Индий

Общие сведения и методы получения

Индий (In) — мягкий металл серебристо-белого цвета, рассеянный эле­мент. Открыт в 1863 г. Ф. Рейхом и Т. Рихтером при спектроскопичес­ком исследовании цинковой обманки. Свое название нндий получил по цвету (сиияя) линии спектра.

Содержание индия в земной коре 1,4*10^-5 % (по массе).

Собственные минералы индия промышленного значения не имеют. К ним относятся: индит FeIn₂S₄, рекизит CuInS₂, джалиндит 1п(ОН)₃, сакуранит (Си, Zn, Fe)₃(In, Sn )s4, а также самородный индий.

Повышенная концентрация индия наблюдается в сульфидных мине­ралах (особенно в цинковой обманке), а также в сульфостаниатах свин­ца и цинка. Например, в килнндрите Pb₆Sb₂Sn6S₂ содержится 0,1— 1 % In, франкеите Pb₅Sb₂Sn₂Si₂ — до 0,1 % In, в станнине — до 0,1 % In.

Главный источник получения иидия — отходы в промежуточные про­дукты цинкового и свинцового производства, а в последнее время и от­ходы производства олова.

При пирометаллургическом производстве цинка источником извлече­ния индия служат пыли печей коксования брикетов и свинец, получен­ный при ректификационной очистке чернового цинка. При гидроме­таллургическом производстве цинка таким источником служат возгоны вельц- или фьюминг-процесса, а также меднокадмиевые кеки.

При получении свинца источником извлечения индия служат продук­ты рафинирования (медистые съемы и оксиды), а также продукты их переработки (пыли и шлаки отражательной плавки медистых съемов).

При производстве олова источником извлечения индия могут быть пыли и отработанный электролит. В перечисленных выше продуктах содержание индия колеблется от тысячных до десятых долей процента, поэтому технология извлечения индия состоит из трех основных ста­дий:

1) получения индиевого концентрата (содержание индия более 1-2%);

2) получения чернового индия;

3) рафинирования чернового металла.

Для перевода индия в раствор исходное сырье обрабатывают серной кислотой, обычно применяя двустадийное выщелачивание Для более полного извлечения иидия в раствор исходный материал иногда пред­варительно сульфатизируют. Для очистки раствора от примесей, кон­центрирования раствора и выделения индиевого концентрата использу­ют сочетание различных методов:

1. Осаждение малорастворимых соединений индия. Этот способ ос­нован на различии рН выделения гидроксида индия и других элементов. Регулируя рН раствора, можно отделить основную массу цинка, меди и кадмия от индия и в результате получить осадки, обогащенные инди­ем.

2. Осаждение или растворение отдельных примесей. Обрабатывая гидролитический концентрат раствором щелочи, удается отделить ин­дий от таких примесей, как алюминий, цинк, свинец, олово, галлий, германий, которые образуют растворимые натриевые соли, переходящие в раствор. Примеси меди, сурьмы, мышьяка удаляют осаждением их суль­фидов из сернокислых растворов, применяя в качестве осадителя суль­фид цинка.

3. Экстракция. В нашей стране для экстракции индия из сернокислых растворов используют экстрагент ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (Д-2-ЭГФК).

4. Цементация. Этот процесс, основанный на вытеснении металла из раствора его соли более электроотрицательным металлом, осуществляют с помощью цинковой пыли. Вначале выделяется медь (ее можно це­ментировать и на железе), а затем после отделения меди на цинке це­ментируется индий с частью кадмия, при этом железо и алюминий ос­таются в растворе. Часто используют амальгамный метод цементации, заключающийся в извлечении индия и части примесей в амальгаму цин­ка с последующим извлечением из иее индия анодным растворением и осаждением его на катоде. Черновой индий выделяют из предваритель­но концентрированных и очищенных растворов цементацией на алюми­ниевых или цинковых листах или электролизом. Цементации иа алюми­нии способствует присутствие соляной кислоты, которая растворяет пассивирующие оксидные пленки на поверхности алюминия; кроме того, цементация на алюминии дает возможность получить легко снимающий­ся осадок (в отличие от цементации на цинке). Полученный при этом процессе губчатый индий прессуют в брикеты и плавят под защитным слоем едкого натра. Черновой металл содержит обычно 96—99 % In.

Электролизом индий получают из сульфатных растворов, плотность тока 100—150 А/м², напряжение 2 В. Катоды — из нержавеющей стали, аноды — графитовые.

Черновой индий подвергают рафинированию сочетанием нескольких способов (химический, электрохимический, вакуумная дистилляция, зон­ная плавка и метод вытягивания слитка из расплава).

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 49, атомная масса 114,82 а. е. м., атомный объем 15,76*10^-6 м³/моль. Индий состоит из двух изо­топов ^11Э1п (4,33%) и ¹¹⁵1п (95,67 %), последний имеет слабую В-ра-диоактивность.

Химические свойства

Нормальный электродный потенциал реакции In— Зе*±1п³⁺фо=—0,35 В. Электрохимический эквивалент индия 0,39641 мг/Кл.

Индий — химический аналог галлия; образует соединения, отвечаю­щие степеням окисления +1, +2, +3; соединения со степенью окисле­ния +3 наиболее устойчивы.

