7N Tellur krystallvekst og rensing

7N Tellur krystallvekst og rensing

JEG. Råstoffforbehandling og foreløpig rensing‌

1. ‌Råvarevalg og knusing‌

• ‌Materialkrav‌: Bruk tellurmalm eller anodeslim (Te-innhold ≥5%), fortrinnsvis kobbersmelteanodeslim (inneholder Cu₂Te, Cu₂Se) som råmateriale.
• ‌Forbehandlingsprosess:
• Grovknusing til partikkelstørrelse ≤5 mm, etterfulgt av kulemaling til ≤200 mesh;
• Magnetisk separasjon (magnetisk feltintensitet ≥0,8T) for å fjerne Fe, Ni og andre magnetiske urenheter;
• Skumflotasjon (pH=8-9, xantatsamlere) for å separere SiO₂, CuO og andre ikke-magnetiske urenheter.
• ‌Forholdsregler‌: Unngå å tilføre fuktighet under våt forbehandling (krever tørking før steking); kontroller omgivelsesfuktighet ≤30 %.

1. ‌Pyrometallurgisk steking og oksidering‌

• ‌Prosessparametere:
• Oksidasjonssteketemperatur: 350–600°C (trinnvis kontroll: lav temperatur for avsvovling, høy temperatur for oksidasjon);
• Steketid: 6–8 timer, med O₂-strømningshastighet på 5–10 l/min;
• Reagens: Konsentrert svovelsyre (98 % H2SO4), masseforhold Te2S04 = 1:1,5.
• ‌Kjemisk reaksjon:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Forholdsregler‌: Kontroller temperatur ≤600°C for å forhindre fordampning av TeO₂ (kokepunkt 387°C); behandle eksosgass med NaOH-skrubbere.

II. Elektroraffinering og vakuumdestillasjon

1. ‌Elektroraffinering‌

• ‌Elektrolyttsystem:
• Elektrolyttsammensetning: H₂SO4 (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), tilsetningsstoff (gelatin 0,1–0,3 g/L);
• Temperaturkontroll: 30–40°C, sirkulasjonsmengde 1,5–2 m³/t.
• ‌Prosessparametere:
• Strømtetthet: 100–150 A/m², cellespenning 0,2–0,4V ;
• Elektrodeavstand: 80–120 mm, katodeavsetningstykkelse 2–3 mm/8t ;
• Effektivitet for fjerning av urenheter: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Forholdsregler‌: Regelmessig filtrering av elektrolytt (nøyaktighet ≤1μm); mekanisk polere anodeoverflater for å hindre passivering.

1. ‌Vakuumdestillasjon‌

• ‌Prosessparametere:
• Vakuumnivå: ≤1×10⁻²Pa, destillasjonstemperatur 600–650°C ;
• Kondensatorsonetemperatur: 200–250°C, Te dampkondenseringseffektivitet ≥95 % ;
• Destillasjonstid: 8–12 timer, enkelt batchkapasitet ≤50 kg .
• ‌Distribusjon av urenheter‌: Lavtkokende urenheter (Se, S) samler seg ved kondensatorfronten; høytkokende urenheter (Pb, Ag) forblir i rester.
• ‌Forholdsregler‌: Forpump vakuumsystemet til ≤5×10⁻³Pa før oppvarming for å forhindre Te-oksidasjon.

III. Krystallvekst (retningsbestemt krystallisering)‌

1. ‌Utstyrskonfigurasjon‌

• ‌Krystallvekstovnsmodeller‌: TDR-70A/B (30 kg kapasitet) eller TRDL-800 (60 kg kapasitet) ;
• Digelmateriale: Grafitt med høy renhet (askeinnhold ≤5ppm), dimensjoner Φ300×400mm ;
• Oppvarmingsmetode: Grafittmotstandsoppvarming, maksimal temperatur 1200°C.

1. ‌Prosessparametere‌

• ‌Smeltekontroll:
• Smeltetemperatur: 500–520°C, smeltebassengdybde 80–120 mm ;
• Beskyttelsesgass: Ar (renhet ≥99,999%), strømningshastighet 10–15 L/min.
• ‌Krystalliseringsparametere:
• Trekkhastighet: 1–3 mm/t, krystallrotasjonshastighet 8–12 rpm ;
• Temperaturgradient: Aksial 30–50°C/cm, radial ≤10°C/cm ;
• Kjølemetode: Vannkjølt kobberbase (vanntemperatur 20–25°C), topp strålingskjøling .

1. ‌Urenhetskontroll‌

• ‌Segregeringseffekt‌: Urenheter som Fe, Ni (segregasjonskoeffisient <0,1) akkumuleres ved korngrenser;
• ‌Omsmeltingssykluser‌: 3–5 sykluser, endelige totale urenheter ≤0,1 ppm.

1. ‌Forholdsregler:

• Dekk smelteoverflaten med grafittplater for å undertrykke Te-fordampning (taprate ≤0,5 %) ;
• Overvåk krystalldiameter i sanntid ved hjelp av lasermålere (nøyaktighet ±0,1 mm);
• Unngå temperatursvingninger >±2°C for å forhindre økning av dislokasjonstettheten (mål ≤10³/cm²).

IV. Kvalitetsinspeksjon og nøkkeltall‌

V. Miljø- og sikkerhetsprotokoller

1. ‌Eksosbehandling:

• Stekeeksos: Nøytraliser SO₂ og SeO₂ med NaOH-skrubbere (pH≥10);
• Vakuumdestillasjonseksos: Kondenser og gjenvinn Te-damp; restgasser adsorbert via aktivert kull.

1. ‌Slaggegjenvinning:

• Anodeslim (inneholdende Ag, Au): Gjenvinnes via hydrometallurgi (H2SO4-HCl-system);
• Elektrolyserester (inneholdende Pb, Cu): Gå tilbake til kobbersmeltesystemer .

1. ‌Sikkerhetstiltak:

• Operatører må bruke gassmasker (Te damp er giftig); opprettholde undertrykksventilasjon (luftvekslingshastighet ≥10 sykluser/t).

‌Retningslinjer for prosessoptimalisering‌

1. ‌Råvaretilpasning‌: Juster steketemperatur og syreforhold dynamisk basert på anodeslimkilder (f.eks. kobber vs. blysmelting);
2. ‌Krystalltrekkhastighetsmatching‌: Juster trekkhastigheten i henhold til smeltekonveksjon (Reynolds nummer Re≥2000) for å undertrykke konstitusjonell underkjøling;
3. ‌Energieffektivitet‌: Bruk soneoppvarming med to temperaturer (hovedsone 500 °C, undersone 400 °C) for å redusere strømforbruket for grafittmotstand med 30 %.