Rast in čiščenje kristalov 7N telurja

Rast in čiščenje kristalov 7N telurja

I. Predobdelava in predhodno čiščenje surovin

1. ‌Izbira in drobljenje surovin‌

• ‌Materialne zahteve‌: Kot surovino uporabite telurno rudo ali anodno sluz (vsebnost Te ≥ 5 %), po možnosti anodno sluz za taljenje bakra (ki vsebuje Cu₂Te, Cu₂Se).
• ‌Postopek predobdelave:
• Grobo drobljenje do velikosti delcev ≤ 5 mm, ki mu sledi mletje s kroglicami do velikosti delcev ≤ 200 mesh;
• Magnetna ločitev (intenzivnost magnetnega polja ≥0,8 T) za odstranjevanje Fe, Ni in drugih magnetnih nečistoč;
• Penna flotacija (pH = 8–9, ksantatni zbiralniki) za ločevanje SiO₂, CuO in drugih nemagnetnih nečistoč.
• ‌Previdnostni ukrepiMed mokro predobdelavo se izogibajte vnosu vlage (pred praženjem je potrebno sušenje); vlažnost okolja naj bo ≤ 30 %.

1. ‌Pirometalurško praženje in oksidacija‌

• ‌Parametri procesa:
• Temperatura oksidacijskega praženja: 350–600 °C (stopenjska regulacija: nizka temperatura za razžvepljevanje, visoka temperatura za oksidacijo);
• Čas praženja: 6–8 ur, s pretokom O₂ 5–10 l/min;
• Reagent: Koncentrirana žveplova kislina (98 % H₂SO₄), masno razmerje Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Kemijska reakcija:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Previdnostni ukrepiNadzorujte temperaturo ≤600 °C, da preprečite uparjanje TeO₂ (vrelišče 387 °C); izpušne pline obdelajte s čistilniki NaOH.

II. Elektrorafiniranje in vakuumska destilacija

1. ‌Elektrorafiniranje‌

• ‌Elektrolitski sistem:
• Sestava elektrolita: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), dodatek (želatina 0,1–0,3 g/L);
• Nadzor temperature: 30–40 °C, pretok kroženja 1,5–2 m³/h.
• ‌Parametri procesa:
• Gostota toka: 100–150 A/m², napetost celice 0,2–0,4 V;
• Razmik elektrod: 80–120 mm, debelina nanosa katode 2–3 mm/8 ur;
• Učinkovitost odstranjevanja nečistoč: Cu ≤ 5 ppm, Pb ≤ 1 ppm.
• ‌Previdnostni ukrepiRedno filtrirajte elektrolit (natančnost ≤ 1 μm); mehansko polirajte površine anod, da preprečite pasivizacijo.

1. ‌Vakuumska destilacija‌

• ‌Parametri procesa:
• Raven vakuuma: ≤1×10⁻²Pa, temperatura destilacije 600–650 °C;
• Temperatura kondenzacijske cone: 200–250 °C, učinkovitost kondenzacije pare Te ≥95 %;
• Čas destilacije: 8–12 ur, prostornina ene serije ≤ 50 kg.
• ‌Porazdelitev nečistočNečistoče z nizkim vreliščem (Se, S) se kopičijo na sprednji strani kondenzatorja; nečistoče z visokim vreliščem (Pb, Ag) ostanejo v ostankih.
• ‌Previdnostni ukrepiPred segrevanjem predhodno načrpajte vakuumski sistem na ≤5×10⁻³Pa, da preprečite oksidacijo Te.

III. Rast kristalov (smerna kristalizacija)

1. ‌Konfiguracija opreme‌

• ‌Modeli peči za rast kristalovTDR-70A/B (nosilnost 30 kg) ali TRDL-800 (nosilnost 60 kg);
• Material lončka: grafit visoke čistosti (vsebnost pepela ≤5 ppm), dimenzije Φ300×400 mm;
• Način segrevanja: Grafitno uporovno segrevanje, najvišja temperatura 1200 °C.

1. ‌Parametri procesa‌

• ‌Nadzor taline:
• Temperatura taljenja: 500–520 °C, globina talilne kadi 80–120 mm;
• Zaščitni plin: Ar (čistost ≥99,999 %), pretok 10–15 l/min.
• ‌Parametri kristalizacije:
• Hitrost vlečenja: 1–3 mm/h, hitrost vrtenja kristala 8–12 vrt/min;
• Temperaturni gradient: aksialni 30–50 °C/cm, radialni ≤ 10 °C/cm;
• Način hlajenja: Vodno hlajena bakrena osnova (temperatura vode 20–25 °C), zgornje sevalno hlajenje.

1. ‌Nadzor nečistoč‌

• ‌Učinek segregacijeNečistoče, kot sta Fe, Ni (koeficient segregacije <0,1), se kopičijo na mejah zrn;
• ‌Cikli pretaljevanja3–5 ciklov, končne skupne nečistoče ≤ 0,1 ppm.

1. ‌Previdnostni ukrepi:

• Površino taline prekrijte z grafitnimi ploščami, da preprečite izhlapevanje Te (stopnja izgube ≤ 0,5%);
• Spremljanje premera kristala v realnem času z laserskimi merilniki (natančnost ±0,1 mm);
• Izogibajte se nihanjem temperature > ±2 °C, da preprečite povečanje gostote dislokacij (cilj ≤ 10³/cm²).

IV. Pregled kakovosti in ključne metrike

V. Okoljski in varnostni protokoli

1. ‌Čiščenje izpušnih plinov:

• Izpušni plini pri praženju: Nevtralizirajte SO₂ in SeO₂ s čistilniki NaOH (pH ≥ 10);
• Izpušni plini vakuumske destilacije: kondenzacija in rekuperacija hlapov Te; preostali plini, adsorbirani preko aktivnega oglja.

1. ‌Recikliranje žlindre:

• Anodna sluz (ki vsebuje Ag, Au): Regeneracija s hidrometalurgijo (sistem H₂SO₄-HCl);
• Ostanki elektrolize (ki vsebujejo Pb, Cu): Vrnitev v sisteme za taljenje bakra.

1. ‌Varnostni ukrepi:

• Operaterji morajo nositi plinske maske (tetrahidrofuran je strupen); vzdrževati prezračevanje z negativnim tlakom (izmenjava zraka ≥ 10 ciklov/h).

Smernice za optimizacijo procesov

1. ‌Prilagoditev surovin‌: Dinamično prilagodite temperaturo praženja in razmerje kislin glede na vire anodne sluzi (npr. taljenje bakra v primerjavi s svincem);
2. ‌Ujemanje hitrosti vlečenja kristalov‌: Prilagodite hitrost vlečenja glede na konvekcijo taline (Reynoldsovo število Re≥2000), da preprečite konstitucijsko podhlajanje;
3. ‌Energetska učinkovitost‌: Z dvojnim temperaturnim conskim ogrevanjem (glavna cona 500 °C, podcona 400 °C) zmanjšate porabo energije grafitnega upora za 30 %.