区域熔炼法制备高纯铟的研究.pdf

区域熔炼法制备高纯铟的研究 ① 李贻成１，２， 刘 越１，２， 章长生３， 乐为和３， 喻 亮１，２， 罗 鲲１，２ （１．广西矿冶与环境科学实验中心，广西 桂林 ５４１００４； ２．有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室，广西 桂林 ５４１００４； ３．广西有色金属集团有 限公司，广西 南宁 ５３００２８） 摘 要 为获得高纯金属铟，对区域熔炼装置和工艺条件进行了优化。 在熔区移动速度为 ３ ｃｍ／ ｈ 时，根据熔炼次数（ｎ）改变熔区 宽度与料锭长度比（ｌ／ Ｌ），即 ｎ＝１～４ 时 ｌ／ Ｌ＝０．２，ｎ＝５～９ 时 ｌ／ Ｌ＝０．１，ｎ＝１０～１６ 时 ｌ／ Ｌ＝０．０５，在高纯氩气保护下将含量约为 ９９．９８％ 的原料铟提纯至 ９９．９９９％，其杂质总量从 ２１１．００３ μｇ／ ｇ 降低至 ９．８６４ μｇ／ ｇ。 此外，还利用电感耦合等离子质谱（ＩＣＰ⁃ＭＳ）、扫描电镜 （ＳＥＭ）、Ｘ 射线衍射（ＸＲＤ）和差热分析（ＤＳＣ）等方法讨论了区熔过程中金属铟杂质分布与金属微观结构演变之间的关系。 关键词 区域熔炼； 高纯铟； 制备； 杂质分布； 形貌 中图分类号 ＴＧ１１５文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１４．０２．０２８ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１４）０２－０１０４－０４ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ⁃ｐｕｒｉｔｙ Ｉｎｄｉｕｍ ｂｙ Ｚｏｎｅ Ｒｅｆｉｎｉｎｇ ＬＩ Ｙｉ⁃ｃｈｅｎｇ１，２， ＬＩＵ Ｙｕｅ１，２， ＺＨＡＮＧ Ｃｈａｎｇ⁃ｓｈｅｎｇ３， ＹＵＥ Ｗｅｉ⁃ｈｅ３， ＹＵ Ｌｉａｎｇ１，２， ＬＵＯ Ｋｕｎ１，２ （１．Ｇｕａｎｇｘｉ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ， Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００４， Ｇｕａｎｇｘｉ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｎｅｗ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ ＆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００４， Ｇｕａｎｇｘｉ， Ｃｈｉｎａ； ３．Ｇｕａｎｇｘｉ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｎａｎｎｉｎｇ ５３００２８， Ｇｕａｎｇｘｉ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｅｐａｒｅ ｈｉｇｈ⁃ｐｕｒｉｔｙ ｉｎｄｉｕｍ， ｔｈｅ ｚｏｎｅ⁃ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ． Ｔｈｅ ｐｕｒｉｔｙ ｏｆ ｉｎｄｉｕｍ ｗａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ９９．９８％ ｔｏ ９９．