7N telūra kristālu augšana un attīrīšana

7N telūra kristālu augšana un attīrīšana

es. Izejvielu pirmapstrāde un sākotnējā attīrīšana‌

1. ‌Izejvielu atlase un drupināšana‌

• ‌Materiālu prasības‌: Kā izejvielu izmantojiet telūra rūdas vai anoda gļotas (Te saturs ≥5%), vēlams vara kausēšanas anoda gļotas (satur Cu2Te, Cu₂Se).
• ‌Priekšapstrādes process‌:
• Rupja sasmalcināšana līdz daļiņu izmēram ≤5 mm, kam seko lodīšu frēzēšana līdz ≤200 acīm;
• Magnētiskā atdalīšana (magnētiskā lauka intensitāte ≥0,8T), lai noņemtu Fe, Ni un citus magnētiskos piemaisījumus;
• Putu flotācija (pH=8-9, ksantāta kolektori), lai atdalītu SiO₂, CuO un citus nemagnētiskus piemaisījumus.
• ‌Piesardzības pasākumi‌: izvairieties no mitruma iekļūšanas mitrās pirmapstrādes laikā (nepieciešama žāvēšana pirms grauzdēšanas); kontrolēt apkārtējo mitrumu ≤30% .

1. ‌Pirometalurģiskā grauzdēšana un oksidēšana‌

• ‌Procesa parametri‌:
• Oksidācijas grauzdēšanas temperatūra: 350–600°C (pakāpeniska kontrole: zema temperatūra desulfurizācijai, augsta temperatūra oksidēšanai);
• Cepšanas laiks: 6–8 stundas, ar O₂ plūsmas ātrumu 5–10 l/min;
• Reaģents: Koncentrēta sērskābe (98% H₂SO₄), masas attiecība Te2SO₄ = 1:1,5.
• ‌Ķīmiskā reakcija‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2+2H2​SO4→2CuSO4+TeO2+2H2​O
• ‌Piesardzības pasākumi‌: Kontroles temperatūra ≤600°C, lai novērstu TeO₂ iztvaikošanu (viršanas temperatūra 387°C); apstrādājiet izplūdes gāzes ar NaOH skruberiem.

II. Elektrorafinēšana un vakuumdestilācija‌

1. ‌Elektrorafinēšana‌

• ‌Elektrolītu sistēma‌:
• Elektrolītu sastāvs: H₂SO₄ (80-120g/L), TeO₂ (40-60g/L), piedeva (želatīns 0,1-0,3g/L) ;
• Temperatūras kontrole: 30–40°C, cirkulācijas plūsmas ātrums 1,5–2 m³/h.
• ‌Procesa parametri‌:
• Strāvas blīvums: 100-150 A/m², elementa spriegums 0,2-0,4V ;
• Elektrodu atstatums: 80-120mm, katoda nogulsnēšanās biezums 2-3mm/8h ;
• Piemaisījumu noņemšanas efektivitāte: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Piesardzības pasākumi‌: regulāri filtrē elektrolītu (precizitāte ≤1μm); mehāniski pulēt anoda virsmas, lai novērstu pasivāciju.

1. ‌Vakuuma destilācija‌

• ‌Procesa parametri‌:
• Vakuuma līmenis: ≤1×10⁻²Pa, destilācijas temperatūra 600–650°C ;
• Kondensatora zonas temperatūra: 200–250°C, Te tvaika kondensācijas efektivitāte ≥95% ;
• Destilācijas laiks: 8-12h, vienas partijas jauda ≤50kg.
• ‌Piemaisījumu izkliede‌: piemaisījumi ar zemu viršanas temperatūru (Se, S) uzkrājas kondensatora priekšpusē; piemaisījumi ar augstu viršanas temperatūru (Pb, Ag) paliek atliekās.
• ‌Piesardzības pasākumi‌: pirmssūknēšanas vakuuma sistēma līdz ≤5×10⁻³Pa pirms karsēšanas, lai novērstu Te oksidēšanos.

