Выращивание и очистка кристаллов теллура 7N

Выращивание и очистка кристаллов теллура 7N

‌I. Предварительная обработка и очистка сырья‌

1. ‌Выбор и дробление сырья‌

• ‌Требования к материалам‌: В качестве сырья используйте теллуровую руду или анодный шлам (содержание Te ≥5%), предпочтительно анодный шлам медеплавильного производства (содержащий Cu₂Te, Cu₂Se).
• ‌Процесс предварительной обработки‌:
• Грубое дробление до размера частиц ≤5 мм с последующим измельчением в шаровой мельнице до размера частиц ≤200 меш;
• Магнитная сепарация (напряженность магнитного поля ≥0,8 Тл) для удаления Fe, Ni и других магнитных примесей;
• Пенная флотация (pH=8-9, ксантогенатные собиратели) для отделения SiO₂, CuO и других немагнитных примесей.
• ‌Меры предосторожности‌: Избегайте попадания влаги во время влажной предварительной обработки (требуется сушка перед обжаркой); контролируйте влажность окружающего воздуха ≤30%.

1. ‌Пирометаллургический обжиг и окисление‌

• ‌Параметры процесса‌:
• Температура окислительного обжига: 350–600°C (поэтапное регулирование: низкая температура для десульфурации, высокая температура для окисления);
• Время обжарки: 6–8 часов, при расходе O₂ 5–10 л/мин;
• Реагент: Концентрированная серная кислота (98% H₂SO₄), массовое соотношение Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Химическая Реакция‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Меры предосторожности‌: Контролируйте температуру ≤600°C, чтобы предотвратить улетучивание TeO₂ (температура кипения 387°C); обрабатывайте отходящие газы скрубберами NaOH.

‌II.Электроочистка и вакуумная дистилляция‌

1. ‌Электрорафинирование‌

• ‌Электролитная система‌:
• Состав электролита: H₂SO₄ (80–120 г/л), TeO₂ (40–60 г/л), добавка (желатин 0,1–0,3 г/л);
• Регулировка температуры: 30–40°C, скорость циркуляции 1,5–2 м³/ч.
• ‌Параметры процесса‌:
• Плотность тока: 100–150 А/м², напряжение элемента 0,2–0,4 В;
• Расстояние между электродами: 80–120 мм, толщина катодного покрытия 2–3 мм/8 ч;
• Эффективность удаления примесей: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Меры предосторожности‌: Регулярно фильтруйте электролит (точность ≤1 мкм); механически полируйте поверхности анодов для предотвращения пассивации.

1. ‌Вакуумная дистилляция‌

• ‌Параметры процесса‌:
• Уровень вакуума: ≤1×10⁻²Па, температура дистилляции 600–650°C;
• Температура зоны конденсатора: 200–250°C, эффективность конденсации паров Te ≥95%;
• Время дистилляции: 8–12 ч, производительность одной партии ≤50 кг.
• ‌Распределение примесей‌: Низкокипящие примеси (Se, S) скапливаются на фронте конденсатора; высококипящие примеси (Pb, Ag) остаются в остатках.
• ‌Меры предосторожности‌: Перед нагревом откачайте вакуумную систему до ≤5×10⁻³Па, чтобы предотвратить окисление Te.

‌III.Рост кристаллов (направленная кристаллизация)‌

1. ‌Конфигурация оборудования‌

• ‌Модели печей для выращивания кристаллов‌: TDR-70A/B (грузоподъемность 30 кг) или TRDL-800 (грузоподъемность 60 кг);
• Материал тигля: графит высокой чистоты (зольность ≤5ppm), размеры Φ300×400 мм;
• Метод нагрева: Нагрев сопротивлением графита, максимальная температура 1200°C.

1. ‌Параметры процесса‌

• ‌Контроль расплава‌:
• Температура плавления: 500–520°C, глубина ванны расплава 80–120 мм;
• Защитный газ: Ar (чистота ≥99,999%), расход 10–15 л/мин.
• ‌Параметры кристаллизации‌:
• Скорость вытягивания: 1–3 мм/ч, скорость вращения кристалла 8–12 об/мин;
• Температурный градиент: аксиальный 30–50°C/см, радиальный ≤10°C/см;
• Метод охлаждения: медное основание с водяным охлаждением (температура воды 20–25°C), верхнее радиационное охлаждение.

1. ‌Контроль примесей‌

• ‌Эффект сегрегации‌: Примеси типа Fe, Ni (коэффициент сегрегации <0,1) накапливаются на границах зерен;
• ‌Циклы переплавки‌: 3–5 циклов, конечное общее содержание примесей ≤0,1 ppm.

1. ‌Меры предосторожности‌:

• Покрыть поверхность расплава графитовыми пластинами для подавления улетучивания Te (степень потерь ≤0,5%);
• Контролировать диаметр кристалла в режиме реального времени с помощью лазерных датчиков (точность ±0,1 мм);
• Избегайте колебаний температуры >±2°C, чтобы предотвратить увеличение плотности дислокаций (цель ≤10³/см²).

‌IV. Проверка качества и ключевые показатели‌

‌V. Протоколы по охране окружающей среды и безопасности‌

1. ‌Очистка выхлопных газов‌:

• Выхлопные газы обжига: нейтрализовать SO₂ и SeO₂ с помощью скрубберов NaOH (pH≥10);
• Выхлоп вакуумной дистилляции: конденсация и извлечение паров Te; остаточные газы адсорбируются активированным углем.

1. ‌Переработка шлака‌:

• Анодный шлам (содержащий Ag, Au): извлечение с помощью гидрометаллургии (система H₂SO₄-HCl);
• Остатки электролиза (содержащие Pb, Cu): Возврат в системы плавки меди.

1. ‌Меры безопасности‌:

• Операторы должны носить противогазы (пары Те токсичны); поддерживать вентиляцию с отрицательным давлением (скорость воздухообмена ≥10 циклов/ч).

‌Руководства по оптимизации процессов‌

1. ‌Адаптация сырья‌: Динамически регулируйте температуру обжига и соотношение кислоты в зависимости от источников анодного шлама (например, плавка меди или свинца);
2. ‌Соответствие скорости вытягивания кристаллов‌: Отрегулируйте скорость вытягивания в соответствии с конвекцией расплава (число Рейнольдса Re≥2000) для подавления конституционного переохлаждения;
3. ‌Энергоэффективность‌: Используйте двухтемпературный зонный нагрев (основная зона 500°C, дополнительная зона 400°C), чтобы снизить энергопотребление графитового сопротивления на 30%.