نمو وتنقية بلورات التيلوريوم 7N

نمو وتنقية بلورات التيلوريوم 7N

‌I. المعالجة المسبقة للمواد الخام والتنقية الأولية‌

1. ‌اختيار المواد الخام وسحقها‌

• ‌متطلبات المواد‌: استخدم خام التيلوريوم أو مخاط الأنود (محتوى التيلوريوم ≥ 5٪)، ويفضل مخاط أنود صهر النحاس (يحتوي على Cu₂Te وCu₂Se) كمواد خام.
• ‌عملية المعالجة المسبقة‌:
• التكسير الخشن إلى حجم الجسيمات ≤5 مم، يليه طحن الكرة إلى ≤200 شبكة؛
• الفصل المغناطيسي (شدة المجال المغناطيسي ≥0.8T) لإزالة Fe وNi والشوائب المغناطيسية الأخرى؛
• التعويم الرغوي (درجة الحموضة = 8-9، مجمعات الزانثات) لفصل SiO₂ وCuO والشوائب غير المغناطيسية الأخرى.
• ‌احتياطات‌: تجنب إدخال الرطوبة أثناء المعالجة المسبقة الرطبة (تتطلب التجفيف قبل التحميص)؛ التحكم في الرطوبة المحيطة ≤30%.

1. ‌التحميص والأكسدة المعدنية الحرارية‌

• ‌معلمات العملية‌:
• درجة حرارة تحميص الأكسدة: 350–600 درجة مئوية (التحكم المرحلي: درجة حرارة منخفضة لإزالة الكبريت، درجة حرارة عالية للأكسدة)؛
• وقت التحميص: 6-8 ساعات، مع معدل تدفق O₂ يبلغ 5-10 لتر/دقيقة؛
• الكاشف: حمض الكبريتيك المركز (98% H₂SO₄)، نسبة الكتلة Te₂SO₄ = 1:1.5.
• ‌التفاعل الكيميائي‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2​O
• ‌احتياطات‌: التحكم في درجة الحرارة ≤600 درجة مئوية لمنع تطاير ثاني أكسيد الكربون (نقطة الغليان 387 درجة مئوية)؛ معالجة غاز العادم باستخدام أجهزة تنقية هيدروكسيد الصوديوم.

‌II. التكرير الكهربائي والتقطير الفراغي‌

1. ‌التكرير الكهربائي‌

• ‌نظام الإلكتروليت‌:
• تكوين الإلكتروليت: H₂SO₄ (80-120 جم/لتر)، TeO₂ (40-60 جم/لتر)، مادة مضافة (جيلاتين 0.1-0.3 جم/لتر)؛
• التحكم في درجة الحرارة: 30-40 درجة مئوية، معدل تدفق الدورة 1.5-2 متر مكعب / ساعة.
• ‌معلمات العملية‌:
• كثافة التيار: 100–150 أمبير/م²، جهد الخلية 0.2–0.4 فولت؛
• تباعد الأقطاب الكهربائية: 80-120 مم، سمك ترسب الكاثود 2-3 مم/8 ساعات؛
• كفاءة إزالة الشوائب: Cu ≤5ppm، Pb ≤1ppm.
• ‌احتياطات‌: قم بتصفية الإلكتروليت بانتظام (دقة ≤1 ميكرومتر)؛ وقم بتلميع أسطح الأنود ميكانيكيًا لمنع التخميل.

1. ‌التقطير الفراغي‌

• ‌معلمات العملية‌:
• مستوى الفراغ: ≤1×10⁻²Pa، درجة حرارة التقطير 600–650 درجة مئوية؛
• درجة حرارة منطقة المكثف: 200–250 درجة مئوية، كفاءة تكثيف بخار Te ≥95%؛
• وقت التقطير: 8-12 ساعة، سعة الدفعة الواحدة ≤50 كجم.
• ‌توزيع الشوائب‌: تتراكم الشوائب ذات درجة الغليان المنخفضة (Se، S) في مقدمة المكثف؛ وتبقى الشوائب ذات درجة الغليان العالية (Pb، Ag) في البقايا.
• ‌احتياطات‌: قم بضخ نظام الفراغ مسبقًا إلى ≤5×10⁻³Pa قبل التسخين لمنع أكسدة Te.

