7N Tellur krystalvækst og rensning

7N Tellur krystalvækst og rensning

JEG. Råmaterialeforbehandling og foreløbig rensning

1. ‌Råvarevalg og knusning‌

• ‌Materialekrav‌: Brug tellurmalm eller anodeslim (Te indhold ≥5%), helst kobbersmelteanodeslim (indeholdende Cu₂Te, Cu₂Se) som råmateriale.
• ‌Forbehandlingsproces:
• Grov knusning til partikelstørrelse ≤5 mm, efterfulgt af kugleformaling til ≤200 mesh;
• Magnetisk adskillelse (magnetisk feltintensitet ≥0,8T) for at fjerne Fe, Ni og andre magnetiske urenheder;
• Skumflotation (pH=8-9, xanthatsamlere) for at adskille SiO₂, CuO og andre ikke-magnetiske urenheder.
• ‌Forholdsregler‌: Undgå at tilføre fugt under våd forbehandling (kræver tørring før stegning); kontroller den omgivende luftfugtighed ≤30 %.

1. ‌Pyrometallurgisk ristning og oxidation‌

• ‌Proces parametre:
• Oxidationsristetemperatur: 350–600°C (trinvis kontrol: lav temperatur til afsvovling, høj temperatur til oxidation);
• Stegetid: 6–8 timer, med O₂-flowhastighed på 5–10 l/min;
• Reagens: Koncentreret svovlsyre (98 % H2SO4), masseforhold Te2S04 = 1:1,5.
• ‌Kemisk reaktion:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Forholdsregler‌: Kontroltemperatur ≤600°C for at forhindre TeO₂-fordampning (kogepunkt 387°C); behandle udstødningsgassen med NaOH-scrubbere.

II. Elektroraffinering og vakuumdestillation

1. ‌Elektroraffinering‌

• ‌Elektrolytsystem:
• Elektrolytsammensætning: H₂SO4 (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), additiv (gelatine 0,1–0,3 g/L);
• Temperaturregulering: 30–40°C, cirkulationsflow 1,5–2 m³/h.
• ‌Proces parametre:
• Strømtæthed: 100–150 A/m², cellespænding 0,2–0,4V ;
• Elektrodeafstand: 80–120 mm, katodeaflejringstykkelse 2–3 mm/8h ;
• Effektivitet til fjernelse af urenheder: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Forholdsregler‌: Regelmæssig filtrering af elektrolyt (nøjagtighed ≤1μm); poler anodeoverflader mekanisk for at forhindre passivering.

1. ‌Vakuumdestillation‌

• ‌Proces parametre:
• Vakuumniveau: ≤1×10⁻²Pa, destillationstemperatur 600–650°C;
• Kondensatorzonetemperatur: 200–250°C, Te dampkondenseringseffektivitet ≥95% ;
• Destillationstid: 8–12 timer, enkelt batchkapacitet ≤50 kg .
• ‌Urenhedsfordeling‌: Lavtkogende urenheder (Se, S) samler sig ved kondensatorens front; højtkogende urenheder (Pb, Ag) forbliver i resterne.
• ‌Forholdsregler‌: Forpump vakuumsystemet til ≤5×10⁻³Pa før opvarmning for at forhindre Te-oxidation.

III. Krystalvækst (retningsbestemt krystallisering)‌

1. ‌Udstyrskonfiguration‌

• ‌Krystalvækstovnsmodeller‌: TDR-70A/B (30 kg kapacitet) eller TRDL-800 (60 kg kapacitet) ;
• Digelmateriale: Grafit med høj renhed (askeindhold ≤5 ppm), dimensioner Φ300×400mm ;
• Opvarmningsmetode: Grafitmodstandsopvarmning, maksimal temperatur 1200°C.

1. ‌Proces parametre‌

• ‌Smeltekontrol:
• Smeltetemperatur: 500–520°C, smeltebassin dybde 80–120 mm ;
• Beskyttelsesgas: Ar (renhed ≥99,999%), flowhastighed 10–15 L/min.
• ‌Krystallisationsparametre:
• Trækhastighed: 1–3 mm/t, krystalrotationshastighed 8–12 o/min;
• Temperaturgradient: Aksial 30–50°C/cm, radial ≤10°C/cm ;
• Kølemetode: Vandkølet kobberbase (vandtemperatur 20–25°C), topstrålingskøling.

1. ‌Urenhedskontrol‌

• ‌Segregationseffekt‌: Urenheder som Fe, Ni (segregationskoefficient <0,1) akkumuleres ved korngrænser;
• ‌Omsmeltningscyklusser‌: 3-5 cyklusser, endelige samlede urenheder ≤0,1 ppm.

1. ‌Forholdsregler:

• Dæk smelteoverfladen med grafitplader for at undertrykke Te-fordampning (tabsrate ≤0,5%);
• Overvåg krystaldiameter i realtid ved hjælp af lasermålere (nøjagtighed ±0,1 mm);
• Undgå temperatursvingninger >±2°C for at forhindre stigning i dislokationstætheden (mål ≤10³/cm²).

IV. Kvalitetsinspektion og nøglemålinger‌

V. Miljø- og sikkerhedsprotokoller

1. ‌Udstødningsgasbehandling:

• Ristningsudstødning: Neutraliser SO₂ og SeO₂ med NaOH-scrubbere (pH≥10);
• Vakuumdestillationsudstødning: Kondenser og genvind Te-damp; restgasser adsorberet via aktivt kul.

1. ‌Slaggenbrug:

• Anodeslim (indeholdende Ag, Au): Genvindes via hydrometallurgi (H2SO4-HCl-system);
• Elektrolyserester (indeholdende Pb, Cu): Retur til kobbersmeltesystemer .

1. ‌Sikkerhedsforanstaltninger:

• Operatører skal bære gasmasker (Damp er giftig); opretholde undertryksventilation (luftudvekslingshastighed ≥10 cyklusser/t).

‌Retningslinjer for procesoptimering‌

1. ‌Råvaretilpasning‌: Juster stegetemperatur og syreforhold dynamisk baseret på anodeslimkilder (f.eks. kobber vs. blysmeltning);
2. ‌Krystaltrækhastighedsmatching‌: Juster trækhastigheden i henhold til smeltekonvektion (Reynolds nummer Re≥2000) for at undertrykke konstitutionel underkøling;
3. ‌Energieffektivitet‌: Brug zoneopvarmning med to temperaturer (hovedzone 500°C, underzone 400°C) for at reducere grafitmodstandens strømforbrug med 30 %.