7N telluuri kristallide kasv ja puhastamine

7N telluuri kristallide kasv ja puhastamine

I. Tooraine eeltöötlus ja eelpuhastus

1. ‌Tooraine valik ja purustamine‌

• ‌MaterjalinõudedToorainena kasutage telluurimaaki või anoodilima (Te sisaldus ≥5%), eelistatavalt vasesulatamisel tekkivat anoodilima (mis sisaldab Cu₂Te, Cu₂Se).
• ‌Eeltöötlusprotsess‌:
• Jämepurustamine osakeste suuruseni ≤5 mm, millele järgneb kuulveski jahvatus ≤200 meššini;
• Magnetiline eraldamine (magnetvälja intensiivsus ≥0,8 T) Fe, Ni ja muude magnetiliste lisandite eemaldamiseks;
• Vahust flotatsioon (pH = 8-9, ksantaadikogujad) SiO₂, CuO ja muude mittemagnetiliste lisandite eraldamiseks.
• ‌EttevaatusabinõudVältige niiskuse sissetoomist märgtöötluse ajal (enne röstimist tuleb kuivatada); kontrollige ümbritseva õhuniiskust ≤30%.

1. ‌Pürometallurgiline röstimine ja oksüdeerimine‌

• ‌Protsessi parameetrid‌:
• Oksüdatsiooni röstimise temperatuur: 350–600 °C (astmeline kontroll: madal temperatuur desulfureerimiseks, kõrge temperatuur oksüdeerimiseks);
• Röstimisaeg: 6–8 tundi, O₂ voolukiirusega 5–10 l/min;
• Reagent: kontsentreeritud väävelhape (98% H₂SO₄), massisuhe Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Keemiline reaktsioon‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2O
• ‌EttevaatusabinõudKontrollige temperatuuri ≤600 °C, et vältida TeO₂ lendumist (keemistemperatuur 387 °C); töödelge heitgaasi NaOH skraberitega.

II. Elektrolüütiline rafineerimine ja vaakumdestilleerimine

1. ‌Elektrolüütiline rafineerimine‌

• ‌Elektrolüütide süsteem‌:
• Elektrolüütide koostis: H₂SO₄ (80–120 g/l), TeO₂ (40–60 g/l), lisaaine (želatiin 0,1–0,3 g/l);
• Temperatuuri reguleerimine: 30–40 °C, tsirkulatsioonivoolukiirus 1,5–2 m³/h.
• ‌Protsessi parameetrid‌:
• Voolutihedus: 100–150 A/m², elemendi pinge 0,2–0,4 V;
• Elektroodide vahekaugus: 80–120 mm, katoodi sadestamise paksus 2–3 mm/8 tundi;
• Lisandite eemaldamise efektiivsus: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌EttevaatusabinõudFiltreerige elektrolüüti regulaarselt (täpsus ≤1 μm); poleerige anoodipindu mehaaniliselt, et vältida passiveerimist.

1. ‌Vaakumdestillatsioon‌

• ‌Protsessi parameetrid‌:
• Vaakumitase: ≤1×10⁻²Pa, destilleerimistemperatuur 600–650 °C;
• Kondensaatori tsooni temperatuur: 200–250 °C, Te auru kondenseerimise efektiivsus ≥95%;
• Destilleerimisaeg: 8–12 tundi, ühe partii mahutavus ≤50 kg.
• ‌Lisandite jaotusMadala keemistemperatuuriga lisandid (Se, S) kogunevad kondensaatori rindele; kõrge keemistemperatuuriga lisandid (Pb, Ag) jäävad jääkidesse.
• ‌Ettevaatusabinõud‌: Enne kuumutamist pumbake vaakumsüsteem rõhuni ≤5×10⁻³Pa, et vältida Te oksüdeerumist.

III. Kristallide kasv (suunaline kristalliseerumine)

1. ‌Seadmete konfiguratsioon‌

• ‌Kristallkasvuahju mudelidTDR-70A/B (kandevõime 30 kg) või TRDL-800 (kandevõime 60 kg);
• Tiigli materjal: kõrge puhtusastmega grafiit (tuhasisaldus ≤5ppm), mõõtmed Φ300×400mm;
• Kuumutamismeetod: grafiidist takistuskuumutamine, maksimaalne temperatuur 1200 °C.

1. ‌Protsessi parameetrid‌

• ‌Sulamiskontroll‌:
• Sulamistemperatuur: 500–520 °C, sulavanni sügavus 80–120 mm;
• Kaitsegaas: Ar (puhtus ≥99,999%), voolukiirus 10–15 l/min.
• ‌Kristallisatsiooniparameetrid‌:
• Tõmbekiirus: 1–3 mm/h, kristalli pöörlemiskiirus 8–12 p/min;
• Temperatuurigradient: aksiaalne 30–50 °C/cm, radiaalne ≤10 °C/cm;
• Jahutusmeetod: Vesijahutusega vaskpõhi (vee temperatuur 20–25 °C), ülemine kiirgusjahutus.

1. ‌Lisandite kontroll‌

• ‌SegregatsiooniefektLisandid nagu Fe, Ni (eralduskoefitsient <0,1) kogunevad terade piiridele;
• ‌Ümbersulatamise tsüklid‌: 3–5 tsüklit, lõplik lisandite kogusisaldus ≤0,1 ppm.

1. ‌Ettevaatusabinõud‌:

• Sulapinna katmine grafiitplaatidega, et vähendada Te lendumist (kaod ≤0,5%).
• Jälgige kristalli läbimõõtu reaalajas lasermõõturite abil (täpsus ±0,1 mm);
• Vältige temperatuurikõikumisi >±2°C, et vältida dislokatsioonide tiheduse suurenemist (sihtväärtus ≤10³/cm²).

IV. Kvaliteedikontroll ja põhinäitajad

V. Keskkonna- ja ohutusprotokollid

1. ‌Heitgaaside töötlemine‌:

• Särdamise heitgaasid: neutraliseerige SO₂ ja SeO₂ NaOH skraberitega (pH≥10);
• Vaakumdestillatsiooni heitgaasid: kondenseerige ja eraldage Te aur; aktiivsöe abil adsorbeeritud jääkgaasid.

1. ‌Räbu ringlussevõtt‌:

• Anoodilima (sisaldab Ag, Au): Koguda hüdrometallurgia teel (H₂SO₄-HCl süsteem);
• Elektrolüüsijäägid (mis sisaldavad Pb, Cu): tagasi vasesulatussüsteemidesse.

1. ‌Ohutusmeetmed‌:

• Operaatorid peavad kandma gaasimaske (tetraaurud on mürgised); tagama negatiivse rõhuga ventilatsiooni (õhuvahetuse kiirus ≥10 tsüklit tunnis).

Protsesside optimeerimise juhised

1. ‌Tooraine kohandamineReguleerige röstimistemperatuuri ja happe suhet dünaamiliselt vastavalt anoodi lima allikatele (nt vase vs plii sulatamine);
2. ‌Kristallide tõmbamise kiiruse sobitamineKonstitutsioonilise ülejahtumise vähendamiseks reguleerige tõmbekiirust vastavalt sulamiskonvektsioonile (Reynoldsi arv Re≥2000);
3. ‌EnergiatõhususGrafiiditakistuse energiatarbimise vähendamiseks 30% võrra kasutage kahe temperatuuriga tsoonikütet (põhitsoon 500 °C, alamtsoon 400 °C).