7N رشد و تصفیه کریستال تلوریوم

7N رشد و تصفیه کریستال تلوریوم

من پیش تصفیه مواد اولیه و تصفیه اولیه

1. ‌انتخاب مواد خام و خرد کردن‌

• ‌الزامات مواد‌: از سنگ معدن تلوریوم یا لجن آند (محتوای Te ≥5%)، ترجیحاً از لجن آند ذوب مس (حاوی Cu2Te، Cu2Se) به عنوان ماده خام استفاده کنید.
• ‌فرآیند پیش تصفیه:
• خرد کردن درشت تا اندازه ذرات ≤5 میلی متر و به دنبال آن آسیاب گلوله ای تا مش ≤200.
• جداسازی مغناطیسی (شدت میدان مغناطیسی ≥0.8T) برای حذف آهن، نیکل و سایر ناخالصی های مغناطیسی.
• فلوتاسیون کف (pH=8-9، کلکتورهای زانتات) برای جداسازی SiO2، CuO و سایر ناخالصی های غیر مغناطیسی.
• ‌موارد احتیاط‌: از وارد کردن رطوبت در هنگام پیش تصفیه مرطوب خودداری کنید (نیاز به خشک کردن قبل از برشته کردن دارد). رطوبت محیط ≤30% را کنترل کنید.

1. ‌بو دادن و اکسیداسیون پیرومتالورژیکی‌

• ‌پارامترهای فرآیند:
• دمای بو دادن اکسیداسیون: 350-600 درجه سانتیگراد (کنترل مرحله‌ای: دمای پایین برای گوگردزدایی، دمای بالا برای اکسیداسیون).
• زمان برشته کردن: 6-8 ساعت، با سرعت جریان O2 5-10 L/min.
• معرف: اسید سولفوریک غلیظ (98% H2SO4)، نسبت جرمی Te2SO4 = 1:1.5.
• ‌واکنش شیمیایی:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2Te+2O2+2H2​SO4​→2CuSO4+TeO2​+2H2​O
• ‌موارد احتیاط‌: کنترل دمای ≤600 درجه سانتیگراد برای جلوگیری از تبخیر TeO2 (نقطه جوش 387 درجه سانتیگراد). گازهای خروجی را با اسکرابرهای NaOH تصفیه کنید.

II. پالایش الکتریکی و تقطیر خلاء

1. ‌پالایش الکتریکی‌

• ‌سیستم الکترولیت:
• ترکیب الکترولیت: H2SO4 (80-120g/L)، TeO2 (40-60g/L)، افزودنی (ژلاتین 0.1-0.3g/L)؛
• کنترل دما: 30-40 درجه سانتیگراد، سرعت جریان گردش 1.5-2 m³/h.
• ‌پارامترهای فرآیند:
• چگالی جریان: 100-150 A/m²، ولتاژ سلول 0.2-0.4V.
• فاصله الکترود: 80-120 میلی متر، ضخامت رسوب کاتد 2-3 میلی متر / 8 ساعت.
• راندمان حذف ناخالصی: Cu ≤5ppm، Pb ≤1ppm.
• ‌موارد احتیاط‌: الکترولیت را به طور منظم فیلتر کنید (دقت ≤1μm)؛ سطوح آند را به صورت مکانیکی جلا دهید تا از غیرفعال شدن جلوگیری شود.

1. ‌تقطیر خلاء‌

• ‌پارامترهای فرآیند:
• سطح خلاء: ≤1×10-2Pa، دمای تقطیر 600-650 درجه سانتیگراد.
• دمای منطقه کندانسور: 200-250 درجه سانتی گراد، راندمان تراکم بخار Te ≥95٪.
• زمان تقطیر: 8 تا 12 ساعت، ظرفیت تک دسته ای ≤50 کیلوگرم.
• ‌توزیع ناخالصی‌: ناخالصی‌های کم جوش (Se, S) در قسمت جلوی کندانسور جمع می‌شوند. ناخالصی های با جوش بالا (Pb, Ag) در باقی مانده ها باقی می مانند.
• ‌موارد احتیاط‌: قبل از گرم کردن، سیستم خلاء را تا ≤5×10-3Pa پمپ کنید تا از اکسیداسیون Te جلوگیری شود.

