Растење и прочистување на 7N телуриумски кристали

Растење и прочистување на 7N телуриумски кристали

I. Предтретман на суровини и прелиминарно прочистување

1. ‌Избор на суровини и дробење‌

• ‌Материјални барања‌: Како суровина користете телуриумска руда или анодна слуз (содржина на Te ≥5%), по можност анодна слуз за топење бакар (што содржи Cu₂Te, Cu₂Se).
• ‌Процес на претходна обработка‌:
• Грубо дробење до големина на честички ≤5 mm, проследено со топчесто мелење до ≤200 mesh;
• Магнетна сепарација (интензитет на магнетно поле ≥0,8T) за отстранување на Fe, Ni и други магнетни нечистотии;
• Флотација со пена (pH=8-9, колектори на ксантат) за одвојување на SiO₂, CuO и други немагнетни нечистотии.
• ‌Мерки на претпазливост‌: Избегнувајте внесување влага за време на влажната претходна обработка (бара сушење пред печење); контролирајте ја влажноста на околината ≤30%.

1. ‌Пирометалуршко печење и оксидација‌

• ‌Параметри на процесот‌:
• Температура на оксидативно печење: 350–600°C (фазно контролирање: ниска температура за десулфуризација, висока температура за оксидација);
• Време на печење: 6–8 часа, со брзина на проток на O₂ од 5–10 L/min;
• Реагенс: Концентрирана сулфурна киселина (98% H₂SO₄), масен сооднос Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Хемиска реакција‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4+TeO2​+2H2​O
• ‌Мерки на претпазливостКонтролирајте ја температурата ≤600°C за да се спречи испарување на TeO₂ (точка на вриење 387°C); третирајте ги издувните гасови со стружери од NaOH.

II. Електрорафинирање и вакуумска дестилација

1. ‌Електрорафинирање‌

• ‌Електролитен систем‌:
• Состав на електролити: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), адитив (желатин 0,1–0,3 g/L);
• Контрола на температурата: 30–40°C, брзина на циркулација 1,5–2 m³/h.
• ‌Параметри на процесот‌:
• Густина на струја: 100–150 A/m², напон на ќелијата 0,2–0,4V;
• Растојание меѓу електродите: 80–120 mm, дебелина на катодно таложење 2–3 mm/8 часа;
• Ефикасност на отстранување на нечистотии: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Мерки на претпазливост‌: Редовно филтрирајте го електролитот (точност ≤1μm); механички полирајте ги површините на анодата за да спречите пасивација.

1. ‌Вакуумска дестилација‌

• ‌Параметри на процесот‌:
• Ниво на вакуум: ≤1×10⁻²Pa, температура на дестилација 600–650°C;
• Температура на зоната на кондензаторот: 200–250°C, ефикасност на кондензација на Te пареа ≥95%;
• Време на дестилација: 8–12 часа, капацитет за една серија ≤50 кг.
• ‌Распределба на нечистотии‌: Нечистотиите со ниска точка на вриење (Se, S) се акумулираат на предниот дел од кондензаторот; нечистотиите со висока точка на вриење (Pb, Ag) остануваат во остатоците.
• ‌Мерки на претпазливост‌: Пред-пумпање на вакуумски систем на ≤5×10⁻³Pa пред загревање за да се спречи оксидација на Te.

III. Растење на кристали (насочна кристализација)

1. ‌Конфигурација на опрема‌

• ‌Модели на печки за раст на кристали‌: TDR-70A/B (капацитет од 30 кг) или TRDL-800 (капацитет од 60 кг);
• Материјал за сад: Графит со висока чистота (содржина на пепел ≤5ppm), димензии Φ300×400mm;
• Метод на загревање: Греење со графитна отпорност, максимална температура 1200°C.

1. ‌Параметри на процесот‌

• ‌Контрола на топење‌:
• Температура на топење: 500–520°C, длабочина на базенот за топење 80–120 mm;
• Заштитен гас: Ar (чистота ≥99,999%), брзина на проток 10–15 L/min.
• ‌Параметри на кристализација‌:
• Брзина на влечење: 1–3 mm/h, брзина на ротација на кристалот 8–12 вртежи во минута;
• Температурен градиент: Аксијален 30–50°C/cm, радијален ≤10°C/cm;
• Метод на ладење: Бакарна основа ладена со вода (температура на водата 20–25°C), горно зрачно ладење.

1. ‌Контрола на нечистотии‌

• ‌Ефект на сегрегацијаНечистотии како Fe, Ni (коефициент на сегрегација <0,1) се акумулираат на границите на зрната;
• ‌Циклуси на повторно топење‌: 3–5 циклуси, конечни вкупни нечистотии ≤0,1 ppm.

1. ‌Мерки на претпазливост‌:

• Покријте ја површината на растопување со графитни плочи за да ја потиснете испарувањето на Te (стапка на загуба ≤0,5%);
• Следете го дијаметарот на кристалот во реално време со помош на ласерски мерачи (точност ±0,1 mm);
• Избегнувајте температурни флуктуации >±2°C за да се спречи зголемување на густината на дислокација (цел ≤10³/cm²).

‌IV. Инспекција на квалитетот и клучни метрики‌

‌V. Протоколи за животна средина и безбедност‌

1. ‌Третман на издувни гасови‌:

• Печење на издувни гасови: Неутрализирајте ги SO₂ и SeO₂ со стружери од NaOH (pH≥10);
• Издувни гасови од вакуумска дестилација: Кондензирајте и обновете ја пареата од Te; преостанатите гасови адсорбирани преку активен јаглен.

1. ‌Рециклирање на згура‌:

• Анодна слуз (која содржи Ag, Au): Обновување преку хидрометалургија (H₂SO₄-HCl систем);
• Остатоци од електролиза (кои содржат Pb, Cu): Враќање во системи за топење бакар.

1. ‌Безбедносни мерки‌:

• Операторите мора да носат гас-маски (пареа на Te е токсична); одржуваат вентилација со негативен притисок (стапка на размена на воздух ≥10 циклуси/час).

‌Упатства‌ за оптимизација на процесите

1. ‌Адаптација на суровини‌: Динамички прилагодете ја температурата на печење и односот на киселина врз основа на изворите на анодна слуз (на пр., топење на бакар наспроти топење на олово);
2. ‌Усогласување на стапката на влечење на кристали‌: Прилагодете ја брзината на влечење според конвекцијата на стопеното масло (Рејнолдсов број Re≥2000) за да се потисне конституционалното преладување;
3. ‌Енергетска ефикасностКористете греење во двојна температура (главна зона 500°C, подзона 400°C) за да ја намалите потрошувачката на енергија од графитниот отпор за 30%.