7N telūra kristālu augšana un attīrīšana

Jaunumi

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

Pārbaudes vienums

Standarta vērtība

Pārbaudes metode

Avots

‌Tīrība‌

≥99,99999% (7N)

ICP-MS

‌Kopējie metāliskie piemaisījumi‌

≤0,1 ppm

GD-MS (kvēlizlādes masas spektrometrija)

‌Skābekļa saturs‌

≤5 ppm

Inertās gāzes saplūšanas-IR absorbcija

‌Kristāla integritāte‌

Dislokācijas blīvums ≤10³/cm²

Rentgena topogrāfija

‌Pretestība (300 K)‌

0,1–0,3Ω·cm

Četru zondes metode


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%.

Izsūtīšanas laiks: 24.03.2025