צמיחה וטיהור קריסטל טלוריום 7N

צמיחה וטיהור קריסטל טלוריום 7N

אֲנִי. טיפול מקדים בחומרי גלם וטיהור מקדים‌

1. ‌בחירת חומרי גלם וריסוק‌

• ‌דרישות חומר‌: השתמש בעפרת טלוריום או ברפש אנודה (תכולת Te ≥5%), רצוי ברפש אנודה להתכת נחושת (המכיל Cu₂Te, Cu₂Se) כחומר גלם.
• ‌תהליך טיפול מקדים:
• ריסוק גס לגודל חלקיקים ≤5 מ"מ, ואחריו כרסום כדורי עד ≤200 רשת;
• הפרדה מגנטית (עוצמת שדה מגנטי ≥0.8T) להסרת Fe, Ni וזיהומים מגנטיים אחרים;
• הצפת קצף (pH=8-9, קולטי קסנטאט) להפרדת SiO₂, CuO וזיהומים לא מגנטיים אחרים.
• ‌אמצעי זהירות‌: הימנע מהחדרת לחות במהלך טיפול מקדים רטוב (דורש ייבוש לפני הצלייה); לשלוט בלחות הסביבה ≤30%.

1. ‌קלייה וחמצון פירומטלורגית‌

• ‌פרמטרים של תהליך:
• טמפרטורת צליית חמצון: 350-600 מעלות צלזיוס (בקרה מדורגת: טמפרטורה נמוכה להסרת גופרית, טמפרטורה גבוהה לחמצון);
• זמן צלייה: 6-8 שעות, עם קצב זרימת O₂ של 5-10 ליטר לדקה;
• מגיב: חומצה גופרתית מרוכזת (98% H₂SO4), יחס מסה Te₂SO₄ = 1:1.5.
• ‌תגובה כימית:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌אמצעי זהירות‌: בקרת טמפרטורת ≤600 מעלות צלזיוס למניעת נדיפות TeO₂ (נקודת רתיחה 387 מעלות צלזיוס); לטפל בגזי פליטה עם מקרצפים של NaOH.

II. זיקוק אלקטרו וזיקוק ואקום‌

1. ‌זיקוק אלקטרו‌

• ‌מערכת אלקטרוליטים:
• הרכב האלקטרוליטים: H₂SO₄ (80-120 גרם/ליטר), TeO₂ (40-60 גרם/ליטר), תוסף (ג'לטין 0.1-0.3 גרם/ליטר);
• בקרת טמפרטורה: 30-40 מעלות צלזיוס, קצב זרימת מחזור 1.5-2 מ"ק לשעה.
• ‌פרמטרים של תהליך:
• צפיפות זרם: 100–150 A/m², מתח תא 0.2–0.4V ;
• מרווח אלקטרודות: 80-120 מ"מ, עובי שקיעת קתודה 2-3 מ"מ/8 שעות;
• יעילות הסרת זיהומים: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌אמצעי זהירות‌: סנן אלקטרוליט באופן קבוע (דיוק ≤1μm); ליטוש מכני משטחי האנודה כדי למנוע פסיביות.

1. ‌זיקוק ואקום‌

• ‌פרמטרים של תהליך:
• רמת ואקום: ≤1×10⁻²Pa, טמפרטורת זיקוק 600-650°C;
• טמפרטורת אזור הקבל: 200-250 מעלות צלזיוס, יעילות עיבוי אדי Te ≥95% ;
• זמן זיקוק: 8-12 שעות, קיבולת אצווה בודדת ≤50 ק"ג.
• ‌חלוקת טומאה‌: זיהומים בעלי רתיחה נמוכה (Se, S) מצטברים בחזית הקבל; זיהומים רותחים גבוהים (Pb, Ag) נשארים בשאריות.
• ‌אמצעי זהירות‌: מערכת ואקום מראש לשאוב ל-≤5×10⁻³Pa לפני החימום כדי למנוע חמצון Te.