ثالثًا: نمو البلورات (التبلور الاتجاهي)

1. ‌تكوين المعدات‌

• ‌نماذج أفران نمو البلورات‌: TDR-70A/B (سعة 30 كجم) أو TRDL-800 (سعة 60 كجم)؛
• مادة البوتقة: جرافيت عالي النقاء (محتوى الرماد ≤5 جزء في المليون)، أبعاد Φ300×400 مم؛
• طريقة التسخين: تسخين مقاومة الجرافيت، الحد الأقصى لدرجة الحرارة 1200 درجة مئوية.

1. ‌معلمات العملية‌

• ‌التحكم في الذوبان‌:
• درجة حرارة الانصهار: 500-520 درجة مئوية، عمق حوض الانصهار 80-120 مم؛
• الغاز الوقائي: Ar (نقاء ≥99.999%)، معدل التدفق 10–15 لتر/دقيقة.
• ‌معلمات التبلور‌:
• معدل السحب: 1-3 مم/ساعة، سرعة دوران البلورة 8-12 دورة في الدقيقة؛
• تدرج درجة الحرارة: محوري 30–50 درجة مئوية/سم، شعاعي ≤10 درجة مئوية/سم؛
• طريقة التبريد: قاعدة نحاسية مبردة بالماء (درجة حرارة الماء 20-25 درجة مئوية)، تبريد إشعاعي علوي.

1. ‌مكافحة الشوائب‌

• ‌تأثير الفصل العنصري‌: تتراكم الشوائب مثل Fe وNi (معامل الفصل <0.1) عند حدود الحبوب؛
• ‌دورات إعادة الصهر‌: 3–5 دورات، إجمالي الشوائب النهائية ≤0.1 جزء في المليون.

1. ‌احتياطات‌:

• قم بتغطية سطح المصهور بألواح الجرافيت لقمع تطاير التيلجو (معدل الخسارة ≤0.5٪)؛
• مراقبة قطر البلورة في الوقت الحقيقي باستخدام مقاييس الليزر (دقة ± 0.1 مم)؛
• تجنب تقلبات درجات الحرارة >±2 درجة مئوية لمنع زيادة كثافة الخلع (الهدف ≤10³/سم²).

رابعًا: فحص الجودة والمقاييس الرئيسية

‌V. بروتوكولات البيئة والسلامة‌

1. ‌معالجة غاز العادم‌:

• عادم التحميص: تحييد SO₂ وSeO₂ باستخدام أجهزة تنقية NaOH (درجة الحموضة ≥ 10)؛
• عادم التقطير الفراغي: تكثيف واستعادة بخار Te؛ وامتصاص الغازات المتبقية عبر الكربون المنشط.

1. ‌إعادة تدوير الخبث‌:

• مخاط الأنود (يحتوي على Ag وAu): يتم استعادته عن طريق المعالجة المعدنية بالهيدروكيميائية (نظام H₂SO₄-HCl)؛
• بقايا التحليل الكهربائي (تحتوي على الرصاص والنحاس): العودة إلى أنظمة صهر النحاس.

1. ‌إجراءات السلامة‌:

• يجب على العاملين ارتداء أقنعة الغاز (بخار التيتانوس سام)؛ والحفاظ على التهوية بالضغط السلبي (معدل تبادل الهواء ≥ 10 دورات / ساعة).

إرشادات تحسين العمليات

1. ‌تكييف المواد الخام‌: ضبط درجة حرارة التحميص ونسبة الحمض بشكل ديناميكي استنادًا إلى مصادر مخاط الأنود (على سبيل المثال، صهر النحاس مقابل الرصاص)؛
2. ‌مطابقة معدل سحب البلورات‌: اضبط سرعة السحب وفقًا للحمل الحراري المنصهر (رقم رينولدز Re ≥ 2000) لقمع التبريد الفائق الدستوري؛
3. ‌كفاءة الطاقة‌: استخدم منطقة تسخين مزدوجة درجة الحرارة (المنطقة الرئيسية 500 درجة مئوية، والمنطقة الفرعية 400 درجة مئوية) لتقليل استهلاك طاقة مقاومة الجرافيت بنسبة 30%.