Groei en zuivering van 7N Telluriumkristallen

Groei en zuivering van 7N Telluriumkristallen

I. Voorbehandeling en voorafgaande zuivering van grondstoffen

1. ‌Selectie en breken van grondstoffen‌

• ‌Materiaalvereisten‌: Gebruik telluriumerts of anodeslijm (Te-gehalte ≥ 5%), bij voorkeur kopersmeltanodelijm (bevat Cu₂Te, Cu₂Se) als grondstof.
• ‌Voorbehandelingsproces‌:
• Grof breken tot deeltjesgrootte ≤ 5 mm, gevolgd door kogelmalen tot ≤ 200 mesh;
• Magnetische scheiding (magnetische veldsterkte ≥0,8T) om Fe, Ni en andere magnetische onzuiverheden te verwijderen;
• Schuimflotatie (pH=8-9, xanthaatcollectoren) om SiO₂, CuO en andere niet-magnetische onzuiverheden te scheiden.
• ‌Voorzorgsmaatregelen‌: Vermijd het toevoegen van vocht tijdens de natte voorbehandeling (vereist droging vóór het roosteren); controleer de omgevingsvochtigheid ≤30%.

1. ‌Pyrometallurgisch roosteren en oxidatie‌

• ‌Procesparameters‌:
• Oxidatie-roosttemperatuur: 350–600°C (gefaseerde controle: lage temperatuur voor ontzwaveling, hoge temperatuur voor oxidatie);
• Roostertijd: 6–8 uur, met een O₂-stroom van 5–10 L/min;
• Reagens: Geconcentreerd zwavelzuur (98% H₂SO₄), massaverhouding Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Chemische reactie‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Voorzorgsmaatregelen‌: Controleer de temperatuur ≤600°C om TeO₂-vervluchtiging te voorkomen (kookpunt 387°C); behandel rookgassen met NaOH-wassers.

‌II. Elektro-raffinage en vacuümdestillatie‌

1. ‌Elektrolytisch raffineren‌

• ‌Elektrolytensysteem‌:
• Elektrolytsamenstelling: H₂SO₄ (80–120 g/l), TeO₂ (40–60 g/l), additief (gelatine 0,1–0,3 g/l);
• Temperatuurregeling: 30–40°C, circulatiestroom 1,5–2 m³/u.
• ‌Procesparameters‌:
• Stroomdichtheid: 100–150 A/m², celspanning 0,2–0,4 V;
• Elektrode-afstand: 80–120 mm, kathode-afzettingsdikte 2–3 mm/8 uur;
• Efficiëntie van verwijdering van onzuiverheden: Cu ≤5 ppm, Pb ≤1 ppm.
• ‌Voorzorgsmaatregelen‌: Filter de elektrolyt regelmatig (nauwkeurigheid ≤1 μm); polijst de anodeoppervlakken mechanisch om passivering te voorkomen.

1. ‌Vacuümdestillatie‌

• ‌Procesparameters‌:
• Vacuümniveau: ≤1×10⁻²Pa, destillatietemperatuur 600–650°C;
• Temperatuur van de condensorzone: 200–250°C, Te-dampcondensatie-efficiëntie ≥95%;
• Destillatietijd: 8–12 uur, capaciteit van één batch ≤50 kg.
• ‌Verdeling van onzuiverheden‌: Laagkokende onzuiverheden (Se, S) verzamelen zich aan de voorkant van de condensor; hoogkokende onzuiverheden (Pb, Ag) blijven in de residuen achter.
• ‌Voorzorgsmaatregelen‌: Pomp het vacuümsysteem voor tot ≤5×10⁻³Pa vóór het verwarmen om Te-oxidatie te voorkomen.

‌III. Kristalgroei (gerichte kristallisatie)‌

1. ‌Apparatuurconfiguratie‌

• ‌Kristalgroeiovenmodellen‌: TDR-70A/B (capaciteit 30 kg) of TRDL-800 (capaciteit 60 kg);
• Materiaal van de kroes: grafiet met hoge zuiverheid (asgehalte ≤5 ppm), afmetingen Φ300×400mm;
• Verwarmingsmethode: Grafietweerstandsverwarming, maximale temperatuur 1200°C.

1. ‌Procesparameters‌

• ‌Smeltcontrole‌:
• Smelttemperatuur: 500–520°C, smeltpoeldiepte 80–120mm;
• Beschermgas: Ar (zuiverheid ≥99,999%), stroomsnelheid 10–15 L/min.
• ‌Kristallisatieparameters‌:
• Treksnelheid: 1–3 mm/u, kristalrotatiesnelheid 8–12 tpm;
• Temperatuurgradiënt: axiaal 30–50°C/cm, radiaal ≤10°C/cm;
• Koelmethode: Watergekoelde koperen basis (watertemperatuur 20–25°C), bovenste stralingskoeling.

1. ‌Onzuiverheidscontrole‌

• ‌Segregatie-effect‌: Onzuiverheden zoals Fe, Ni (segregatiecoëfficiënt <0,1) hopen zich op aan korrelgrenzen;
• ‌Smeltcycli‌: 3–5 cycli, totale uiteindelijke onzuiverheden ≤0,1 ppm.

1. ‌Voorzorgsmaatregelen‌:

• Bedek het smeltoppervlak met grafietplaten om Te-vervluchtiging te onderdrukken (verliespercentage ≤0,5%);
• Controleer de kristaldiameter in realtime met behulp van lasermeters (nauwkeurigheid ±0,1 mm);
• Vermijd temperatuurschommelingen >±2°C om toename van de dislocatiedichtheid te voorkomen (doel ≤10³/cm²).

IV. Kwaliteitscontrole en belangrijkste meetgegevens

‌V. Milieu- en veiligheidsprotocollen‌

1. ‌Uitlaatgasbehandeling‌:

• Roosterafzuiging: Neutraliseer SO₂ en SeO₂ met NaOH-wassers (pH≥10);
• Uitlaatgassen van vacuümdestillatie: condenseren en terugwinnen van Te-damp; restgassen worden geadsorbeerd via actieve kool.

1. ‌Slakkenrecycling‌:

• Anode slijm (bevat Ag, Au): Terugwinnen via hydrometallurgie (H₂SO₄-HCl systeem);
• Elektrolyseresten (bevatten Pb, Cu): Terug naar kopersmeltsystemen.

1. ‌Veiligheidsmaatregelen‌:

• Operators moeten gasmaskers dragen (de damp is giftig) en moeten ventilatie met negatieve druk handhaven (luchtverversingssnelheid ≥ 10 cycli/u).

Richtlijnen voor procesoptimalisatie

1. ‌Aanpassing van grondstoffen‌: Pas de roosttemperatuur en de zuurverhouding dynamisch aan op basis van de anodeslijmbronnen (bijv. koper- versus loodsmelterijen);
2. ‌Kristaltreksnelheidsaanpassing‌: Pas de treksnelheid aan op basis van de smeltconvectie (Reynolds-getal Re≥2000) om constitutionele onderkoeling te onderdrukken;
3. ‌Energie-efficiëntie‌: Gebruik verwarming met twee temperatuurzones (hoofdzone 500°C, subzone 400°C) om het energieverbruik voor grafietweerstand met 30% te verminderen.