Creixement i purificació de cristalls de tel·luri 7N

Creixement i purificació de cristalls de tel·luri 7N

jo. Pretractament de matèries primeres i purificació preliminar‌

1. ‌Selecció i trituració de matèries primeres‌

• ‌Requisits materials‌: Utilitzeu mineral de tel·luri o llim d'ànode (contingut de Te ≥5%), preferiblement llima d'ànode de fosa de coure (que conté Cu₂Te, Cu₂Se) com a matèria primera.
• ‌Procés de pretractament‌:
• Trituració gruixuda fins a una mida de partícula ≤5 mm, seguida de fresat de boles a ≤200 malla;
• Separació magnètica (intensitat del camp magnètic ≥0,8T) per eliminar Fe, Ni i altres impureses magnètiques;
• Flotació d'escuma (pH = 8-9, col·lectors de xantat) per separar SiO₂, CuO i altres impureses no magnètiques.
• ‌Precaucions‌: Eviteu introduir humitat durant el pretractament humit (requereix assecat abans de rostir); controlar la humitat ambiental ≤30%.

1. ‌Torrat i oxidació pirometal·lúrgica‌

• ‌Paràmetres del procés‌:
• Temperatura de torrat d'oxidació: 350–600 °C (control per fases: baixa temperatura per a la desulfuració, alta temperatura per a l'oxidació);
• Temps de rostit: 6-8 hores, amb un cabal d'O₂ de 5-10 L/min;
• Reactiu: Àcid sulfúric concentrat (98% H₂SO₄), relació de massa Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Reacció química‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Precaucions‌: Controlar la temperatura ≤600°C per evitar la volatilització del TeO₂ (punt d'ebullició 387°C); tractar els gasos d'escapament amb depuradors de NaOH.

II. Electrorefinació i destil·lació al buit‌

1. ‌Electrorefinació‌

• ‌Sistema d'electròlits‌:
• Composició d'electròlits: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), additiu (gelatina 0,1–0,3 g/L) ;
• Control de temperatura: 30–40 °C, cabal de circulació 1,5–2 m³/h.
• ‌Paràmetres del procés‌:
• Densitat de corrent: 100–150 A/m², tensió cel·lular 0,2–0,4 V;
• Espaiat entre elèctrodes: 80–120 mm, gruix de deposició de càtode 2–3 mm/8 h;
• Eficàcia d'eliminació d'impureses: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Precaucions‌: Filtreu regularment l'electròlit (precisió ≤1μm); polir mecànicament les superfícies de l'ànode per evitar la passivació.

1. ‌Destil·lació al buit‌

• ‌Paràmetres del procés‌:
• Nivell de buit: ≤1×10⁻²Pa, temperatura de destil·lació 600–650 °C;
• Temperatura de la zona del condensador: 200–250 °C, eficiència de condensació de vapor de Te ≥95%;
• Temps de destil·lació: 8-12 h, capacitat d'un sol lot ≤50 kg.
• ‌Distribució d'impureses‌: Les impureses de baix punt d'ebullició (Se, S) s'acumulen al front del condensador; les impureses d'alt punt d'ebullició (Pb, Ag) romanen als residus.
• ‌Precaucions‌: Sistema de buit de prebomba a ≤5×10⁻³Pa abans de l'escalfament per evitar l'oxidació del Te.

III. Creixement de cristalls (cristal·lització direccional)‌

1. ‌Configuració d'equips‌

• ‌Models de forn de creixement de cristall‌: TDR-70A/B (capacitat de 30 kg) o TRDL-800 (capacitat de 60 kg);
• Material del gresol: grafit d'alta puresa (contingut de cendres ≤5 ppm), dimensions Φ300 × 400 mm;
• Mètode d'escalfament: escalfament de resistència al grafit, temperatura màxima 1200 °C.

1. ‌Paràmetres del procés‌

• ‌Control de fusió‌:
• Temperatura de fusió: 500–520 °C, profunditat de la piscina de fusió 80–120 mm;
• Gas protector: Ar (puresa ≥99,999%), cabal 10–15 L/min.
• ‌Paràmetres de cristal·lització‌:
• Velocitat de tracció: 1–3 mm/h, velocitat de rotació del cristall 8–12 rpm;
• Gradient de temperatura: axial 30–50 °C/cm, radial ≤10 °C/cm;
• Mètode de refrigeració: base de coure refrigerada per aigua (temperatura de l'aigua 20-25 °C), refrigeració radiativa superior.

1. ‌Control d'impureses‌

• ‌Efecte de segregació‌: Les impureses com Fe, Ni (coeficient de segregació <0,1) s'acumulen als límits del gra;
• ‌Cicles de fusió‌: 3-5 cicles, impureses totals finals ≤0,1 ppm.

1. ‌Precaucions‌:

• Cobriu la superfície de fusió amb plaques de grafit per suprimir la volatilització del Te (taxa de pèrdua ≤0,5%);
• Monitoritzar el diàmetre del cristall en temps real mitjançant mesuradors làser (precisió ± 0,1 mm);
• Eviteu les fluctuacions de temperatura >±2 °C per evitar l'augment de la densitat de la dislocació (objectiu ≤10³/cm²).

IV. Inspecció de qualitat i mètriques clau‌

V. Protocols de seguretat i medi ambient‌

1. ‌Tractament de gasos d'escapament‌:

• Escapament de rostit: neutralitzar SO₂ i SeO₂ amb depuradors de NaOH (pH≥10);
• Escapament de destil·lació al buit: condensar i recuperar el vapor de Te; gasos residuals adsorbits mitjançant carbó actiu.

1. ‌Reciclatge d'escòries‌:

• Llim ànode (que conté Ag, Au): Recuperació mitjançant hidrometal·lúrgia (sistema H₂SO₄-HCl);
• Residus d'electròlisi (que contenen Pb, Cu): Retorn als sistemes de fosa de coure.

1. ‌Mesures de seguretat‌:

• Els operadors han de portar màscares antigàs (el vapor de Te és tòxic); mantenir la ventilació a pressió negativa (taxa de canvi d'aire ≥10 cicles/h).

‌Directrius d'optimització de processos‌

1. ‌Adaptació de matèries primeres‌: ajusteu la temperatura de torrat i la proporció d'àcid de manera dinàmica en funció de les fonts de llim d'ànode (p. ex., fosa de coure i plom);
2. ‌Coincidència de velocitat d'extracció de cristalls‌: ajusteu la velocitat de tracció segons la convecció de fusió (número de Reynolds Re≥2000) per suprimir el sobrerefrigerament constitucional;
3. ‌Eficiència energètica‌: Utilitzeu calefacció de zona de doble temperatura (zona principal 500 °C, subzona 400 °C) per reduir el consum d'energia de la resistència al grafit en un 30%.