7N telluurikristallide kasvatamine ja puhastamine

Uudised

7N telluurikristallide kasvatamine ja puhastamine

7N telluurikristallide kasvatamine ja puhastamine


mina. Tooraine eeltöötlemine ja eelpuhastus‌

  1. Tooraine valik ja purustamine
  • Materjalinõuded‌: Kasutage toorainena telluurimaaki või anoodlima (Te sisaldus ≥5%), eelistatavalt vasesulatusanoodi lima (sisaldab Cu₂Te, Cu₂Se).
  • Eeltöötlusprotsess‌:
  • Jäme purustamine osakeste suuruseni ≤5 mm, millele järgneb kuuljahvatamine kuni ≤200 võrgusilmani;
  • Magneteraldus (magnetvälja intensiivsus ≥0,8T) Fe, Ni ja muude magnetlisandite eemaldamiseks;
  • Vahuflotatsioon (pH = 8-9, ksantaadi kollektorid), et eraldada SiO₂, CuO ja muud mittemagnetilised lisandid.
  • Ettevaatusabinõud‌: Vältige niiskuse sattumist märg-eeltöötluse ajal (nõuab kuivatamist enne röstimist); reguleerida õhuniiskust ≤30% .
  1. Pürometallurgiline röstimine ja oksüdeerimine
  • Protsessi parameetrid‌:
  • Oksüdatsiooni röstimise temperatuur: 350–600°C (astmeline kontroll: madal temperatuur väävlitustamiseks, kõrge temperatuur oksüdatsiooniks);
  • Röstimisaeg: 6–8 tundi, O₂ voolukiirusega 5–10 l/min;
  • Reaktiiv: kontsentreeritud väävelhape (98% H2SO4), massisuhe Te2SO4 = 1:1,5.
  • Keemiline reaktsioon‌:
    Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2O
  • Ettevaatusabinõud‌: kontrolltemperatuur ≤600°C, et vältida TeO₂ lendumist (keemistemperatuur 387°C); töödelda heitgaase NaOH pesuritega .

II. Elektrorafineerimine ja vaakumdestilleerimine‌

  1. Elektrorafineerimine
  • Elektrolüütide süsteem‌:
  • Elektrolüüdi koostis: H₂SO₂ (80-120g/L), TeO₂ (40-60g/L), lisaaine (želatiin 0,1-0,3g/L) ;
  • Temperatuuri reguleerimine: 30–40°C, tsirkulatsiooni voolukiirus 1,5–2 m³/h.
  • Protsessi parameetrid‌:
  • Voolutihedus: 100-150 A/m², elemendi pinge 0,2-0,4V ;
  • Elektroodide vahekaugus: 80–120 mm, katoodsadestamise paksus 2–3 mm/8h ;
  • Lisandite eemaldamise efektiivsus: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
  • Ettevaatusabinõud‌: regulaarselt filtreerida elektrolüüti (täpsus ≤1μm); passiveerumise vältimiseks poleerige anoodipinnad mehaaniliselt.
  1. Vaakumdestilleerimine
  • Protsessi parameetrid‌:
  • Vaakumi tase: ≤1×10⁻²Pa, destilleerimistemperatuur 600–650°C ;
  • Kondensaatoritsooni temperatuur: 200–250°C, Te auru kondensatsiooni efektiivsus ≥95% ;
  • Destilleerimisaeg: 8–12 tundi, ühe partii maht ≤50 kg.
  • Lisandite jaotumine‌: madala keemistemperatuuriga lisandid (Se, S) kogunevad kondensaatori esiossa; kõrge keemistemperatuuriga lisandid (Pb, Ag) jäävad jääkidele .
  • Ettevaatusabinõud‌: Eelpumba vaakumsüsteem ≤5×10⁻³Pa enne kuumutamist, et vältida Te oksüdeerumist.

