Růst a čištění 7N telurových krystalů

Růst a čištění 7N telurových krystalů

já Předúprava surovin a předběžné čištění‌

1. ‌Výběr surovin a drcení‌

• ‌Materiálové požadavky‌: Jako surovinu použijte telurovou rudu nebo anodový sliz (obsah Te ≥5 %), nejlépe anodový sliz z tavení mědi (obsahující Cu₂Te, Cu₂Se).
• ‌Proces předúpravy‌:
• Hrubé drcení na velikost částic ≤ 5 mm, následované kulovým mletím na velikost ≤ 200 mesh;
• Magnetická separace (intenzita magnetického pole ≥0,8T) k odstranění Fe, Ni a dalších magnetických nečistot;
• Pěnová flotace (pH=8-9, xantátové kolektory) k oddělení SiO₂, CuO a dalších nemagnetických nečistot.
• ‌Opatření‌: Zabraňte vniknutí vlhkosti během mokré předúpravy (vyžaduje sušení před pražením); regulace okolní vlhkosti ≤ 30 % .

1. ‌Pyrometalurgické pražení a oxidace‌

• ‌Procesní parametry‌:
• Oxidační teplota pražení: 350–600°C (stupňová regulace: nízká teplota pro odsíření, vysoká teplota pro oxidaci) ;
• Doba pražení: 6–8 hodin, s průtokem O₂ 5–10 l/min.
• Činidlo: Koncentrovaná kyselina sírová (98% H2SO4), hmotnostní poměr Te2S04 = 1:1,5.
• ‌Chemická reakce‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Opatření‌: Kontrolujte teplotu ≤600 °C, aby se zabránilo těkání TeO₂ (bod varu 387 °C); upravte výfukové plyny pomocí praček NaOH.

II. Elektrorafinace a vakuová destilace‌

1. ‌Elektrorafinace‌

• ‌Elektrolytový systém‌:
• Složení elektrolytu: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), aditivum (želatina 0,1–0,3 g/L) ;
• Regulace teploty: 30–40°C, průtok cirkulace 1,5–2 m³/h .
• ‌Procesní parametry‌:
• Proudová hustota: 100–150 A/m², napětí článku 0,2–0,4V ;
• Rozteč elektrod: 80–120 mm, tloušťka nanášení katody 2–3 mm/8h ;
• Účinnost odstraňování nečistot: Cu ≤ 5 ppm, Pb ≤ 1 ppm .
• ‌Opatření‌: Pravidelně filtrujte elektrolyt (přesnost ≤1μm); mechanicky leštit povrchy anody, aby se zabránilo pasivaci.

1. ‌Vakuová destilace‌

• ‌Procesní parametry‌:
• Úroveň vakua: ≤1×10⁻²Pa, destilační teplota 600–650°C ;
• Teplota zóny kondenzátoru: 200–250 °C, účinnost kondenzace par Te ≥95 % ;
• Doba destilace: 8–12 h, kapacita jedné dávky ≤50 kg .
• ‌Distribuce nečistot‌: Na přední straně kondenzátoru se hromadí nízkovroucí nečistoty (Se, S); vysokovroucí nečistoty (Pb, Ag) zůstávají ve zbytcích .
• ‌Opatření‌: Před zahřátím předpumpujte vakuový systém na ≤5×10⁻³Pa, aby se zabránilo oxidaci Te.

III. Růst krystalů (směrová krystalizace)‌

1. ‌Konfigurace zařízení‌

• ‌Modely pecí Crystal Growth‌: TDR-70A/B (kapacita 30 kg) nebo TRDL-800 (kapacita 60 kg);
• Materiál kelímku: Vysoce čistý grafit (obsah popela ≤5ppm), rozměry Φ300×400mm ;
• Způsob ohřevu: Grafitový odporový ohřev, maximální teplota 1200°C .

1. ‌Procesní parametry‌

• ‌Řízení taveniny‌:
• Teplota tání: 500–520°C, hloubka lázně taveniny 80–120 mm ;
• Ochranný plyn: Ar (čistota ≥99,999 %), průtok 10–15 l/min .
• ‌Krystalizační parametry‌:
• Rychlost vytahování: 1–3 mm/h, rychlost otáčení krystalu 8–12 ot./min ;
• Teplotní gradient: axiální 30–50 °C/cm, radiální ≤10 °C/cm ;
• Způsob chlazení: Vodou chlazený měděný základ (teplota vody 20–25°C), horní sálavé chlazení .

1. ‌Kontrola nečistot‌

• ‌Segregační efekt‌: Nečistoty jako Fe, Ni (segregační koeficient <0,1) se hromadí na hranicích zrn;
• ‌Přetavovací cykly‌: 3–5 cyklů, konečné celkové nečistoty ≤0,1 ppm .

1. ‌Opatření‌:

• Zakryjte povrch taveniny grafitovými deskami pro potlačení těkání Te (rychlost ztráty ≤0,5 %);
• Monitorujte průměr krystalu v reálném čase pomocí laserových měřidel (přesnost ±0,1 mm);
• Vyhněte se kolísání teploty >±2°C, abyste zabránili zvýšení hustoty dislokací (cílová hodnota ≤10³/cm²) .

IV. Kontrola kvality a klíčové metriky‌

PROTI. Environmentální a bezpečnostní protokoly‌

1. ‌Úprava výfukových plynů‌:

• Výfukové plyny z pražení: Neutralizujte SO₂ a SeO₂ pomocí NaOH praček (pH≥10);
• Výfuk z vakuové destilace: Kondenzujte a regenerujte páru Te; zbytkové plyny adsorbované přes aktivní uhlí .

1. ‌Recyklace strusky‌:

• Anodový sliz (obsahující Ag, Au): Obnova pomocí hydrometalurgie (systém H2S04-HCl);
• Elektrolytické zbytky (obsahující Pb, Cu): Návrat do systémů tavení mědi .

1. ‌Bezpečnostní opatření‌:

• Operátoři musí nosit plynové masky (výpary Te jsou toxické); udržovat podtlakovou ventilaci (rychlost výměny vzduchu ≥10 cyklů/h) .

‌Pokyny pro optimalizaci procesu‌

1. ‌Adaptace surovin‌: Upravte teplotu pražení a poměr kyselin dynamicky na základě zdrojů anodového slizu (např. tavení mědi vs. olova);
2. ‌Přizpůsobení rychlosti tažení krystalů‌: Upravte rychlost tahu podle konvekce taveniny (Reynoldsovo číslo Re≥2000), abyste potlačili konstituční podchlazení;
3. ‌Energetická účinnost‌: Použijte dvouteplotní zónový ohřev (hlavní zóna 500 °C, vedlejší zóna 400 °C) ke snížení spotřeby energie s grafitovým odporem o 30 %.