III. رشد کریستال (بلورسازی جهت دار).

1. ‌پیکربندی تجهیزات‌

• ‌مدل های کوره رشد کریستال‌: TDR-70A/B (ظرفیت 30 کیلوگرم) یا TRDL-800 (ظرفیت 60 کیلوگرم)؛
• مواد بوته: گرافیت با خلوص بالا (محتوای خاکستر ≤5ppm)، ابعاد Φ300×400mm.
• روش گرمایش: گرمایش با مقاومت گرافیت، حداکثر دما 1200 درجه سانتیگراد.

1. ‌پارامترهای فرآیند‌

• ‌کنترل ذوب:
• دمای ذوب: 500-520 درجه سانتیگراد، عمق حوضچه ذوب 80-120 میلی متر.
• گاز محافظ: Ar (خلوص ≥99.999٪)، سرعت جریان 10-15 L/min.
• ‌پارامترهای کریستالیزاسیون:
• سرعت کشش: 1-3mm/h، سرعت چرخش کریستال 8-12rpm.
• گرادیان دما: محوری 30-50 درجه سانتی گراد/سانتی متر، شعاعی ≤10 درجه سانتی گراد/سانتی متر؛
• روش خنک کننده: پایه مسی خنک شده با آب (دمای آب 20-25 درجه سانتیگراد)، خنک کننده تابشی بالا.

1. ‌کنترل ناخالصی‌

• ‌اثر تفکیک‌: ناخالصی‌هایی مانند آهن، نیکل (ضریب تفکیک <0.1) در مرز دانه‌ها انباشته می‌شوند.
• ‌چرخه های ذوب مجدد‌: 3-5 سیکل، ناخالصی‌های نهایی ≤0.1ppm.

1. ‌موارد احتیاط:

• سطح مذاب را با صفحات گرافیتی بپوشانید تا تبخیر Te را سرکوب کنید (نرخ تلفات ≤0.5%).
• قطر کریستال را در زمان واقعی با استفاده از گیج های لیزری (دقت ± 0.1 میلی متر) مانیتور کنید.
• برای جلوگیری از افزایش چگالی نابجایی (هدف ≤10³/cm²) از نوسانات دما > ± 2 درجه سانتیگراد اجتناب کنید.

IV. بازرسی کیفیت و معیارهای کلیدی

V. پروتکل های زیست محیطی و ایمنی

1. ‌تصفیه گاز اگزوز:

• اگزوز بو دادن: SO2 و SeO2 را با اسکرابرهای NaOH (pH≥10) خنثی کنید.
• اگزوز تقطیر خلاء: بخار Te را متراکم و بازیابی کنید. گازهای باقی مانده از طریق کربن فعال جذب می شوند.

1. ‌بازیافت سرباره:

• لجن آند (حاوی نقره، طلا): بازیابی از طریق هیدرومتالورژی (سیستم H2SO4-HCl).
• باقیمانده های الکترولیز (حاوی سرب، مس): بازگشت به سیستم های ذوب مس.

1. ‌اقدامات ایمنی:

• اپراتورها باید از ماسک گاز استفاده کنند (بخار Te سمی است). تهویه فشار منفی (نرخ تبادل هوا ≥10 سیکل در ساعت) را حفظ کنید.

رهنمودهای بهینه سازی فرآیند

1. ‌سازگاری با مواد خام‌: دمای بو دادن و نسبت اسید را به صورت دینامیکی بر اساس منابع لجن آند تنظیم کنید (مثلاً مس در مقابل ذوب سرب).
2. ‌تطبیق نرخ کشش کریستال‌: سرعت کشش را بر اساس همرفت مذاب تنظیم کنید (عدد رینولدز Re≥2000) برای سرکوب فوق خنک‌کننده اصلی.
3. ‌بهره وری انرژی‌: از گرمایش منطقه دو درجه حرارت (منطقه اصلی 500 درجه سانتیگراد، منطقه فرعی 400 درجه سانتیگراد) برای کاهش مصرف برق مقاومت گرافیت تا 30٪ استفاده کنید.