在真空條件下，本文采用熱力學分析方法計算真空下銦礦碳熱還原反應(yīng)過程中發(fā)生的反應(yīng)的吉布斯自由能以及起始反應(yīng)溫度。結(jié)果表明，當壓力為10 Pa、溫度高于380 K 時，In2O3 與C 的反應(yīng)滿足反應(yīng)發(fā)生的熱力學條件。在同一體系壓力下，物料In2O3：C 摩爾比為1：3 時，反應(yīng)生成單質(zhì)In 所需的溫度是最低的。

　　在碳量充足條件下In2O3 可直接被還原生成單質(zhì)銦，隨著碳的消耗，In2O3 的碳熱反應(yīng)會生成中間產(chǎn)物。由此，推算在真空碳熱反應(yīng)過程中，碳熱還原In2O3 的順序首先生成In，隨著碳耗及升溫生成In2O，最后生成InO。In2O3 熱分解生成In2O，隨著體系壓力的降低，反應(yīng)起始溫度降至423 K；中間產(chǎn)物In2O 熱分解生成單質(zhì)In，當體系真空度降至10 Pa 時，起始溫度降為781 K；InO 與生成物CO 反應(yīng)，隨著體系壓力降低，吉布斯自由能增加，因此，降壓不利于InO 與CO 反應(yīng)。本文從熱力學角度探討真空制備銦熱力學可行性，為下一步實際生產(chǎn)提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。

　　銦是一種稀有金屬，具有優(yōu)良的物理化學性能和機械性能，廣泛應(yīng)用于軍事工業(yè)、電子業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、太陽能電池制造、航天航空等行業(yè)。近年來，隨著科技的發(fā)展，銦的應(yīng)用在國民經(jīng)濟作用日趨重要，已發(fā)展成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的金屬材料之一。我國銦資源儲量豐富，居世界第一，但銦多伴生在鋅、鉛等礦中，工業(yè)上銦主要是從煉鋅及煉鉛過程中分離出來。由于銦沒有獨立的礦床多是伴生在鋅礦、鉛礦等礦物中，需要經(jīng)過較復(fù)雜的冶煉過程才能提取出來，基于此，作者提出采用熱力學分析研究在不同條件下真空碳熱還原法制銦的反應(yīng)條件，從熱力學角度研究了銦礦真空碳熱還原法制銦的可行性，為對后一步利用真空碳熱還原法制銦的研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　碳熱還原反應(yīng)是用碳作為還原劑還原氧化物以制備單質(zhì)或者碳化物的方法。由于碳具有良好的還原性能，因此在工業(yè)生產(chǎn)上，碳作為還原劑得到了廣泛的應(yīng)用。在真空下用碳做還原劑時，隨還原溫度的升高可以將氧化物還原，還原反應(yīng)可以進行的比較完全，同時反應(yīng)的溫度相比常壓條件下的反應(yīng)溫度要低。在還原過程中會生成多種中間產(chǎn)物，氧化銦被還原或被分解，通過熱力學計算銦的行為，得到氧化銦可能發(fā)生的反應(yīng)以及該反應(yīng)的起始溫度，為后續(xù)實驗研究方案提供理論指導(dǎo)。

　　1、熱力學理論計算數(shù)據(jù)

　　據(jù)相關(guān)資料查得相關(guān)熱力學數(shù)據(jù)分別如表1、2 所示。

表1 氧化銦相關(guān)的熱力學數(shù)據(jù)

表2 主要相關(guān)物質(zhì)的熱力學數(shù)據(jù)(△HΘ 298/J·mol-1)

　　4、小結(jié)

　　1)從銦礦In2O3 中制備單質(zhì)In，降低體系壓強，可大幅度降低起始反應(yīng)溫度。在常壓下反應(yīng)式(1)碳熱還原In2O3 反應(yīng)的理論起始反應(yīng)溫度為998 K，當壓強減小為10 Pa 時的理論起始反應(yīng)溫度為380 K。

　　2)在常壓下，當溫度達到1884 K 時，物料In2O3：C 摩爾比為1：1，反應(yīng)生成中間產(chǎn)物InO；當系統(tǒng)壓力降到10 Pa 下，起始溫度可降低到729 K。在常壓下，當物料In2O3：C 摩爾比為1：2，溫度達到1056 K 時，在反應(yīng)生成中間產(chǎn)物In2O，當系統(tǒng)壓力降到10 Pa 下，起始溫度可降低到413 K。通過上述分析，在相同壓力下，反應(yīng)式(1)物料In2O3：C 摩爾比為1：3，反應(yīng)生成單質(zhì)In 所需的溫度是最低的。

　　3)In2O3 熱分解生成In2O，在常壓下所需最低溫度為1247 K，降至10 Pa 時為423 K；中間產(chǎn)物In2O 熱分解生成單質(zhì)In，在常壓下，起始溫度為2809 K，當體系壓力降至10 Pa 時，起始溫度降為781 K；InO 與生成物CO 反應(yīng)，隨著體系壓力降低，吉布斯自由能增加，因此，降壓不利于InO 與CO 反應(yīng)。

　　4)根據(jù)熱力學計算分析，在碳量充足條件下In2O3 可直接被還原生成單質(zhì)銦，隨著碳的消耗，In2O3 的碳熱反應(yīng)會生成中間產(chǎn)物。由此，推算在真空碳熱反應(yīng)過程中，碳熱還原In2O3 的順序首先生成In，隨著碳耗及升溫生成In2O，再次生成InO。