7N telūro kristalų auginimas ir valymas

7N telūro kristalų auginimas ir valymas

aš. Žaliavų pirminis apdorojimas ir pirminis valymas‌

1. ‌Žaliavų parinkimas ir smulkinimas‌

• ‌Reikalavimai medžiagai‌: Kaip žaliavą naudokite telūro rūdą arba anodo dumblas (Te kiekis ≥5%), geriausia vario lydymo anodo dumblas (kurių sudėtyje yra Cu2Te, Cu₂Se).
• ‌Pirminio apdorojimo procesas‌:
• Grubus smulkinimas iki dalelių dydžio ≤5 mm, po to rutulinis frezavimas iki ≤200 akių dydžio;
• Magnetinis atskyrimas (magnetinio lauko intensyvumas ≥0,8T) Fe, Ni ir kitoms magnetinėms priemaišoms pašalinti;
• Putų flotacija (pH = 8-9, ksantato kolektoriai), siekiant atskirti SiO₂, CuO ir kitas nemagnetines priemaišas.
• ‌Atsargumo priemonės‌: Venkite drėgmės patekimo į šlapio apdorojimo metu (prieš skrudinimą reikia išdžiovinti); kontroliuoti aplinkos drėgmę ≤30 % .

1. ‌Pirometalurginis skrudinimas ir oksidavimas‌

• ‌Proceso parametrai‌:
• Oksidacijos skrudinimo temperatūra: 350–600°C (pakopinis reguliavimas: žema temperatūra desulfuracijai, aukšta temperatūra oksidacijai);
• Skrudinimo laikas: 6–8 valandos, O₂ srautas 5–10 l/min.;
• Reagentas: koncentruota sieros rūgštis (98 % H2SO4), masės santykis Te2SO₄ = 1:1,5.
• ‌Cheminė reakcija‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2​O
• ‌Atsargumo priemonės‌: Kontrolinė temperatūra ≤600°C, kad būtų išvengta TeO₂ išgaravimo (virimo temperatūra 387°C); išmetamąsias dujas valykite NaOH skruberiais .

II. Elektrinis rafinavimas ir vakuuminis distiliavimas

1. ‌Elektrovalymas‌

• ‌Elektrolitų sistema‌:
• Elektrolitų sudėtis: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), priedas (želatina 0,1–0,3 g/L) ;
• Temperatūros valdymas: 30–40°C, cirkuliacijos srautas 1,5–2 m³/val.
• ‌Proceso parametrai‌:
• Srovės tankis: 100-150 A/m², elementų įtampa 0,2-0,4V ;
• Elektrodų atstumas: 80-120mm, katodo nusodinimo storis 2-3mm/8h ;
• Priemaišų šalinimo efektyvumas: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Atsargumo priemonės‌: reguliariai filtruoti elektrolitą (tikslumas ≤1μm); mechaniškai poliruoti anodo paviršius, kad būtų išvengta pasyvavimo.

1. ‌Vakuuminis distiliavimas‌

• ‌Proceso parametrai‌:
• Vakuumo lygis: ≤1×10⁻²Pa, distiliavimo temperatūra 600–650°C ;
• Kondensatoriaus zonos temperatūra: 200–250°C, Te garų kondensacijos efektyvumas ≥95% ;
• Distiliavimo laikas: 8-12h, vienos partijos talpa ≤50kg.
• ‌Priemaišų pasiskirstymas‌: Žemai verdančios priemaišos (Se, S) kaupiasi kondensatoriaus priekyje; aukštos virimo temperatūros priemaišos (Pb, Ag) lieka likučiuose .
• ‌Atsargumo priemonės‌: Vakuuminė sistema prieš siurblį iki ≤5×10⁻³Pa prieš kaitinant, kad būtų išvengta Te oksidacijos.

III. Kristalų augimas (kryptinė kristalizacija)‌

1. ‌Įrangos konfigūracija‌

• ‌Kristalų auginimo krosnių modeliai‌: TDR-70A/B (30 kg talpa) arba TRDL-800 (60 kg talpa);
• Tiglio medžiaga: didelio grynumo grafitas (pelenų kiekis ≤5 ppm), matmenys Φ300×400mm ;
• Šildymo būdas: Atsparus grafitui kaitinimas, maksimali temperatūra 1200°C .

1. ‌Proceso parametrai‌

• ‌Lydymosi kontrolė‌:
• Lydymosi temperatūra: 500-520°C, lydymosi baseino gylis 80-120mm ;
• Apsauginės dujos: Ar (grynumas ≥99,999%), srautas 10-15 L/min .
• ‌Kristalizacijos parametrai‌:
• Tempimo greitis: 1-3mm/h, kristalų sukimosi greitis 8-12rpm ;
• Temperatūros gradientas: ašinis 30–50°C/cm, radialinis ≤10°C/cm ;
• Aušinimo būdas: Vandeniu aušinamas vario pagrindas (vandens temperatūra 20–25°C), viršutinis radiacinis aušinimas.

1. ‌Priemaišų kontrolė‌

• ‌Atskyrimo efektas‌: prie grūdų ribų kaupiasi tokios priemaišos kaip Fe, Ni (segregacijos koeficientas <0,1);
• ‌Perlydymo ciklai‌: 3–5 ciklai, galutinis bendras priemaišų kiekis ≤0,1 ppm.

1. ‌Atsargumo priemonės‌:

• Uždenkite lydalo paviršių grafito plokštelėmis, kad sumažintumėte Te lakavimą (praradimo greitis ≤0,5%);
• Stebėkite kristalo skersmenį realiu laiku naudodami lazerinius matuoklius (tikslumas ±0,1 mm);
• Venkite temperatūros svyravimų >±2°C, kad nepadidėtų dislokacijos tankis (tikslas ≤10³/cm²).

IV. Kokybės tikrinimas ir pagrindinės metrikos‌

V. Aplinkosaugos ir saugos protokolai

1. ‌Išmetamųjų dujų apdorojimas‌:

• Skrudinimo išmetamosios dujos: neutralizuoti SO₂ ir SeO₂ NaOH skruberiais (pH≥10);
• Vakuuminio distiliavimo išmetimas: kondensuoti ir regeneruoti Te garus; likutinės dujos, adsorbuotos per aktyvintąją anglį.

1. ‌Šlako perdirbimas‌:

• Anodo dumblas (sudėtyje yra Ag, Au): regeneravimas naudojant hidrometalurgiją (H2SO₄-HCl sistema);
• Elektrolizės likučiai (turintys Pb, Cu): Grąžinti į vario lydymo sistemas .

1. ‌Saugos priemonės‌:

• Operatoriai privalo dėvėti dujokaukes (Te garai yra toksiški); palaikyti neigiamo slėgio ventiliaciją (oro mainų greitis ≥10 ciklų/val.) .

Proceso optimizavimo gairės

1. ‌Žaliavų pritaikymas‌: dinamiškai reguliuokite skrudinimo temperatūrą ir rūgščių santykį pagal anodo dumblo šaltinius (pvz., vario ir švino lydymą);
2. ‌Kristalų traukimo greičio suderinimas‌: sureguliuokite traukimo greitį pagal lydalo konvekciją (Reynoldso skaičius Re≥2000), kad sumažintumėte konstitucinį peršalimą;
3. ‌Energijos efektyvumas‌: naudokite dviejų temperatūrų zonų šildymą (pagrindinė zona 500°C, subzona 400°C), kad sumažintumėte grafito atsparumo energijos sąnaudas 30 %.