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

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.