９９９％ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｉｍｐｕｒｉｔｙ ｃｏｎｔｅｎｔ ｆｒｏｍ ２１１．００３ μｇ／ ｇ ｔｏ ９．８６４ μｇ／ ｇ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ⁃ｐｕｒｉｔｙ ａｒｇｏｎ ａｔ ａ ｔｒｅａｔｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ３ ｃｍ／ ｈ ｂｙ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｍｅｌｔｉｎｇ ｚｏｎｅ ｗｉｄｔｈ ｔｏ ｉｎｇｏｔ ｌｅｎｇｔｈ（ｌ／ Ｌ） ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍｅｌｔｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ｎ）， ｔｈａｔ ｉｓ， ｌ／ Ｌ＝０．２， ０．１ ａｎｄ ０．０５ ａｔ ｎ＝１～４， ５～９ ａｎｄ １０～ １６， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｍｐｕｒｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｅｔａｌ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｚｏｎｅ⁃ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｉｕｍ ｉｎｇｏｔ ｗａｓ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ＩＣＰ⁃ＭＳ， ＳＥＭ， ＸＲＤ ａｎｄ ＤＳＣ ａｎａｌｙｓｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｚｏｎｅ ｒｅｆｉｎｉｎｇ； ｈｉｇｈ⁃ｐｕｒｉｔｙ ｉｎｄｉｕｍ； ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ； ｉｍｐｕｒｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ； ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ 随着电子工业等领域的发展，高纯金属铟的需求 正与日俱增［１－２］。 高纯金属铟（５～６ Ｎ）通常以精铟为 原料，采用真空蒸馏法［３］、定向凝固法［４］、区域熔炼 法［５－６］、熔盐电解精炼法［７］等提炼。 其中，区域熔炼法 是通过局部加热狭长料锭，在反复熔化和凝固过程中 使杂质偏析到固相或液相中而得以除去，获得高纯金 属。 本文对区域熔炼装置和实验条件进行了优化设 计，在高纯氩气保护下通过多次区熔处理获得了高纯 金属铟，并讨论了区域熔炼过程中杂质分布及其引起 的金属织构变化规律。 １ 实 验 １．１ 实验原料、装置与提纯方法 实验原料为工业精铟（标称纯度 ９９．９９％，杂质含 量检测分析结果详见表 １），购自湖南某冶炼厂。 铟的 提纯采用自制水平式区域熔炼装置［８］，结构如图 １ 所 示。 该装置以石英管作为炉腔，石英炉管外配置冷却 管。 采用高纯氩气净化机（ＣＺＡ⁃４Ｚ，成都中科普瑞净 化设备有限公司）供气，保证石英炉管内部的高纯氩 气体环境（纯度 ９９．９９９９％），防止气氛污染。 将金属 原料熔化为棒状料锭，放置在炉腔内的石英舟中。 