Rast i pročišćavanje kristala 7N telurija

Rast i pročišćavanje kristala 7N telurija

ja Predobrada sirovina i preliminarno pročišćavanje‌

1. ‌Odabir sirovina i drobljenje‌

• ‌Materijalni zahtjevi‌: Kao sirovinu koristite rudaču telura ili anodni mulj (sadržaj Te ≥5%), po mogućnosti anodni mulj za taljenje bakra (koji sadrži Cu₂Te, Cu₂Se).
• ‌Proces predtretmana‌:
• Grubo drobljenje do veličine čestica ≤5 mm, nakon čega slijedi kuglično mljevenje do ≤200 oka;
• Magnetska separacija (intenzitet magnetskog polja ≥0,8T) za uklanjanje Fe, Ni i drugih magnetskih nečistoća;
• Pjenasta flotacija (pH=8-9, kolektori ksantata) za odvajanje SiO₂, CuO i drugih nemagnetskih nečistoća.
• ‌Mjere predostrožnosti‌: Izbjegavajte unošenje vlage tijekom mokre predobrade (zahtijeva sušenje prije pečenja); kontrolirajte vlažnost okoline ≤30%.

1. ‌Pirometalurško prženje i oksidacija‌

• ‌Parametri procesa‌:
• Temperatura oksidacijskog prženja: 350–600°C (stupnjevita kontrola: niska temperatura za odsumporavanje, visoka temperatura za oksidaciju);
• Vrijeme prženja: 6–8 sati, s protokom O₂ od 5–10 L/min;
• Reagens: koncentrirana sumporna kiselina (98% H₂SO₄), maseni omjer Te₂SO4 = 1:1,5.
• ‌Kemijska reakcija‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Mjere predostrožnosti‌: Kontrolna temperatura ≤600°C kako bi se spriječilo isparavanje TeO₂ (vrelište 387°C); obraditi ispušne plinove pročišćivačima NaOH.

II. Elektrorafinacija i vakuumska destilacija‌

1. ‌Elektrorafiniranje‌

• ‌Sustav elektrolita‌:
• Sastav elektrolita: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), aditiv (želatina 0,1–0,3 g/L);
• Kontrola temperature: 30–40°C, cirkulacijski protok 1,5–2 m³/h.
• ‌Parametri procesa‌:
• Gustoća struje: 100–150 A/m², napon ćelije 0,2–0,4 V;
• Razmak elektroda: 80–120 mm, debljina taloženja katode 2–3 mm/8h ;
• Učinkovitost uklanjanja nečistoća: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Mjere predostrožnosti‌: Redovito filtrirajte elektrolit (točnost ≤1μm); mehanički polirati površine anoda kako bi se spriječilo pasiviziranje.

1. ‌Vakuumska destilacija‌

• ‌Parametri procesa‌:
• Razina vakuuma: ≤1×10⁻²Pa, temperatura destilacije 600–650°C;
• Temperatura zone kondenzatora: 200–250°C, Te učinkovitost kondenzacije pare ≥95% ;
• Vrijeme destilacije: 8–12 h, kapacitet pojedinačne šarže ≤50 kg.
• ‌Distribucija nečistoća‌: Nečistoće niskog vrelišta (Se, S) nakupljaju se na prednjoj strani kondenzatora; nečistoće visokog vrelišta (Pb, Ag) ostaju u ostacima.
• ‌Mjere predostrožnosti‌: Prethodno pumpajte vakuumski sustav na ≤5×10⁻³Pa prije zagrijavanja kako biste spriječili oksidaciju Te.

III. Rast kristala (usmjerena kristalizacija)‌

1. ‌Konfiguracija opreme‌

• ‌Modeli peći za rast kristala‌: TDR-70A/B (30 kg kapaciteta) ili TRDL-800 (60 kg kapaciteta) ;
• Materijal lončića: Grafit visoke čistoće (sadržaj pepela ≤5ppm), dimenzije Φ300×400mm ;
• Način grijanja: Grafitno otporno grijanje, maksimalna temperatura 1200°C.

1. ‌Parametri procesa‌

• ‌Kontrola topljenja‌:
• Temperatura taljenja: 500–520°C, dubina bazena taline 80–120 mm;
• Zaštitni plin: Ar (čistoća ≥99,999%), protok 10–15 L/min.
• ‌Parametri kristalizacije‌:
• Brzina izvlačenja: 1–3mm/h, brzina rotacije kristala 8–12rpm;
• Gradijent temperature: aksijalno 30–50°C/cm, radijalno ≤10°C/cm;
• Metoda hlađenja: Bakrena baza hlađena vodom (temperatura vode 20–25°C), gornje hlađenje zračenjem.

1. ‌Kontrola nečistoća‌

• ‌Učinak segregacije‌: Nečistoće poput Fe, Ni (koeficijent segregacije <0,1) nakupljaju se na granicama zrna;
• ‌Ciklusi pretapanja‌: 3–5 ciklusa, konačne ukupne nečistoće ≤0,1 ppm.

1. ‌Mjere predostrožnosti‌:

• Pokrijte površinu taline grafitnim pločama za suzbijanje isparavanja Te (stopa gubitka ≤0,5%);
• Pratite promjer kristala u stvarnom vremenu pomoću laserskih mjerača (točnost ±0,1 mm) ;
• Izbjegavajte fluktuacije temperature >±2°C kako biste spriječili povećanje gustoće dislokacije (cilj ≤10³/cm²).

IV. Provjera kvalitete i ključne metrike‌

V. Protokoli zaštite okoliša i sigurnosti‌

1. ‌Obrada ispušnih plinova‌:

• Ispuh pečenja: Neutralizirajte SO₂ i SeO₂ s NaOH pročišćivačima (pH≥10);
• Ispuh vakuumske destilacije: kondenzirati i obnoviti paru; zaostali plinovi adsorbirani preko aktivnog ugljena .

1. ‌Recikliranje troske‌:

• Anodni mulj (sadrži Ag, Au): Oporaviti hidrometalurgijom (sustav H₂SO₄-HCl);
• Ostaci elektrolize (koji sadrže Pb, Cu): Povratak u sustave za taljenje bakra.

1. ‌Sigurnosne mjere‌:

• Operateri moraju nositi plinske maske (Te pare su otrovne); održavati ventilaciju s negativnim tlakom (brzina izmjene zraka ≥10 ciklusa/h) .

‌Smjernice za optimizaciju procesa‌

1. ‌Prilagodba sirovina‌: dinamički prilagodite temperaturu prženja i omjer kiseline na temelju izvora anodnog mulja (npr. taljenje bakra u odnosu na olovo);
2. ‌Usklađivanje brzine izvlačenja kristala‌: Prilagodite brzinu povlačenja prema konvekciji taline (Reynoldsov broj Re≥2000) kako biste suzbili konstitucionalno superhlađenje;
3. ‌Energetska učinkovitost‌: Koristite grijanje s dvostrukom temperaturom zone (glavna zona 500°C, podzona 400°C) kako biste smanjili potrošnju energije otporne na grafit za 30%.