III. צמיחת קריסטל (התגבשות כיוונית)‌

1. ‌תצורת ציוד‌

• ‌דגמי תנור צמיחת קריסטל‌: TDR-70A/B (קיבולת 30 ק"ג) או TRDL-800 (קיבולת של 60 ק"ג) ;
• חומר כור היתוך: גרפיט בטוהר גבוה (תכולת אפר ≤5ppm), מידות Φ300×400 מ"מ;
• שיטת חימום: חימום עמידות בגרפיט, טמפרטורה מקסימלית 1200°C.

1. ‌פרמטרים של תהליך‌

• ‌בקרת נמס:
• טמפרטורת התכה: 500-520 מעלות צלזיוס, עומק בריכת ההיתוך 80-120 מ"מ;
• גז מגן: Ar (טוהר ≥99.999%), קצב זרימה 10-15 ליטר לדקה.
• ‌פרמטרי התגבשות:
• קצב משיכה: 1-3 מ"מ/שעה, מהירות סיבוב גביש 8-12 סל"ד;
• שיפוע טמפרטורה: צירי 30-50°C/cm, רדיאלי ≤10°C/cm ;
• שיטת קירור: בסיס נחושת מקורר מים (טמפרטורת מים 20-25 מעלות צלזיוס), קירור קרינתי עליון.

1. ‌בקרת טומאה‌

• ‌אפקט הפרדה‌: זיהומים כמו Fe, Ni (מקדם הפרדה <0.1) מצטברים בגבולות התבואה;
• ‌מחזורי התכה מחדש‌: 3-5 מחזורים, סך כל זיהומים ≤0.1ppm.

1. ‌אמצעי זהירות:

• מכסים את משטח ההמסה בפלטות גרפיט כדי לדכא את נדיפות Te (שיעור אובדן ≤0.5%);
• ניטור קוטר גביש בזמן אמת באמצעות מדי לייזר (דיוק ±0.1 מ"מ);
• הימנע מתנודות טמפרטורה >±2°C כדי למנוע עלייה בצפיפות הנקע (יעד ≤10³/cm²).

IV. בדיקת איכות ומדדי מפתח‌

V. פרוטוקולי סביבה ובטיחות

1. ‌טיפול בגז פליטה:

• פליטת צלייה: נטרל את SO₂ ו-SeO₂ עם מקרצפים של NaOH (pH≥10);
• פליטת זיקוק ואקום: עיבוי ושחזר אדי Te; גזים שיוריים נספגים באמצעות פחם פעיל.

1. ‌מיחזור סלאג:

• רפש אנודה (המכיל Ag, Au): התאוששות באמצעות הידרומטלורגיה (מערכת H₂SO₄-HCl);
• שאריות אלקטרוליזה (המכילות Pb, Cu): חזרה למערכות התכת נחושת.

1. ‌אמצעי בטיחות:

• המפעילים חייבים ללבוש מסכות גז (אדי Te הוא רעיל); לשמור על אוורור בלחץ שלילי (קצב חילופי אוויר ≥10 מחזורים לשעה).

הנחיות לאופטימיזציה של תהליכים

1. ‌התאמת חומרי גלם‌: התאם את טמפרטורת הצלייה ויחס החומצה באופן דינמי על סמך מקורות רפש אנודה (למשל, נחושת לעומת התכת עופרת);
2. ‌התאמת קצב משיכת קריסטל‌: כוונן את מהירות המשיכה לפי הסעת ההמסה (מספר ריינולדס Re≥2000) כדי לדכא קירור-על חוקתי;
3. ‌יעילות אנרגטית‌: השתמש בחימום אזורי בטמפרטורה כפולה (אזור ראשי 500°C, תת-אזור 400°C) כדי להפחית את צריכת החשמל של התנגדות גרפיט ב-30%.