采 用高频电源加热金属，同时对熔体进行电磁搅拌，提高 杂质在熔体中的扩散效率。 采用冷却水循环系统保护 高频炉和感应铜线圈。 本实验中选用单熔区进行金属 铟提纯。 用电脑程控升降台水平推动石英炉管，以确 保熔区移动速度的均匀性、稳定性和操作的重现性。 熔区从铟棒的首端移动到尾端为一次提纯，然后停止 加热将感应线圈返回铟锭首端进行下一次提炼。 多次 ①收稿日期 ２０１３－１１－０６ 基金项目 广西科学研究与技术开发计划项目（桂科攻 １１１０７００３－７） 作者简介 李贻成（１９８７－），男，江西萍乡人，硕士研究生，研究方向为高纯金属铟制备。 通讯作者 罗 鲲（１９６６－），男，辽宁沈阳人，博士，教授，硕士生导师，从事稀贵金属材料研究。 第 ３４ 卷第 ２ 期 ２０１４ 年 ０４ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３４ №２ Ａｐｒｉｌ ２０１４ 重复直至提纯操作结束。 图 １ 区熔方法与自制实验装置图 １．２ 区域熔炼条件与优化 区域熔炼的参量主要包括熔区移动速度 ｆ、料锭长 度 Ｌ、熔区宽度 ｌ 以及熔炼次数 ｎ 等，此外还包括熔区 与料锭始端的距离 ｘ，详见图 １。 本实验中，Ｌ 为石英 舟的长度 ４００ ｍｍ， ｆ 控制在 ３ ｃｍ／ ｈ，ｎ 则根据经验公 式（ｎ＝（１～１．５）Ｌ／ ｌ）的上限确定为 １６ 次。 条件实验主 要围绕调整熔区宽度 ｌ 来进行，分为两部分① 固定熔 区宽度实验，ｌ 分别控制在 ４ ｍｍ（即 ｌ／ Ｌ＝０􀆱 １）和 ８ ｍｍ （ｌ／ Ｌ＝０．２）进行区熔提炼； ② 变熔区宽度优化条件实 验，即根据熔炼次数改变熔区宽度，ｎ＝１～４ 时取 ｌ／ Ｌ＝ ０．２，ｎ＝５～９ 时取 ｌ／ Ｌ＝０．１，ｎ＝１０～１６ 时取 ｌ／ Ｌ＝０．０５。 １．３ 铟成分与结构分析 区熔提纯完成并在高纯氩保护下冷却至室温后取 出铟锭，放置在充满高纯氩气的手套箱内进行取样。 在锭首（ｘ／ Ｌ＝０．１）、锭中（ｘ／ Ｌ＝０．４ 或 ｘ／ Ｌ＝０．６）、锭尾 （ｘ／ Ｌ＝ ０．９） 分别取样，检测杂质分布情况。 取试样 ０．１ ｇ 的铟样品放于 １００ ｍＬ 的聚四氟乙烯烧杯中，加 入 ４ ｍＬ 硝酸（浓度 ７．５ ｍｏｌ／ Ｌ，优级纯，国药集团化学 试剂有限公司，使用前进行蒸馏再提纯处理），避光加 热至样品完全溶解后移入 １００ ｍＬ 聚乙烯容量瓶，加入 去离子水（电导率 １８．２ ＭΩｃｍ，Ｍｉｌｌｉ⁃Ｑ Ａｄｖａｎｔａｇｅ Ａ１０ 高纯水净化机制备）定容，得到成分分析样品。 采 用 ＩＣＰ⁃ＭＳ 的标准液（１ ｇ／ Ｌ，国家有色金属及电子材料 测试中心），在电感耦合等离子质谱（ＩＣＰ⁃ＭＳ，ＴＪＡ Ｘ Ｓｅｒｉｅｓ Ⅱ，美国热电公司）中进行微量元素检测。 用 Ｘ 射线衍射仪分析仪（Ｘ′Ｐｅｒｔ Ｐｒｏ，荷兰帕纳科公司）和扫 描电子显微镜（ＪＳＭ⁃６３８０ＬＶ）进行结构与微观形貌分 析，同时还在差示扫描量热仪（ＤＳＣ⁃２０４ｐｈｏｅｎｉｘ）上进 行差热分析。 ２ 结果与讨论 ２．１ 区熔工艺参数优化与杂质分布特征 通过区域熔炼装置的优化设计提高区域熔炼提纯 金属铟的效率和纯度，包括熔区宽度和移动过程控制、 熔区电磁屏蔽和炉内气氛控制等。 实验中，采用该自 制区域熔炼装置在熔区移动速度为 ３ ｃｍ／ ｈ 和高纯氩 气保护的条件下，完成了固定熔区宽度实验（ｌ／ Ｌ＝ ０．１ 和 ｌ／ Ｌ＝０．２）和变熔区宽度优化实验（ｌ／ Ｌ＝０．０５～０．２）。 区域熔炼结束后，在三组实验后在铟锭的首端（ｘ／ Ｌ ＝ ０．