7Ν Ανάπτυξη και Καθαρισμός Κρυστάλλων Τελλουρίου

7Ν Ανάπτυξη και Καθαρισμός Κρυστάλλων Τελλουρίου

ΕΓΩ. Προεπεξεργασία πρώτων υλών και προκαταρκτικός καθαρισμός‌

1. ‌Επιλογή και σύνθλιψη πρώτης ύλης‌

• ‌Απαιτήσεις Υλικών‌: Χρησιμοποιήστε μετάλλευμα τελλουρίου ή λάσπη ανόδου (περιεκτικότητα σε Te ≥5%), κατά προτίμηση λάσπη ανόδου τήξης χαλκού (που περιέχει Cu2Te, Cu2Se) ως πρώτη ύλη.
• ‌Διαδικασία προεπεξεργασίας:
• Χονδρή σύνθλιψη σε μέγεθος σωματιδίων ≤5 mm, ακολουθούμενη από άλεση με σφαίρες έως ≤200 mesh.
• Μαγνητικός διαχωρισμός (ένταση μαγνητικού πεδίου ≥0,8T) για την αφαίρεση Fe, Ni και άλλων μαγνητικών ακαθαρσιών.
• Επίπλευση αφρού (ρΗ=8-9, συλλέκτες ξανθικού) για διαχωρισμό SiO2, CuO και άλλων μη μαγνητικών ακαθαρσιών.
• ‌Προφυλάξεις‌: Αποφύγετε την εισαγωγή υγρασίας κατά την υγρή προεπεξεργασία (απαιτείται στέγνωμα πριν από το ψήσιμο). έλεγχος υγρασίας περιβάλλοντος ≤30% .

1. ‌Πυρομεταλλουργική Καβούρδισμα και Οξείδωση‌

• ‌Παράμετροι διαδικασίας:
• Θερμοκρασία ψησίματος οξείδωσης: 350–600°C (σταδιακός έλεγχος: χαμηλή θερμοκρασία για αποθείωση, υψηλή θερμοκρασία για οξείδωση) ;
• Χρόνος ψησίματος: 6–8 ώρες, με παροχή O2 5–10 L/min.
• Αντιδραστήριο: Συμπυκνωμένο θειικό οξύ (98% H2SO4), αναλογία μάζας Te2SO4 = 1:1,5.
• ‌Χημική Αντίδραση:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Προφυλάξεις‌: Έλεγχος θερμοκρασίας ≤600°C για αποφυγή εξάτμισης TeO2 (σημείο βρασμού 387°C). επεξεργαστείτε τα καυσαέρια με πλυντρίδες NaOH.

II. Ηλεκτροδιύλιση και απόσταξη υπό κενό

1. ‌Ηλεκτροδιύλιση‌

• ‌Σύστημα ηλεκτρολυτών:
• Σύνθεση ηλεκτρολυτών: H2SO4 (80–120 g/L), TeO2 (40–60 g/L), πρόσθετο (ζελατίνη 0,1–0,3 g/L).
• Έλεγχος θερμοκρασίας: 30–40°C, ταχύτητα ροής κυκλοφορίας 1,5–2 m³/h.
• ‌Παράμετροι διαδικασίας:
• Πυκνότητα ρεύματος: 100–150 A/m², τάση κυψέλης 0,2–0,4 V ;
• Διάσταση ηλεκτροδίων: 80–120 mm, πάχος εναπόθεσης καθόδου 2–3 mm/8h.
• Αποδοτικότητα αφαίρεσης ακαθαρσιών: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Προφυλάξεις‌: Φιλτράρετε τακτικά τον ηλεκτρολύτη (ακρίβεια ≤1μm). γυαλίστε μηχανικά τις επιφάνειες ανόδου για να αποτρέψετε την παθητικοποίηση.

1. ‌Απόσταξη υπό κενό‌

• ‌Παράμετροι διαδικασίας:
• Επίπεδο κενού: ≤1×10-²Pa, θερμοκρασία απόσταξης 600–650°C.
• Θερμοκρασία ζώνης συμπυκνωτή: 200–250°C, απόδοση συμπύκνωσης ατμών Te ≥95% ;
• Χρόνος απόσταξης: 8–12 ώρες, χωρητικότητα μίας παρτίδας ≤50kg.
• ‌Κατανομή ακαθαρσιών‌: Ακαθαρσίες χαμηλού βρασμού (Se, S) συσσωρεύονται στο μπροστινό μέρος του συμπυκνωτή. Οι προσμίξεις υψηλού βρασμού (Pb, Ag) παραμένουν στα υπολείμματα.
• ‌Προφυλάξεις‌: Προαντλήστε το σύστημα κενού σε ≤5×10-3Pa πριν από τη θέρμανση για να αποτρέψετε την οξείδωση του Te.

