以精銦為原料，采用區域熔煉方法提純金屬In，研究平衡分配系數、區熔速度及區熔次數對銦提純效果的影響。結果表明，Ni、Cu、Ag、As、Fe、Zn通過區域熔煉有較好的去除，而Cd、Sn、Pb脫除效果較差;在熔區速度3.5mm/min，10次熔融，可得到銦的純度為99.9991%。結合真空蒸餾提純銦的實驗結果，采用真空蒸餾-區域熔煉的方法能獲得更高純度的金屬In。

　　銦具有優異的物理化學性質，廣泛應用于電子、能源、光電、國防軍事、現代信息產業、航空航天等高科技領域，在國民經濟中的作用日趨重要。中國是世界銦資源大國，經近年的發展，中國已建立了世界最大的原生銦的工業生產體系，是世界上最大的原生銦生產國和出口國。

　　金屬材料純度的提高，可使其化學、電學、光磁性、力學性能得到增強，隨著光電學、航空航天、原子能等領域高新行業的發展，對高純材料純度的要求也越來越高。目前，國內外銦的提純主要采用物理法與化學法聯合工藝，物理法主要有真空蒸餾法、區域熔煉法、拉制單晶法;化學法主要有電解精煉法、熔鹽電解精煉法、一氯化物法、金屬有機物法、萃取法等。俄羅斯的學者研究了金屬InZnC12-InCl-LiCl熔鹽電解及真空蒸餾凈化法，研究表明通過多種提純工藝聯合法能將銦中的大部分雜質去除，但鉛、錫、鎳、鎘清除效果較差。袁鐵錘等采用甘油、I2和KI熔鹽對電解銦進行凈化，把電解法不易脫除的雜質鎘從3×10^-6降至0.5×10^-6，同時能夠較好地脫除銦中的銅、鉛、鋅、鉈、錫。韓翼、周智華等研究了酸溶液電解過程中pH對錫含量的影響，結果表明通過對電解液的控制能去除大量的錫，但對痕量的錫卻較難去除。БельскийA.A.等對各種雜質濃度在10-4數量級上的銦進行了真空蒸餾研究，但實驗測定計算的分離系數數據與理論計算數據的數值出現不一致的現象。文獻研究了電解精煉-區域熔煉法制備高純銦，控制較低的區熔速度，可獲得99.9999%以上的高純銦。綜上所述，要獲得高純度的金屬一般需要聯合多種提純方法，本文主要討論區域熔煉的方法提純金屬In，在不改變金屬In形態的條件下制備高純金屬In，研究區熔速度及區熔次數對銦提純效果的影響，得到純度為99.9991%的高純銦。

1、實驗

　　本實驗所用的提純設備為水平區域熔煉爐如圖1，其主要由感應加熱系統、電路控制系統和冷卻水循環系統三部分組成。

　　精銦裝入石英舟放置于區域熔煉爐內，通入高純氬氣保護，以不同的區熔速度從銦錠的首端移動到尾端，當一次提純結束后將感應線圈返回銦錠首端，待銦錠全部冷卻后，反復上述工序。達到預定的提純次數后，分析銦中雜質在錠首、錠中、錠尾的分布，樣品采用德國ThennoScientific公司生產的ELEMENTGD檢測。

表1 精銦化學成分

圖1 水平區域熔煉爐

2、實驗結果與討論

2.1、平衡分配系數K的影響

　　銦及其各種雜質元素的平衡分配系數K列于表2。K小于1的雜質元素，Fe、Cu、Zn、Sn、Cd、Al、As、Si、S、Ag、Ni在固相中的溶解度小于在液相中的溶解度。在區域熔煉的過程中，雜質在液相中的濃度不斷增大，在液相中富集，表現為雜質元素從錠首向錠尾方向遷移，最終富集于錠尾。如雜質元素Cu，其K值為0.006～0.008，初始為含量為8.7854×10^-6，反復的區域熔煉過程Cu從錠首向錠尾方向遷移，其在錠首為1.5029×10^-6，在錠尾為11.5296×10^-6。K接近與1的雜質元素，Tl、Pb在固相中的溶解度與液相中的溶解度幾乎相同，在凝固的相界面幾乎不發生偏析現象，通過區域熔煉不能使這類雜質發生定向遷移，去除效果較差。如雜質元素Pb，其K值為1～1.07，初始為含量為2.3034×10^-6，經過10次區熔提純后，Pb在錠首的含量為：2.2162×10^-6，錠中：2.5632×10^-6，錠尾：2.4308×10^-6。K大于1的雜質元素，Mg，Al其在固相中的溶解度大于在液相中的溶解度。在反復區域熔煉的過程中，這類雜質在凝固時不斷在固相中富集，表現為雜質元素從錠尾向錠首方向遷移，最終富集于錠首。但由于銦中只有Mg的K值比銦大，且原料中Mg的含量又較低，本實驗對K大于1的雜質元素提純效果也不是很明顯。

表2 銦中各種雜質的分配系數

2.2、區熔速度的影響

　　表3為區熔10次，不同區熔速度的效果，可以看出，大部分雜質隨著熔區速度的的降低(除Pb、Sn外)，區域熔煉的提純效果逐漸提高。在區熔過程中，較低熔區移動的速度(即凝固速度)能夠保證液相中雜質實現均勻擴散。分析原因為：Pb平衡分配系數K接近于1，通過區域提純效果較差;元素周期表中，In與Sn為相鄰元素，具有相似的物理化學性質，且Sn能與In生成幾種穩定的化合物，從而阻礙了熔煉過程Sn的遷移。

表3 不同區熔速度條件下的效果

2.3、區熔次數的影響

　　表4為區熔速度3.5mm/min，不同區熔次數的效果。每經過一次區域熔煉，雜質元素的分布就會發生一次重新分布，隨著提純次數的增加，雜質元素在錠首和錠尾的分布就越明顯，區熔的提純的效果越好。

表4 不同區熔次數條件下的效果

3、結論與展望

　　在區熔速度為3.5mm/min，區域10次的條件下，將銦條的首端與尾端截去，可以得到純度為99.9991%的高純銦。圖2為3.5mm/min、10次條件下，區熔效果前后雜質的分布。從圖中可以看出，通過區域熔煉對于Ni、Cu、Ag、As、Fe、Zn去除效果較好，而對于Cd、Si、Sn、S、Pb清楚效果較差。Cd、S、Pb由于K值接近于1，難以與銦分離，實驗結果與分析吻合，而Si、S的實驗結果與分析不一，分析結果可能是由于檢測誤差造成，GDMS本身對于非金屬物質的檢測具有一定的局限性。

圖2 區熔效果前后雜質的分布

　　結合課題組前期真空蒸餾提純銦的實驗研究結果，真空蒸餾法能很好的去除Zn、Cd、Tl、Pb、Fe、Sn、Cu、Ni。采用真空蒸餾與區域熔煉聯合的方法，不改變金屬In形態即能獲得高純度的金屬In。