7N rast i pročišćavanje kristala telura

7N rast i pročišćavanje kristala telura

‌I. Prethodna obrada sirovina i preliminarno prečišćavanje‌

1. ‌Odabir sirovina i drobljenje‌

• ‌Zahtjevi materijala‌: Koristite rudu telura ili anodni sluz (sadržaj Te ≥5%), po mogućnosti anodni sluz za topljenje bakra (koji sadrži Cu₂Te, Cu₂Se) kao sirovinu.
• ‌Proces predtretmana‌
• Grubo drobljenje do veličine čestica ≤5mm, praćeno kugličnim mljevenjem do ≤200 mesh;
• Magnetno odvajanje (intenzitet magnetnog polja ≥0,8T) za uklanjanje Fe, Ni i drugih magnetnih nečistoća;
• Pjenasta flotacija (pH=8-9, sakupljači ksantata) za odvajanje SiO₂, CuO i drugih nemagnetnih nečistoća.
• ‌Mjere predostrožnosti‌: Izbegavajte unošenje vlage tokom mokrog prethodnog tretmana (zahteva sušenje pre pečenja); kontrola vlažnosti okoline ≤30% .

1. ‌Pirometalurško pečenje i oksidacija‌

• ‌Procesni parametri‌
• Temperatura pečenja oksidacijom: 350–600°C (stepena kontrola: niska temperatura za odsumporavanje, visoka temperatura za oksidaciju);
• Vrijeme pečenja: 6-8 sati, sa protokom O₂ od 5-10 L/min;
• Reagens: Koncentrovana sumporna kiselina (98% H₂SO₄), maseni odnos Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Hemijska reakcija‌
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Mjere predostrožnosti‌: Kontrolna temperatura ≤600°C kako bi se spriječilo isparavanje TeO₂ (tačka ključanja 387°C); tretirati izduvne gasove sa NaOH peračima.

‌II. Elektrorafinacija i vakuumska destilacija‌

1. ‌Elektrorafiniranje‌

• ‌Sistem elektrolita‌
• Sastav elektrolita: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), aditiv (želatina 0,1–0,3 g/L);
• Kontrola temperature: 30–40°C, protok cirkulacije 1,5–2 m³/h.
• ‌Procesni parametri‌
• Gustina struje: 100–150 A/m², napon ćelije 0,2–0,4 V;
• Razmak između elektroda: 80–120 mm, debljina nanošenja katode 2–3 mm/8h;
• Efikasnost uklanjanja nečistoća: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Mjere predostrožnosti‌: Redovno filtrirajte elektrolit (preciznost ≤1μm); mehanički polirati anodne površine kako bi se spriječila pasivizacija.

1. ‌Vakuumska destilacija‌

• ‌Procesni parametri‌
• Nivo vakuuma: ≤1×10⁻²Pa, temperatura destilacije 600–650°C;
• Temperatura zone kondenzatora: 200–250°C, efikasnost kondenzacije pare Te ≥95% ;
• Vrijeme destilacije: 8-12h, kapacitet jedne serije ≤50kg.
• ‌Distribucija nečistoća‌: Nečistoće sa niskim ključanjem (Se, S) akumuliraju se na prednjoj strani kondenzatora; nečistoće visokog ključanja (Pb, Ag) ostaju u ostacima.
• ‌Mjere predostrožnosti‌: Pre-pumpa vakuumski sistem na ≤5×10⁻³Pa prije zagrijavanja kako bi se spriječila Te oksidacija.

‌III. Rast kristala (usmjerena kristalizacija)‌

1. ‌Konfiguracija opreme‌

• ‌Modeli peći za rast kristala‌: TDR-70A/B (kapacitet 30 kg) ili TRDL-800 (kapacitet 60 kg);
• Materijal lonca: Grafit visoke čistoće (sadržaj pepela ≤5ppm), dimenzije Φ300×400mm;
• Način grijanja: grijanje otporno na grafit, maksimalna temperatura 1200°C.

1. ‌Procesni parametri‌

• ‌Melt Control‌
• Temperatura topljenja: 500–520°C, dubina bazena taline 80–120 mm;
• Zaštitni gas: Ar (čistoća ≥99,999%), protok 10–15 L/min.
• ‌Parametri kristalizacije‌
• Brzina povlačenja: 1–3 mm/h, brzina rotacije kristala 8–12 o/min;
• Temperaturni gradijent: Aksijalno 30–50°C/cm, radijalno ≤10°C/cm;
• Način hlađenja: Bakarno hlađenje vodom (temperatura vode 20–25°C), gornje radijacijsko hlađenje.

1. ‌Kontrola nečistoća‌

• ‌Efekat segregacije‌: Nečistoće poput Fe, Ni (koeficijent segregacije <0,1) akumuliraju se na granicama zrna;
• ‌Remelting Cycles‌: 3–5 ciklusa, konačne ukupne nečistoće ≤0,1ppm.

1. ‌Mjere predostrožnosti‌

• Pokrijte površinu taline grafitnim pločama da biste suzbili isparavanje Te (stopa gubitka ≤0,5%);
• Pratite prečnik kristala u realnom vremenu pomoću laserskih mjerača (preciznost ±0,1 mm);
• Izbjegavajte temperaturne fluktuacije >±2°C kako biste spriječili povećanje gustine dislokacije (cilj ≤10³/cm²).

‌IV. Inspekcija kvaliteta i ključne metrike‌

‌V. Protokoli o zaštiti okoliša i sigurnosti

1. ‌Tretman izduvnih gasova‌

• Ispuh od pečenja: Neutralizirajte SO₂ i SeO₂ pomoću NaOH pročistača (pH≥10) ;
• Ispušni plinovi vakuumske destilacije: kondenzirati i povratiti Te paru; zaostali gasovi adsorbovani preko aktivnog ugljena.

1. ‌Recikliranje šljake‌

• Anodna sluz (sadrži Ag, Au): Oporavlja se hidrometalurgijom (sistem H₂SO₄-HCl) ;
• Ostaci elektrolize (koji sadrže Pb, Cu): Povratak u sisteme za topljenje bakra.

1. ‌Sigurnosne mjere‌

• Operateri moraju nositi gas maske (Te para je otrovna); održavajte ventilaciju pod pritiskom (brzina izmjene zraka ≥10 ciklusa/h) .

‌Smjernice za optimizaciju procesa‌

1. ‌Adaptacija sirovina‌: Podesite temperaturu pečenja i omjer kiseline dinamički na osnovu izvora anodnog sluzi (npr. bakar naspram topljenja olova);
2. ‌Usklađivanje brzine povlačenja kristala‌: Podesite brzinu povlačenja prema konvekciji taline (Reynoldsov broj Re≥2000) da biste suzbili ustavno prehlađenje;
3. ‌Energetska efikasnost‌: Koristite dvotemperaturno zonsko grijanje (glavna zona 500°C, podzona 400°C) da smanjite potrošnju struje otpornosti na grafit za 30%.