１）分别采样，利用电感耦合等离子质谱（ＩＣＰ⁃ＭＳ）分 析杂质元素含量，结果见表 １。 表 １ 熔区宽度对铟区域熔炼提纯杂质成分的影响（ｘ／ Ｌ＝０．１） 元素 杂质含量／ （μｇｇ －１ ） 精铟原料ｌ／ Ｌ＝０．１ｌ／ Ｌ＝０．２ｌ／ Ｌ＝０．０５～０．２ Ｍｇ１．０１４１．２２５３．３０２１．０２１ Ａｌ１９．９７００．７６２７．９７４＜０．００１ Ｃｒ４８．４７５０．７６７４．７３８０．０８４ Ｆｅ４８．２０８＜０．００１１１５．２９２＜０．００１ Ｎｉ４９．７１０２．０２８１．５２８０．１６２ Ｃｕ８．９５３０．６２２４．５１２０．７６７ Ｚｎ２０．９７８８．４３６４．５３４７．７８０ Ｂａ４．８４９＜０．００１０．９３４＜０．００１ Ａｓ１．２９３０．２５３０．５８４＜０．００１ Ａｇ０．１１００．０２３０．０４１＜０．００１ Ｃｄ２．４０５４９．９７２１．５３５＜０．００１ Ｔｌ２．０２４０．５２７１．８１１＜０．００１ Ｐｂ３．０１５＜０．００１１．７３６０．０５１ 总计２１１．００３６４．８０２１４８．５２０９．８６４ 纯度／ ％９９．９７９９９．９９４９９．９８５９９．９９９ 从表 １ 中可以看出，熔区宽度为 ｌ／ Ｌ＝０．２ 时，经过 １６ 次提纯后， 铟棒首 端 的 杂 质 总 含 量 由 原 料 的 ２１１􀆱 ００３ μｇ／ ｇ 降为 １４８．５２０ μｇ／ ｇ，相应的铟纯度由原 料铟的 ９９．９７９％提升至 ９９．９８５％；而 ｌ／ Ｌ＝０．１ 时，提纯 后铟棒首端的杂质总含量降低到 ６４．８０２ μｇ／ ｇ，相应的 铟纯度进一步提升至 ９９．９９４％，说明减小熔区宽度能 够提高区熔提纯的效果。 分析数据中，Ｆｅ 和 Ｃｄ 元素 含量出现异常， 可能与取样过程操作问题有关。 Ｈｏ［９－１１］和李文良［５， １２］等根据锌的区域熔炼结果提出 了熔区宽度优化方程，得出的优化条件是ｎ＝ １～３ 时 熔区宽度为 ｌ／ Ｌ＝０．２，ｎ＝３～６ 时熔区宽度为 ｌ／ Ｌ＝０．１， ｎ＞６ 时熔区宽度 ｌ／ Ｌ ＝ ０􀆱 ０５，即实验开始时用大熔区， 然后逐渐减小熔区，这样做的效果被认为是比固定熔 区宽度的更好些。 为此，本文也进行了变熔区宽度区 域熔炼实验，即根据熔炼次数改变熔区宽度，ｎ ＝ １～４ ５０１第 ２ 期李贻成等 区域熔炼法制备高纯铟的研究 时取 ｌ／ Ｌ＝０．２，ｎ＝ ５～９ 时取 ｌ／ Ｌ＝ ０．１，ｎ＝ １０～１６ 时取 ｌ／ Ｌ＝０􀆱 ０５。 结果表明，相同熔区移动速度下（３ ｃｍ／ ｈ） 经过 １６ 次提纯后，铟棒首端的纯度可以进一步提升至 ９９．９９９％，对应的杂质总含量降低到 ９．８６４ μｇ／ ｇ。 这说 明变熔区方法的确有助于提高区熔提纯效率，也验证 了前人工作结论。 在本实验中研究了杂质在金属铟中的分布规律。 取变熔区宽度优化实验 １６ 次提纯后的铟锭，比较杂质 在锭首（ｘ／ Ｌ＝０．１）、锭中（ｘ／ Ｌ＝０．４ 和 ｘ／ Ｌ＝０．６）、锭尾 （ｘ／ Ｌ＝０．９）的分布情况，结果如图 ２ 所示。 图 ２（ａ）主 要比较了原料铟中含量较低的 Ｍｇ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ａｓ、Ｐｂ 等杂质元素在铟棒不同位置上的分布，可以看出除 Ｍｇ 外其他杂质元素总体上呈现首端浓度低、末端浓度高 的特点，其中浓度首末端浓度变化较大的为 Ｃｄ、Ａｓ 和 Ｐｂ。 金属 Ｍｇ 在铟中的分配系数大于 １（约为 １．３３～ １􀆱 ７７），因此其在区熔中主要向首端方向富集，与其他 杂质元素不同。 