III. Kristālu augšana (virziena kristalizācija)‌

1. ‌Aprīkojuma konfigurācija‌

• ‌Kristālu augšanas krāsns modeļi‌: TDR-70A/B (ietilpība 30 kg) vai TRDL-800 (60 kg ietilpība);
• Tīģeļa materiāls: Augstas tīrības pakāpes grafīts (pelnu saturs ≤5 ppm), izmēri Φ300×400mm ;
• Sildīšanas metode: Grafīta pretestības karsēšana, maksimālā temperatūra 1200°C .

1. ‌Procesa parametri‌

• ‌Kušanas kontrole‌:
• Kušanas temperatūra: 500-520°C, kušanas baseina dziļums 80-120mm ;
• Aizsarggāze: Ar (tīrība ≥99,999%), plūsmas ātrums 10–15 L/min.
• ‌Kristalizācijas parametri‌:
• Vilkšanas ātrums: 1-3mm/h, kristāla rotācijas ātrums 8-12rpm ;
• Temperatūras gradients: Aksiālais 30-50°C/cm, radiālais ≤10°C/cm ;
• Dzesēšanas metode: ar ūdeni dzesēta vara bāze (ūdens temperatūra 20–25°C), augšējā radiācijas dzesēšana.

1. ‌Piemaisījumu kontrole‌

• ‌Segregācijas efekts‌: tādi piemaisījumi kā Fe, Ni (segregācijas koeficients <0,1) uzkrājas pie graudu robežām;
• ‌Pārkausēšanas cikli‌: 3–5 cikli, galīgais kopējais piemaisījumu daudzums ≤0,1 ppm.

1. ‌Piesardzības pasākumi‌:

• Pārklājiet kausējuma virsmu ar grafīta plāksnēm, lai nomāktu Te iztvaikošanu (zaudējumu ātrums ≤0,5%);
• Uzraudzīt kristāla diametru reāllaikā, izmantojot lāzera mērierīces (precizitāte ±0,1 mm);
• Izvairieties no temperatūras svārstībām >±2°C, lai novērstu dislokācijas blīvuma palielināšanos (mērķis ≤10³/cm²).

IV. Kvalitātes pārbaude un galvenie rādītāji‌

V. Vides un drošības protokoli

1. ‌Izplūdes gāzu apstrāde‌:

• Cepšanas izplūde: neitralizēt SO₂ un SeO₂ ar NaOH skruberi (pH≥10);
• Vakuuma destilācijas izplūde: Kondensējiet un atgūstiet Te tvaikus; atlikušās gāzes, kas adsorbētas ar aktivēto ogli.

1. ‌Sārņu pārstrāde‌:

• Anoda gļotas (satur Ag, Au): Atgūst ar hidrometalurģijas palīdzību (H2SO4-HCl sistēma);
• Elektrolīzes atlikumi (satur Pb, Cu): Atgriezties uz vara kausēšanas sistēmām.

1. ‌Drošības pasākumi‌:

• Operatoriem jāvalkā gāzmaskas (Te tvaiki ir toksiski); uzturēt negatīva spiediena ventilāciju (gaisa apmaiņas ātrums ≥10 cikli/h) .

Procesa optimizācijas vadlīnijas

1. ‌Izejvielu pielāgošana‌: dinamiski regulējiet apdedzināšanas temperatūru un skābes attiecību, pamatojoties uz anoda gļotu avotiem (piemēram, vara un svina kausēšana);
2. ‌Kristāla vilkšanas ātruma saskaņošana‌: pielāgojiet vilkšanas ātrumu atbilstoši kausējuma konvekcijai (Reinoldsa skaitlis Re≥2000), lai nomāktu konstitucionālo pārdzesēšanu;
3. ‌Energoefektivitāte‌: izmantojiet divu temperatūru zonu apkuri (galvenā zona 500°C, apakšzona 400°C), lai samazinātu grafīta pretestības enerģijas patēriņu par 30%.