Crecemento e purificación do cristal de teluro 7N

Crecemento e purificación do cristal de teluro 7N

eu. Pretratamento de materias primas e purificación preliminar‌

1. ‌Selección de materias primas e trituración‌

• ‌Requisitos materiais‌: Use mineral de telurio ou lodo de ánodo (contido de Te ≥5%), preferentemente lodo de ánodo de fundición de cobre (que conteña Cu₂Te, Cu₂Se) como materia prima.
• ‌Proceso de pretratamento‌:
• Trituración grosa ata un tamaño de partícula ≤ 5 mm, seguido de fresado de bolas a malla ≤ 200;
• Separación magnética (intensidade do campo magnético ≥0,8T) para eliminar Fe, Ni e outras impurezas magnéticas;
• Flotación de espuma (pH=8-9, colectores de xantato) para separar SiO₂, CuO e outras impurezas non magnéticas.
• ‌Precaucións‌: Evite introducir humidade durante o pretratamento húmido (require secado antes do asado); controlar a humidade ambiental ≤30%.

1. ‌Tostadura e oxidación pirometalúrxica‌

• ‌Parámetros do proceso‌:
• Temperatura de tostado de oxidación: 350–600 °C (control por etapas: baixa temperatura para a desulfuración, alta temperatura para a oxidación);
• Tempo de asado: 6-8 horas, cun caudal de O₂ de 5-10 l/min;
• Reactivo: ácido sulfúrico concentrado (98% H₂SO₄), relación de masa Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Reacción Química‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Precaucións‌: Controla a temperatura ≤600°C para evitar a volatilización do TeO₂ (punto de ebulición 387°C); tratar os gases de escape con lavadores de NaOH.

II. Electrorefinación e destilación ao baleiro

1. ‌Electrorefinación‌

• ‌Sistema electrolítico‌:
• Composición de electrolitos: H₂SO₄ (80-120 g/L), TeO₂ (40-60 g/L), aditivo (xelatina 0,1-0,3 g/L);
• Control de temperatura: 30–40 °C, caudal de circulación 1,5–2 m³/h.
• ‌Parámetros do proceso‌:
• Densidade de corrente: 100–150 A/m², tensión da cela 0,2–0,4V;
• Espazamento entre electrodos: 80-120 mm, espesor de deposición do cátodo 2-3 mm/8h;
• Eficiencia de eliminación de impurezas: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Precaucións‌: Filtra regularmente o electrólito (precisión ≤1μm); pulir mecánicamente as superficies dos ánodos para evitar a pasivación.

1. ‌Destilación ao baleiro‌

• ‌Parámetros do proceso‌:
• Nivel de baleiro: ≤1×10⁻²Pa, temperatura de destilación 600–650 °C;
• Temperatura da zona do condensador: 200–250 °C, eficiencia de condensación de vapor de Te ≥95% ;
• Tempo de destilación: 8–12 h, capacidade dun só lote ≤50 kg.
• ‌Distribución de impurezas‌: As impurezas de baixo punto de ebulición (Se, S) acumúlanse na fronte do condensador; impurezas de alto punto de ebulición (Pb, Ag) permanecen nos residuos.
• ‌Precaucións‌: sistema de baleiro de prebomba a ≤5×10⁻³Pa antes de quentar para evitar a oxidación do Te.

III. Crecemento cristalino (cristalización direccional).

1. ‌Configuración de equipos‌

• ‌Modelos de fornos de crecemento de cristal‌: TDR-70A/B (capacidade 30 kg) ou TRDL-800 (capacidade 60 kg);
• Material do crisol: grafito de alta pureza (contido de cinzas ≤5 ppm), dimensións Φ300×400mm;
• Método de quecemento: quentamento con resistencia de grafito, temperatura máxima 1200 °C.

1. ‌Parámetros do proceso‌

• ‌Control de fusión‌:
• Temperatura de fusión: 500–520 °C, profundidade do baño de fusión 80–120 mm;
• Gas protector: Ar (pureza ≥99,999%), caudal 10–15 l/min.
• ‌Parámetros de cristalización‌:
• Velocidade de tracción: 1–3 mm/h, velocidade de rotación do cristal 8–12 rpm;
• Gradiente de temperatura: axial 30–50 °C/cm, radial ≤10 °C/cm ;
• Método de arrefriamento: base de cobre refrixerado por auga (temperatura da auga 20–25 °C), arrefriamento radiativo superior.

1. ‌Control de impurezas‌

• ‌Efecto Segregación‌: As impurezas como Fe, Ni (coeficiente de segregación <0,1) acumúlanse nos límites dos grans;
• ‌Ciclos de Refusión‌: 3–5 ciclos, impurezas totais finais ≤0,1 ppm.

1. ‌Precaucións‌:

• Cubra a superficie de fusión con placas de grafito para suprimir a volatilización do Te (taxa de perda ≤0,5%);
• Monitoriza o diámetro do cristal en tempo real usando medidores láser (precisión ± 0,1 mm);
• Evite as flutuacións de temperatura >±2 °C para evitar o aumento da densidade de luxación (obxectivo ≤10³/cm²).

IV. Inspección de calidade e métricas clave‌

V. Protocolos de seguridade e medio ambiente

1. ‌Tratamento de gases de escape‌:

• Escape de tostado: neutralizar SO₂ e SeO₂ con lavadores de NaOH (pH≥10);
• Escape de destilación ao baleiro: condensa e recupera o vapor de Te; gases residuais adsorbidos mediante carbón activado.

1. ‌Reciclaxe de escorias‌:

• Lomo ánodo (que contén Ag, Au): Recuperación mediante hidrometalurxia (sistema H₂SO₄-HCl);
• Residuos de electrólise (que conteñen Pb, Cu): Retorno aos sistemas de fundición de cobre.

1. ‌Medidas de seguridade‌:

• Os operadores deben levar máscaras antigás (o vapor de Te é tóxico); manter a ventilación a presión negativa (taxa de cambio de aire ≥10 ciclos/h).

Directrices de optimización de procesos

1. ‌Adaptación de materias primas‌: Axuste a temperatura de tostado e a proporción de ácidos dinámicamente en función das fontes de lodo ánodo (por exemplo, fundición de cobre fronte a chumbo);
2. ‌Coincidencia da taxa de extracción de cristal‌: Axuste a velocidade de tracción segundo a convección de fusión (número de Reynolds Re≥2000) para suprimir o superenfriamento constitucional;
3. ‌Eficiencia Enerxética‌: Use calefacción por zonas de dobre temperatura (zona principal 500 °C, subzona 400 °C) para reducir o consumo de enerxía da resistencia de grafito nun 30 %.