图 ２（ｂ）中主要显示含量较高的 Ａｌ、 Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｂａ 等 ７ 种杂质元素分布情况，可以 看出所有元素均呈现了首端浓度低、末端浓度高的特 点，其中首末端浓度变化最大的是 Ｎｉ（首端浓度为 ０􀆱 １６２ μｇ／ ｇ，而末端浓度达到 ４４７．６６７ μｇ／ ｇ），其他 ６ 种杂质中除 Ｚｎ 的首端浓度仍较高（７．７８０ μｇ／ ｇ）外均 降得很低，末端浓度在１０～７０ μｇ／ ｇ 之间变化（见图 ２（ｂ） 中插图）。 由上述分析可知，区熔处理能有效除去大部 分金属杂质，只有 Ｍｇ 和 Ｚｎ 成为了区熔后铟首端杂质 的主体，但前者在铟锭的中段就开始明显降低了。 图 ２ 经 １６ 次变熔区宽度处理后铟锭不同位置处的杂质浓度 ２．２ 区熔引起的材料熔点和微观结构变化 经过区熔处理后，杂质成分从均匀分布变成了随 位置（ｘ／ Ｌ）而变化，从而也必然引起铟金属性能和结 构的改变。 在 ｘ／ Ｌ ＝ ０．２５ 和 ｘ／ Ｌ ＝ ０．７５ 两个位置分别 取出样品各 ０．１ ｇ 进行差热分析，结果如图 ３ 所示。 可 以看出，ｘ／ Ｌ ＝ ０．２５ 的峰值（约 １５９ ℃） 比 ｘ／ Ｌ ＝ ０．７５ （１５７ ℃左右）向高温方向偏移，说明纯度较高的铟熔 点也较高。 不过，由于扫描速率（１０ Ｋ／ ｍｉｎ）设置得较 高，所以实测的熔点与理论值相比有些偏高。 图 ３ 经 １６ 次变熔区宽度处理后铟锭不同位置处样品的 差热分析结果 使用扫描电镜（ＳＥＭ）对位置在 ｘ／ Ｌ＝０．１、０．５、０．９ 处 的样品进行了微观形貌分析，结果如图 ４ 所示。 可以看 出，在图 ４（ａ）所示首端（ｘ／ Ｌ＝０．１）样品晶粒细致均匀， 基本看不到明显的晶界；而图 ４（ｂ）所示中段（ｘ／ Ｌ＝０．５） 位置处材料结构均匀性下降，并可以看见明显的晶界； 在图 ４（ｃ）所示末端（ｘ／ Ｌ＝０．９）位置处材料结构的均匀 性进一步下降，视界内晶粒数量增加明显，并伴有大角 度晶界。 这种微观形貌随杂质含量的变化说明一些杂 质的迁移可能与晶界有关，即原料铟锭中可能存在含 有少量杂质元素的化合物，如 Ｓｉ、Ｃ、Ｓ 等与活泼金属 （如 Ｍｇ、Ａｌ、Ｆｅ 等）或铟等的化合物，这些化合物可能 随着熔区逐渐移向铟锭的末端，并沉积在晶界。 采用 Ｘ 射线衍射进一步分析不同位置（ｘ／ Ｌ 为 ０．１、０．２５、０．５ 和 ０．９）的样品，结果如图 ４（ｄ）所示。 可以看到，在首 端（ｘ／ Ｌ＝０．１）的衍射曲线上几乎看不到明显的衍射 峰，表明铟以非晶或者纳米晶方式存在，这可能与首端 冷却速度较快有关；在 ｘ／ Ｌ ＝ ０．２５ 处有一个很小对应 于铟（１０１） 的峰值；而在 ｘ／ Ｌ ＝ ０．５ 处出现了对应于 （１０１）、（１１２）和（２０２）的衍射峰，且峰值明显增加，表 明在铟锭的中段出现了一定程度的铟晶体定向生长； 而到了末端 ｘ／ Ｌ ＝ ０．９ 处，铟的（１０１）、（００２）、（１１０）、 （１１２）、（２００）、（１０３）和（２０２）等衍射峰均出现了，说明 铟晶体得到了充分的生长。 由于 ＸＲＤ 分析精确度的原 因，由微量杂质反应形成晶间化合物未能显示在 ＸＲＤ 曲线上。 以上分析与 ＳＥＭ 形貌观察结果相互印证。 ６０１矿 冶 工 程第 ３４ 卷 图４ 经１６ 次变熔区宽度处理后铟锭不同位置 ＳＥＭ 和 ＸＲＤ 分析 （ａ） 首端形貌（ｘ／ Ｌ＝０．１）；（ｂ） 中段形貌（ｘ／ Ｌ＝０．５）；（ｃ） 末端形貌（ｘ／ Ｌ ＝０．