III. Κρυσταλλική Ανάπτυξη (Κατευθυντική Κρυστάλλωση).

1. ‌Διαμόρφωση Εξοπλισμού‌

• ‌Μοντέλα Φούρνων Ανάπτυξης Κρυστάλλων‌: TDR-70A/B (χωρητικότητα 30kg) ή TRDL-800 (χωρητικότητα 60kg)
• Υλικό χωνευτηρίου: Γραφίτης υψηλής καθαρότητας (περιεκτικότητα σε τέφρα ≤5 ppm), διαστάσεις Φ300×400mm ;
• Μέθοδος θέρμανσης: Θέρμανση με αντίσταση γραφίτη, μέγιστη θερμοκρασία 1200°C.

1. ‌Παράμετροι διαδικασίας‌

• ‌Έλεγχος τήξης:
• Θερμοκρασία τήξης: 500–520°C, βάθος πισίνας τήξης 80–120 mm.
• Προστατευτικό αέριο: Ar (καθαρότητα ≥99,999%), παροχή 10–15 L/min .
• ‌Παράμετροι Κρυστάλλωσης:
• Ταχύτητα έλξης: 1–3 mm/h, ταχύτητα περιστροφής κρυστάλλου 8–12 rpm.
• Διαβάθμιση θερμοκρασίας: Αξονική 30–50°C/cm, ακτινική ≤10°C/cm ;
• Μέθοδος ψύξης: Υδροψύκτη χάλκινη βάση (θερμοκρασία νερού 20–25°C), κορυφαία ψύξη με ακτινοβολία .

1. ‌Έλεγχος ακαθαρσιών‌

• ‌Επίδραση διαχωρισμού‌: Προσμίξεις όπως Fe, Ni (συντελεστής διαχωρισμού <0,1) συσσωρεύονται στα όρια των κόκκων.
• ‌Κύκλοι επανατήξης‌: 3–5 κύκλοι, τελικές συνολικές ακαθαρσίες ≤0,1 ppm.

1. ‌Προφυλάξεις:

• Καλύψτε την επιφάνεια του τήγματος με πλάκες γραφίτη για να καταστείλετε την εξάτμιση Te (ποσοστό απώλειας ≤0,5%).
• Παρακολουθήστε τη διάμετρο κρυστάλλου σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας μετρητές λέιζερ (ακρίβεια ±0,1 mm) .
• Αποφύγετε τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας >±2°C για να αποτρέψετε την αύξηση της πυκνότητας της εξάρθρωσης (στόχος ≤10³/cm²).

IV. Επιθεώρηση ποιότητας και βασικές μετρήσεις‌

V. Πρωτόκολλα Περιβάλλοντος και Ασφάλειας

1. ‌Επεξεργασία καυσαερίων:

• Εξάτμιση ψησίματος: Εξουδετερώστε τα SO2 και SeO2 με πλυντρίδες NaOH (pH≥10) .
• Εξάτμιση απόσταξης υπό κενό: Συμπύκνωση και ανάκτηση ατμού Te. υπολειμματικά αέρια που απορροφώνται μέσω ενεργού άνθρακα.

1. ‌Ανακύκλωση σκωρίας:

• Γλάσπη ανόδου (που περιέχει Ag, Au): Ανάκτηση μέσω υδρομεταλλουργίας (σύστημα H2SO4-HCl) ;
• Υπολείμματα ηλεκτρόλυσης (που περιέχουν Pb, Cu): Επιστροφή στα συστήματα τήξης χαλκού.

1. ‌Μέτρα Ασφαλείας:

• Οι χειριστές πρέπει να φορούν μάσκες αερίων (Ο ατμός είναι τοξικός). διατηρήστε τον αερισμό αρνητικής πίεσης (ρυθμός ανταλλαγής αέρα ≥10 κύκλοι/ώρα) .

Οδηγίες Βελτιστοποίησης Διαδικασιών

1. ‌Προσαρμογή πρώτων υλών‌: Ρυθμίστε τη θερμοκρασία ψησίματος και την αναλογία οξέος δυναμικά με βάση τις πηγές λάσπης ανόδου (π.χ. χαλκός έναντι τήξης μολύβδου) .
2. ‌Ταίριασμα ρυθμού έλξης κρυστάλλου‌: Ρυθμίστε την ταχύτητα έλξης σύμφωνα με τη συναγωγή τήξης (αριθμός Reynolds Re≥2000) για να καταστείλετε τη συνταγματική υπερψύξη.
3. ‌Ενεργειακή Απόδοση‌: Χρησιμοποιήστε θέρμανση ζώνης διπλής θερμοκρασίας (κύρια ζώνη 500°C, υποζώνη 400°C) για να μειώσετε την κατανάλωση ισχύος αντίστασης στον γραφίτη κατά 30%.