7N telluuri kristallide kasv ja puhastamine
I. Tooraine eeltöötlus ja eelpuhastus
- 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%.
- 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
- 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.
- 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)
- 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.
- 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.
- Lisandite kontroll
- SegregatsiooniefektLisandid nagu Fe, Ni (eralduskoefitsient <0,1) kogunevad terade piiridele;
- Ümbersulatamise tsüklid: 3–5 tsüklit, lõplik lisandite kogusisaldus ≤0,1 ppm.
- 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
Testiobjekt | Standardväärtus | Testimismeetod | Allikas |
Puhtus | ≥99,99999% (7N) | ICP-MS | |
Metalliliste lisandite koguhulk | ≤0,1 ppm | GD-MS (hõõglahendusmassispektromeetria) | |
Hapnikusisaldus | ≤5 ppm | Inertgaasi fusioon-IR-neeldumine | |
Kristallide terviklikkus | Dislokatsiooni tihedus ≤10³/cm² | Röntgeni topograafia | |
Eritakistus (300K) | 0,1–0,3 Ω·cm | Nelja sondi meetod |
V. Keskkonna- ja ohutusprotokollid
- Heitgaaside töötlemine:
- Särdamise heitgaasid: neutraliseerige SO₂ ja SeO₂ NaOH skraberitega (pH≥10);
- Vaakumdestillatsiooni heitgaasid: kondenseerige ja eraldage Te aur; aktiivsöe abil adsorbeeritud jääkgaasid.
- Räbu ringlussevõtt:
- Anoodilima (sisaldab Ag, Au): Koguda hüdrometallurgia teel (H₂SO₄-HCl süsteem);
- Elektrolüüsijäägid (mis sisaldavad Pb, Cu): tagasi vasesulatussüsteemidesse.
- Ohutusmeetmed:
- Operaatorid peavad kandma gaasimaske (tetraaurud on mürgised); tagama negatiivse rõhuga ventilatsiooni (õhuvahetuse kiirus ≥10 tsüklit tunnis).
Protsesside optimeerimise juhised
- Tooraine kohandamineReguleerige röstimistemperatuuri ja happe suhet dünaamiliselt vastavalt anoodi lima allikatele (nt vase vs plii sulatamine);
- Kristallide tõmbamise kiiruse sobitamineKonstitutsioonilise ülejahtumise vähendamiseks reguleerige tõmbekiirust vastavalt sulamiskonvektsioonile (Reynoldsi arv Re≥2000);
- EnergiatõhususGrafiiditakistuse energiatarbimise vähendamiseks 30% võrra kasutage kahe temperatuuriga tsoonikütet (põhitsoon 500 °C, alamtsoon 400 °C).
Postituse aeg: 24. märts 2025