９）；（ｄ） 不同位置 ｘ／ Ｌ＝０．１， ０．２５， ０．５， ０．９ 处 ＸＲＤ 分析 ３ 结 论 采用自行设计的水平式区域熔炼装置对工业精铟 原料（含量为 ９９．９８％）进行了提纯精炼。 实验结果表 明，经过区熔提纯后绝大部分杂质从首端向铟棒的末 端迁移，且熔区宽度控制对区域熔炼效果有重要作用。 在变熔区宽度优化条件实验下，经过 １６ 次区域熔炼处 理得到了高纯金属铟（含量达到 ９９．９９９％）。 ＩＣＰ⁃ＭＳ、 ＳＥＭ、ＸＲＤ 和 ＤＳＣ 分析结果表明，杂质的迁移使得铟 锭不同位置的晶体结构、微观形貌和熔点等呈现显著 差异，从中推测部分杂质可能以化合物的形式存在于 金属铟中，并伴随着区熔过程逐步向铟锭的末端移动。 参考文献 ［１］ 王树楷． 铟的应用与提取进展［Ｊ］． 中国工程科学， ２００８，１０（５） ８５－９４． ［２］ 周智华， 莫红兵， 徐国荣， 等． 稀散金属铟富集与回收技术的研 究进展［Ｊ］． 有色金属， ２００５，５７（１）７１－７６． ［３］ 吴成春． 粗铟真空蒸馏除镉的研究及生产实践［Ｊ］． 广东有色金 属学报， ２００５，１５（１）１２－１４． ［４］ 梅向阳， 马文会， 吕国强， 等． 真空定向凝固法去除硅中铁铝杂 质的研究［Ｊ］． 铸造技术， ２０１０，３１（１１）１４３２－１４３４． ［５］ 李文良， 罗远辉． 区域熔炼制备高纯金属的综述［Ｊ］． 矿冶， ２０１０，１９（２）５７－６２． ［６］ Ｐｆａｎｎ Ｗ Ｇ． Ｚｏｎｅ ｍｅｌｔｉｎｇ［Ｊ］． Ｓｃｉｅｎｃｅ， １９５８，１３５（３５０９）１１０１－ １１０９． ［７］ 赵秦生． 俄罗斯制取高纯铟和金属铟粉的新进展［Ｊ］． 稀有金属 与硬质合金， ２００４，３２（２）２４－２８． ［８］ 李贻成， 乐卫和， 罗 鲲， 等． 一种多熔区高频加热区域熔炼装 置中国， ２０１２２０６２６６１３．２［Ｐ］． ２０１３－０５－０１． ［９］ Ｈｏ Ｃ Ｄ， Ｙｅｈ Ｈ Ｍ， Ｙｅｈ Ｔ Ｌ． Ｏｐｔｉｍａｌ ｚｏｎｅ ｌｅｎｇｔｈｓ ｉｎ ｍｕｌｔｉ⁃ｐａｓｓ ｚｏｎｅ⁃ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ［Ｊ］． Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， １９９６，６（４）２２７－２３３． ［１０］ Ｈｏ Ｃ Ｄ， Ｙｅｈ Ｈ Ｍ， Ｙｅｈ Ｔ Ｌ． Ｍｕｌｔｉｐａｓｓ ｚｏｎｅ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ ｉｎｇｏｔ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｆｒｕｓｔｕｍ ｗｉｔｈ ｓｉｎｅ⁃ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｐｒｏｆｉｌｅ［Ｊ］． Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， １９９７，１１（１）５７－６３． ［１１］ Ｈｏ Ｃ Ｄ， Ｙｅｈ Ｈ Ｍ， Ｙｅｈ Ｔ Ｌ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｚｏｎｅ ｌｅｎｇｔｈｓ ｉｎ ｍｕｌｔｉｐａｓｓ ｚｏｎｅ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ［Ｊ］． Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， １９９９，１５（１）６９－７８． ［１２］ 李文良， 罗远辉． 区域熔炼法制备高纯锌的研究［Ｊ］． 稀有金属， ２０１１，３５（４）５３７－５４２． 􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎 （上接第 １０３ 页） 无法生成，也形成了一个温度梯度较小的区域。 碳化 硅的导热系数为 ６．２８～９．６３ Ｊ／ （ｍＫｓ），反应料的 导热系数仅为 ０．２３～０．４７ Ｊ／ （ｍＫｓ），两者相差较 大，在碳化硅结晶筒边界出现了温度梯度的突变。 图 ６ 可见，突变点出现在 ２３．５ ｃｍ 处，由此判断，碳化硅结 晶筒的边界在距离热源 ２３．５ ｃｍ 处，由此向外约 ４．５ ｃｍ 范围内为未反应的物料。 拆炉后测定，未反应的物 料厚度约为 ５．５ ｃｍ，数值模拟结果与之接近［１０］。 以上研究表明，数值模拟能够较好的预测碳化硅 超高温合成炉内的深部温度。 ３ 结 论 １） 红外线测温仪在氩气保护下能够对热源温度 进行直接测量；利用示性物质测温法能够简单易行地 测定炉体内部特定温度点的温度。 示性物质测温法为 温度测量提供了一种新的参考方法，是红外线测温仪 测温的有益补充。 ２） 数值模拟合成炉温度场能够对炉内整体温度 进行预测。 ３） 热源温度线性增加到一定温度以后基本保持 不变。 碳化硅分解温度在 ２ ６００～２ ７００ ℃之间。 参考文献 ［１］ 佘继红，江东亮． 碳化硅陶瓷的发展与应用［Ｊ］． 陶瓷工程，１９９８， ３２（３）１－６． ［２］ 元敬顺，刘亚宁，赫腾飞． 利用 ＳｉＣ 控制高性能轻骨料性能的试验 研究［Ｊ］． 硅酸盐通报，２０１３，３２（２）３３５－３３９． ［３］ 徐剑光，侯周福，唐果宁． 原位无压反应烧结制备 ＳｉＣ⁃ＭｏＳｉ２复合 材料及其性能研究［Ｊ］． 矿冶工程，２００９，２９（４）１０３－１０６． ［４］ 王晓刚，李晓池，邓军平． 碳化硅合成理论与技术［Ｍ］． 西安陕 西科学技术出版社， ２００１． ［５］ ＱＩＡＮ Ｊｕｎｍｉｎ， ＷＡＮＧ Ｊｉｐｉｎｇ， ＪＩＮ Ｚｈｉｈａｏ． Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｏｍｏｒｐｈｉｃ ＳｉＣ Ｃｅｒａｍｉｃ ｂｙ Ｃａｒｂｏｔｈｅｒｍａｌ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｏａｋ Ｗｏｏｄ Ｃｈａｒｃｏａｌ［Ｊ］． Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ Ｅｎｇ Ａ， ２００４，３７１２２９－２３５． ［６］ 吕崇德． 热工参数测量与处理［Ｍ］． 北京 清华大学出版社， ２００１． ［７］ 吴清仁，刘振群． 无机功能材料热物理［Ｍ］． 广州 华南理工大学 出版社，２００３． ［８］ 陈 杰，王晓刚． 多热源合成 ＳｉＣ 温度场的动态数学模型及数值 分析［Ｊ］． 煤炭学报， ２００９，３４（２）２７１－２７４． ［９］ 张念东． 碳化硅磨料工艺学［Ｍ］． 北京 机械工业出版社， １９７８． ［１０］ 陈 杰． 多热源多向流体系碳化硅材料制备理论及应用［Ｄ］． 西 安西安科技大学材料科学与工程学院，２０１１． ［１１］ 王晓刚，陈 杰． 多热源合成碳化硅温度场的均匀性研究［Ｊ］． 矿冶工程，２０１３（６）９７－１００． ７０１第 ２ 期李贻成等 区域熔炼法制备高纯铟的研究