Creșterea și purificarea cristalelor de telur 7N

Creșterea și purificarea cristalelor de telur 7N

eu. Pretratarea materiei prime și purificarea preliminară‌

1. ‌Selectarea și zdrobirea materiei prime‌

• ‌Cerințe materiale‌: Utilizați minereu de teluriu sau nămol anodic (conținut de Te ≥5%), de preferință nămol anodic de topire a cuprului (conținând Cu₂Te, Cu₂Se) ca materie primă.
• ‌Procesul de pretratare‌:
• Concasare grosieră până la dimensiunea particulelor ≤5 mm, urmată de măcinare cu bile până la ≤200 ochiuri;
• Separarea magnetică (intensitatea câmpului magnetic ≥0,8T) pentru a elimina Fe, Ni și alte impurități magnetice;
• Flotare cu spumă (pH=8-9, colectoare de xantat) pentru a separa SiO₂, CuO și alte impurități nemagnetice.
• ‌Precauții‌: Evitați introducerea de umiditate în timpul pretratării umede (necesită uscare înainte de prăjire); controlați umiditatea ambientală ≤30% .

1. ‌Prăjirea și oxidarea pirometalurgică‌

• ‌Parametrii procesului‌:
• Temperatura de prăjire de oxidare: 350–600°C (control în etape: temperatură scăzută pentru desulfurare, temperatură ridicată pentru oxidare);
• Timp de prăjire: 6–8 ore, cu debit O₂ de 5–10 L/min ;
• Reactiv: acid sulfuric concentrat (98% H2SO4), raport de masă Te2SO4 = 1:1,5.
• ‌Reacție chimică‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Precauții‌: Temperatura de control ≤600°C pentru a preveni volatilizarea TeO₂ (punct de fierbere 387°C); tratați gazele de eșapament cu scrubere cu NaOH.

II. Electrorafinare și distilare în vid‌

1. ‌Electrorafinare‌

• ‌Sistem electrolitic‌:
• Compoziție electrolitică: H₂SO₄ (80–120g/L), TeO₂ (40–60g/L), aditiv (gelatina 0,1–0,3g/L) ;
• Controlul temperaturii: 30–40°C, debit de circulație 1,5–2 m³/h .
• ‌Parametrii procesului‌:
• Densitatea curentului: 100–150 A/m², tensiunea celulei 0,2–0,4V;
• Distanța dintre electrozi: 80–120mm, grosimea depunerii catodului 2–3mm/8h ;
• Eficiența de îndepărtare a impurităților: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Precauții‌: Filtrați în mod regulat electrolitul (precizie ≤1μm); lustruiți mecanic suprafețele anodului pentru a preveni pasivarea.

1. ‌Distilarea în vid‌

• ‌Parametrii procesului‌:
• Nivel de vid: ≤1×10⁻²Pa, temperatura de distilare 600–650°C;
• Temperatura zonei condensatorului: 200–250°C, randamentul condensarii vaporilor de Te ≥95% ;
• Timp de distilare: 8–12h, capacitate un singur lot ≤50kg.
• ‌Distribuția impurităților‌: impuritățile cu punct de fierbere scăzut (Se, S) se acumulează pe frontul condensatorului; impuritățile cu punct de fierbere ridicat (Pb, Ag) rămân în reziduuri.
• ‌Precauții‌: Pre-pompați sistemul de vid la ≤5×10⁻³Pa înainte de încălzire pentru a preveni oxidarea Te.

III. Creșterea cristalelor (cristalizarea direcțională)‌

1. ‌Configurarea echipamentului‌

• ‌Modele de cuptor pentru creșterea cristalului‌: TDR-70A/B (capacitate 30 kg) sau TRDL-800 (capacitate 60 kg);
• Material creuzet: Grafit de înaltă puritate (conținut de cenușă ≤5ppm), dimensiuni Φ300×400mm;
• Metoda de încălzire: încălzire cu rezistență la grafit, temperatură maximă 1200°C.

1. ‌Parametrii procesului‌

• ‌Controlul topirii‌:
• Temperatura de topire: 500–520°C, adâncimea bazinului de topire 80–120mm;
• Gaz protector: Ar (puritate ≥99,999%), debit 10–15 L/min.
• ‌Parametrii de cristalizare‌:
• Viteza de tragere: 1–3mm/h, viteza de rotație a cristalului 8–12rpm;
• Gradient de temperatură: Axial 30–50°C/cm, radial ≤10°C/cm ;
• Metoda de răcire: bază de cupru răcită cu apă (temperatura apei 20–25°C), răcire radiativă superioară.

1. ‌Controlul impurităților‌

• ‌Efectul de segregare‌: Impurități precum Fe, Ni (coeficient de segregare <0,1) se acumulează la limitele de cereale;
• ‌Cicluri de Retopire‌: 3–5 cicluri, impurități totale finale ≤0,1 ppm.

1. ‌Precauții‌:

• Acoperiți suprafața topiturii cu plăci de grafit pentru a suprima volatilizarea Te (rata de pierdere ≤0,5%);
• Monitorizați diametrul cristalului în timp real folosind instrumente laser (precizie ±0,1 mm);
• Evitați fluctuațiile de temperatură >±2°C pentru a preveni creșterea densității de dislocare (țintă ≤10³/cm²).

IV. Inspecția calității și valorile cheie‌

V. Protocoale de mediu și siguranță‌

1. ‌Tratarea gazelor de eșapament‌:

• Esapament de prăjire: Neutralizați SO₂ și SeO₂ cu scrubere NaOH (pH≥10);
• Evacuare prin distilare în vid: Condensați și recuperați vaporii de Te; gaze reziduale adsorbite prin cărbune activ.

1. ‌Reciclarea zgurii‌:

• Slime anodic (conținând Ag, Au): Recuperare prin hidrometalurgie (sistem H₂SO₄-HCl);
• Reziduuri de electroliză (conțin Pb, Cu): Revenirea la sistemele de topire a cuprului.

1. ‌Măsuri de siguranță‌:

• Operatorii trebuie să poarte măști de gaz (vaporii de Te sunt toxici); menține ventilația cu presiune negativă (rata de schimb de aer ≥10 cicluri/h) .

‌Orientări de optimizare a proceselor‌

1. ‌Adaptarea materiei prime‌: Reglați temperatura de prăjire și raportul de acid în mod dinamic pe baza surselor de nămol anodic (de exemplu, topirea cuprului vs. plumbului);
2. ‌Potrivirea ratei de tragere a cristalelor‌: Reglați viteza de tragere în funcție de convecția topiturii (numărul Reynolds Re≥2000) pentru a suprima suprarăcirea constituțională;
3. ‌Eficiență energetică‌: Utilizați încălzirea zonei cu dublă temperatură (zona principală 500°C, subzona 400°C) pentru a reduce consumul de energie cu rezistența la grafit cu 30%.