催化作用,同時,鐵氧化物也會與碳還原劑反應生成鐵與碳氧化物,進一步還原氧化銦以及氧化錫,從而進一步強化還原徹底性,有利于提高有價金屬回收率。
25、5.?本發明回收過程中,基本無廢水產生,環境友好性高,能耗較低,相對于真空碳熱還原,本發明方法能耗降低約20%~30%。
26、6.?鐵氧化物助劑來源廣泛,且含鐵殘渣的循環使用等,有利于降低ito廢靶處理的綜合成本,同時,本發明方法簡單易實現,便于操作,適宜工業化推廣應用。
1.一種ito廢靶中有價金屬的高效回收方法,其特征在于:所述方法包括以下步驟:
2.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:所述步驟(1)中,ito廢靶粉料粒徑為75~150μm。
3.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:所述步驟(2)中,ito廢靶粉料與鐵氧化物助劑質量比為ito廢靶粉料:鐵氧化物助劑=(10~20):1,碳還原劑用量為ito廢靶粉料質量的10%-30%。
4.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:所述步驟(2)中,碳熱還原溫度為900~1200℃,碳熱還原反應時間為0.5~3h。
5.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:所述步驟(2)中,惰性氣體流量為0.5~2l/min。
6.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:所述步驟(3)中,熔析分離溫度為800~900℃,保溫時間為0.5~1h。
7.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:所述含鐵殘渣經磁選、酸洗、焙燒后,作為鐵氧化物助劑進行循環使用。
8.根據權利要求7所述的方法,其特征在于:所述焙燒溫度600~800℃,焙燒時間為0.5~2h。
9.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:所述鐵氧化物助劑包括fe2o3、fe3o4中的至少一種。
10.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:所述鐵氧化物助劑粒徑≤75μm,比表面積為5~50m2/g。