III. Kristallide kasv (suunaline kristalliseerumine)‌

  1. Seadmete konfiguratsioon
  • Kristallkasvuahjude mudelid‌: TDR-70A/B (mahutavus 30 kg) või TRDL-800 (mahutavus 60 kg);
  • Tiigli materjal: Kõrge puhtusastmega grafiit (tuhasisaldus ≤5ppm), mõõtmed Φ300×400mm ;
  • Kuumutamisviis: Grafiittakistuskuumutus, maksimaalne temperatuur 1200°C .
  1. Protsessi parameetrid
  • Sulamiskontroll‌:
  • Sulamistemperatuur: 500–520°C, sulamisbasseini sügavus 80–120mm ;
  • Kaitsegaas: Ar (puhtus ≥99,999%), voolukiirus 10–15 L/min .
  • Kristallisatsiooni parameetrid‌:
  • Tõmbekiirus: 1-3mm/h, kristallide pöörlemiskiirus 8-12rpm ;
  • Temperatuurigradient: aksiaalne 30–50°C/cm, radiaalne ≤10°C/cm ;
  • Jahutusmeetod: Vesijahutusega vasest alus (vee temperatuur 20–25°C), pealmine kiirgusjahutus .
  1. Lisandite kontroll
  • Segregatsiooniefekt‌: lisandid nagu Fe, Ni (eraldustegur <0,1) kogunevad tera piiridele;
  • Ümbersulatustsüklid‌: 3–5 tsüklit, lõplikud lisandid ≤0,1 ppm.
  1. Ettevaatusabinõud‌:
  • Katke sulamispind grafiitplaatidega, et pärssida Te lendumist (kaokiirus ≤0,5%);
  • Jälgige kristallide läbimõõtu reaalajas lasermõõturite abil (täpsus ±0,1 mm);
  • Vältige temperatuurikõikumisi >±2°C, et vältida dislokatsiooni tiheduse suurenemist (eesmärk ≤10³/cm²).

IV. Kvaliteedikontroll ja põhimõõdikud‌

Testitav element

Standardväärtus

Katsemeetod

Allikas

Puhtus

≥99,99999% (7N)

ICP-MS

Kokku metallilised lisandid

≤0,1 ppm

GD-MS (hõõgumislahenduse massispektromeetria)

Hapnikusisaldus

≤5 ppm

Inertgaasi fusioon-IR neeldumine

Kristalli terviklikkus

Dislokatsiooni tihedus ≤10³/cm²

Röntgeni topograafia

Takistus (300K)

0,1–0,3Ω·cm

Nelja sondi meetod


V. Keskkonna- ja ohutusprotokollid

  1. Heitgaaside töötlemine‌:
  • Röstimise heitgaas: neutraliseerida SO₂ ja SeO₂ NaOH pesuritega (pH≥10);
  • Vaakumdestilleerimise heitgaas: kondenseerige ja eraldage Te aur; aktiivsöe kaudu adsorbeeritud jääkgaasid .
  1. Räbu taaskasutamine‌:
  • Anoodlima (sisaldab Ag-d, Au-d): taastamine hüdrometallurgia abil (H2SO₄-HCl süsteem);
  • Elektrolüüsi jäägid (sisaldavad Pb, Cu): Tagasi vase sulatussüsteemidesse.
  1. Ohutusmeetmed‌:
  • Operaatorid peavad kandma gaasimaske (Te aur on mürgine); säilitada alarõhuga ventilatsioon (õhuvahetuskiirus ≥10 tsüklit/h) .

Protsessi optimeerimise juhised

  1. Tooraine kohandamine‌: reguleerige röstimistemperatuuri ja happesuhet dünaamiliselt anoodlima allikate põhjal (nt vase vs plii sulatamine);
  2. Kristalli tõmbekiiruse sobitamine‌: reguleerige tõmbekiirust vastavalt sulamiskonvektsioonile (Reynoldsi arv Re≥2000), et pärssida põhiseaduslikku ülejahutust;
  3. Energiatõhusus‌: kasutage kahe temperatuuriga tsooniga kütmist (põhitsoon 500 °C, alamtsoon 400 °C), et vähendada grafiiditakistusega energiatarbimist 30% võrra.

Postitusaeg: 24. märts 2025