7N telluurikristallide kasvatamine ja puhastamine
mina. Tooraine eeltöötlemine ja eelpuhastus
- 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% .
- 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
- 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.
- 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)
- 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 .
- 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 .
- Lisandite kontroll
- Segregatsiooniefekt: lisandid nagu Fe, Ni (eraldustegur <0,1) kogunevad tera piiridele;
- Ümbersulatustsüklid: 3–5 tsüklit, lõplikud lisandid ≤0,1 ppm.
- 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
- Heitgaaside töötlemine:
- Röstimise heitgaas: neutraliseerida SO₂ ja SeO₂ NaOH pesuritega (pH≥10);
- Vaakumdestilleerimise heitgaas: kondenseerige ja eraldage Te aur; aktiivsöe kaudu adsorbeeritud jääkgaasid .
- Räbu taaskasutamine:
- Anoodlima (sisaldab Ag-d, Au-d): taastamine hüdrometallurgia abil (H2SO₄-HCl süsteem);
- Elektrolüüsi jäägid (sisaldavad Pb, Cu): Tagasi vase sulatussüsteemidesse.
- Ohutusmeetmed:
- Operaatorid peavad kandma gaasimaske (Te aur on mürgine); säilitada alarõhuga ventilatsioon (õhuvahetuskiirus ≥10 tsüklit/h) .
Protsessi optimeerimise juhised
- Tooraine kohandamine: reguleerige röstimistemperatuuri ja happesuhet dünaamiliselt anoodlima allikate põhjal (nt vase vs plii sulatamine);
- Kristalli tõmbekiiruse sobitamine: reguleerige tõmbekiirust vastavalt sulamiskonvektsioonile (Reynoldsi arv Re≥2000), et pärssida põhiseaduslikku ülejahutust;
- Energiatõhusus: kasutage kahe temperatuuriga tsooniga kütmist (põhitsoon 500 °C, alamtsoon 400 °C), et vähendada grafiiditakistusega energiatarbimist 30% võrra.
Postitusaeg: 24. märts 2025