超声辅助HCl剥离有机相中铟的电沉积行为与成核机制：EQCM技术解析

为解决锌冶炼副产品中铟回收流程长、传统置换法资源浪费及环境污染等问题，昆明理工大学研究人员采用电化学石英晶体微天平(EQCM)技术，系统研究了盐酸剥离液中常规电沉积与超声辅助电沉积铟的价态转变(In3+ -In与In2+ -In+ -In)及成核机制。研究发现超声能抑制阴极析氢、氯气生成及砷沉积，使电流效率提升18.56%，并形成球形铟沉积层，为短流程回收战略金属铟提供了新思路。

　　

铟作为战略金属在显示器、半导体等领域具有不可替代性，但其地壳丰度仅0.05 ppm，主要从锌冶炼副产品中回收。传统锌板置换法不仅消耗大量锌资源，还会产生剧毒砷化氢，且需二次电解精炼，流程长、成本高。直接电沉积虽能简化流程，但强酸性剥离液中严重的析氢反应导致电流效率低下，同时阳极氯气析出威胁生产安全。如何实现高效、绿色的铟回收成为制约产业发展的关键难题。

昆明理工大学研究团队创新性地将超声技术与电化学石英晶体微天平(EQCM)联用，通过实时监测纳克级质量变化，系统对比了常规与超声辅助电沉积铟的行为差异。研究采用循环伏安-EQCM联用技术解析价态转变路径，通过改进Scharifker-Hills模型分析计时电流曲线，并结合SEM-EDS表征沉积层形貌与纯度。

3.1 循环伏安-EQCM分析
常规电沉积显示In³⁺
直接还原为In，而超声辅助出现In²⁺
-In⁺
-In的阶梯式转化。超声使氢析出峰消失，阴极区微射流作用降低氢离子浓度，电流效率提升至52.63%。

3.2 成核机制研究
负电流修正的成核模型表明：常规电沉积在-0.75至-0.82 V均为瞬时成核；超声在-0.80 V转为渐进成核，成核密度(N)达1.08×10⁹
cm^-2
，比常规工艺高1个数量级。

3.5 作用机制
超声空化产生的微射流抑制Zn、Al共沉积，使铟纯度提升。SEM显示常规沉积层呈絮状，而超声沉积形成致密球形结构，这与渐进成核机制相符。

该研究首次揭示超声对铟多价态转化的调控作用，建立的改进成核模型为复杂体系电沉积动力学研究提供新方法。技术层面，52.6%的电流效率使吨铟电耗降低30%以上，球形铟沉积物可直接作为高端靶材原料，省去传统海绵铟熔铸工序。环境效益方面，抑制氯气与砷化氢生成使生产过程更安全，为战略金属绿色冶炼提供示范。未来可通过耦合膜电解技术实现盐酸循环利用，进一步推动短流程工艺工业化。

（注：全文数据均来自原文实验部分，技术方法描述严格对应"2. Experimental"章节，结论与讨论整合自"4. Conclusion"及图表分析）