ITO废靶熔盐电脱氧-电解精炼分离回收铟和锡的机理研究

Waste ITO target is an important secondary resource of indium. Therefore, the recovery of indium from waste ITO target is of great significance for alleviating indium resource crisis and achieving indium resource recycle. The current waste ITO target recycling processes are lengthy and inefficient. Based on the electrochemical properties of ITO, a novel two-step process of molten salt electro-deoxidation and electro-refining has been proposed for efficient recovery of In and Sn from waste ITO target. The effects of temperature, voltage, and electrolyte composition on the ITO electro-deoxidation process will be investigated to reveal the mechanism of ITO reduction producing In-Sn molten alloy. The redox processes of In and Sn in the molten salt will be studied to understand their electrochemical behaviors. The anodic dissolution model of In-Sn molten alloy is intended to be established and the kinetic equations under varied polarization conditions will be obtained, in order to reveal the separation mechanism of In and Sn in the molten salt, and to further provide the fundamental knowledge for recovering In and Sn from waste ITO target by molten salt electrochemical technology. The research findings in this project will be of great practical significance and scientific value for the promotion of efficient recycling of indium secondary resources and for enriching the basic electrochemical theories of indium and tin.

ITO废靶是一种重要的铟二次资源，开展从ITO废靶中回收铟的研究对缓解我国铟资源危机，实现铟资源循环具有重要意义。针对目前ITO废靶回收工艺流程长、效率低等问题，本项目基于ITO的电化学特性，提出熔盐电脱氧-电解精炼从ITO废靶中高效分离回收铟和锡的新方法。考察电解温度、电压及电解质组成等因素对ITO电脱氧还原过程的影响规律，明确熔盐电脱氧的反应历程，揭示ITO电化学还原获得In-Sn合金的过程机理；研究铟和锡在熔盐中的氧化还原过程，探求熔盐中铟、锡离子的电化学行为；建立In-Sn液态合金的阳极溶解模型，推导不同极化条件下的动力学方程，揭示熔盐中铟锡的电化学分离机制，为熔盐电化学法从ITO废靶中回收铟和锡提供理论基础。本项目的成功实施对于推动铟二次资源的高效回收利用，丰富铟、锡基础电化学理论具有重要的现实意义和科学价值。

ITO废靶是重要的铟二次资源，其综合回收对于保障我国铟工业的可持续发展具有重要意义。针对目前ITO废靶回收工艺流程长、效率低等问题，本项目基于ITO的电化学特性，通过熔盐电脱氧-电解精炼工艺实现了从ITO废靶中高效分离回收铟和锡。首先以ITO废靶为阴极，通过熔盐电脱氧工艺将其直接还原为铟锡合金，然后进一步利用铟、锡在熔盐中氧化还原电位的差异进行电化学分离，同时在阴、阳极分别获得金属铟和锡。基于三电极体系，利用循环伏安、方波伏安、计时电流、计时电位等电化学测试手段在不同氯化物熔盐体系中研究了铟离子、锡离子以及铟锡离子同时存在时的电化学行为，考察了电解质组成、离子浓度等条件对铟和锡氧化还原过程的影响；根据电化学测试数据，确定了每步反应的可逆性、控制步骤及电子转移数，并在此基础上获得了不同熔盐体系中铟、锡离子的扩散系数等动力学参数，揭示了铟和锡在氯化物熔盐体系中的氧化还原机制。针对ITO废靶电脱氧制备铟锡合金过程，以ITO废靶块料为工作电极开展了循环伏安、稳态极化等电化学研究，明确了ITO电脱氧还原过程中的电化学行为；考察了电解质组成、电压、反应时间等因素对ITO废靶电脱氧还原速率以及阴极产物组成的影响；通过XRD和SEM-EDS等手段分析了电脱氧过程不同阶段产物的物相组成和微观形貌，并结合热力学分析确定了ITO废靶还原过程中生成中间产物的种类及相对稳定性，揭示了ITO废靶电脱氧的过程机理。本项目的相关研究成果可以为熔盐电化学法从ITO废靶中分离回收铟和锡提供理论基础。