При комнатной температуре индий не тускнеет иа воздухе; на нем образуется тонкая пленка оксидов при нагревании выше 800 °С; горит фиолетово-синим пламенем, образуя 1п₂0₃.

Иидий растворяется в серной, соляной кислотах, особенно активно в азотной, в плавиковой кислоте — только при нагревании. Легко раст­воряется в концентрированных органических кислотах.

С азотом и водородом индий не взаимодействует. С кислородом индий дает несколько соединений. Оксид индия (III) 1п₂0₃ представ­ляет собой желтые кристаллы с о. ц. к. решеткой, а= 1,0105 нм, ?пл»2273 °С, плотность 7,100 Мг/м³, практически нерастворим в воде, но легко растворяется в кислотах. При нагревании выше 850 °С диссо­циирует, образуя оксид индия (I) 1п₂0— черный порошок плотностью 6 ,300 Мг/м³. 1п₂0 легко окисляется па воздухе и хорошо растворяется в соляной кислоте.

Гидроксид 1п(ОН)_э образуется в виде белого студенистого осадка при действии щелочей или аммиака на растворы трехвалентных солей индия, легко растворим в кислотах, нерастворим в растворах аммиака. Сера и сероводород при обычных температурах на индий ие действуют. Сульфат иидия кристаллизуется из водных растворов в виде гидрата ln₂(S0₄)₃-5H₂0. Из сернокислых растворов в зависимости от темпе­ратуры и концентрации серной кислоты выделяются In₂(S0₄)₃- 10Н₂О, In₂(S0₄)₃-6H₂0 или кислая соль In₂(S0₄)₃-H₂SO_r7H₂0.

Сульфид In₂S₃ выделяется из слабокислых растворов и имеет две модификации, а (порошок желтого цвета, гигроскопичен, имеет г. ц. к. решетку, а = 0,536 нм) и В (негигроскопична, имеет решетку типа шпи­нелей, а =1,072 нм). Температура перехода а<===В примерно 335 °С, температура плавления 1050°С.

Индий взаимодействует с галогенами. С хлором и бромом реагиру­ет при комнатной температуре, с иодом — при нагревании Хлорид ий-дня 1пС1₃ получают хлорированием металла при незначительном на­греве Это бесцветное легко летучее сильно гигроскопичное соединение. Плотность 3,450 Мг/м³. При нагреве 1пС1₃ с индием образуются низшие хлориды 1пС1 и 1пС1₂.

Иодид индия 1п1₃ получают непосредственным сплавлением индия с соответствующим количеством иода в ампуле или воздействием на ин­дий раствора иода в бензоле или другом органическом растворителе. Триодид индия очень гигроскопичен, он растворяется в спирте, эфире, хлороформе.

Кристаллогидрат фторида иидия InF₃-3H₃0 получается при раство­рении оксида или гидроксида индия в плавиковой кислоте. Это белое кристаллическое вещество малорастворимое в воде. Безводный фторид индия получается термическим разложением фтороиндата аммония (NH₄)₃InF₆. Он практически нерастворим в воде, но разлагается кис­лотами.

Ни с одним из металлов индий не образует непрерывных твердых растворов. Хорошо растворяются в индии такие металлы, как галлий, таллий, олово, висмут, кадмий, магний, литий. Ограниченная раство­римость в жидком состоянии наблюдается в «системах индия с алюми. нием, железом, бериллием.

Технологические свойства

Индий отличается хорошей жидкотекучестью, что позволяет получать из него высококачественные отлнвки, высокой пластичностью, легко обрабатывается давлением при комнатной температуре, при этом прак­тически не нагартовывается¹. Вследствие высокой вязкости плохо обра­батывается резанием.

Области применения

Добавка индия к подшипниковым сплавам повышает их прочность, твердость, увеличивает коррозионную стойкость, улучшает смачивае­мость, что способствует улучшению протнвозадирных свойств подшип­ников для авиационных двигателей.

Индиевая фольга используется в качестве контакта в ультразвуко­вых линиях задержки.

В США для регулирующих стержней ядерных реакторов использу­ют сплав, содержащий 19 % In, 71 % Ag, 10 % Cd. Сплавы In—Sn— Bi—Cd н In — Pb — Sn применяют в качестве припоев для соединения металлов, стекла, керамики. В вакуумной технике применяют припои из сплава In — Sn, обеспечивающие высокую плотность соединений. Сплав 75 % Аи, 20 % Ag и 5 % In используют в ювелирном произ­водстве («зеленое золото»). Индий используют в качестве легирующей добавки к серебряным сплавам для стоматологических амальгам.

В настоящее время значительную часть индия, особенно высокой чистоты, применяют в полупроводниковой электронике. Он идет на производство интерметаллическнх соединений типа AⁿⁱS^v (InSb, InAs, InP), используемых в качестве материалов для фотоприемников, ра­ботающих в инфракрасной области. Инднй используется в качестве ле­гирующей присадки для создания дырочной проводимости в германие­вых кристаллах, а также для крепления к ним свинцовой проволоки. Индий используют как легирующий элемент в алюминиевых сплавах для повышения их прочностных свойств и улучшения обрабатывае­мости.