Rast a čistenie kryštálov telúru 7N

Rast a čistenie kryštálov telúru 7N

ja. Predúprava surovín a predbežné čistenie‌

1. ‌Výber surovín a drvenie‌

• ‌Materiálové požiadavky‌: Ako surovinu použite telúrovú rudu alebo anódový sliz (obsah Te ≥5 %), najlepšie anódový sliz z tavenia medi (obsahujúci Cu₂Te, Cu₂Se).
• ‌Proces predúpravy‌:
• Hrubé drvenie na veľkosť častíc ≤ 5 mm, po ktorom nasleduje guľové mletie na veľkosť ≤ 200 mesh;
• Magnetická separácia (intenzita magnetického poľa ≥0,8T) na odstránenie Fe, Ni a iných magnetických nečistôt;
• Penová flotácia (pH=8-9, xantátové kolektory) na oddelenie SiO₂, CuO a iných nemagnetických nečistôt.
• ‌Prevencia‌: Zabráňte vniknutiu vlhkosti počas mokrej predbežnej úpravy (vyžaduje sušenie pred pražením); regulovať vlhkosť prostredia ≤ 30 % .

1. ‌Pyrometalurgické praženie a oxidácia‌

• ‌Procesné parametre‌:
• Oxidačná teplota praženia: 350–600°C (stupňová kontrola: nízka teplota na odsírenie, vysoká teplota na oxidáciu);
• Doba praženia: 6–8 hodín, s prietokom O₂ 5–10 l/min.
• Činidlo: koncentrovaná kyselina sírová (98 % H2SO4), hmotnostný pomer Te2SO4 = 1:1,5.
• ‌Chemická reakcia‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Prevencia‌: Kontrolná teplota ≤600°C, aby sa zabránilo prchaniu TeO₂ (bod varu 387°C); upravte výfukové plyny pomocou práčok NaOH.

II. Elektrorafinácia a vákuová destilácia‌

1. ‌Elektrorafinácia‌

• ‌Elektrolytový systém‌:
• Zloženie elektrolytu: H₂SO₄ (80–120 g/l), TeO₂ (40–60 g/l), aditívum (želatína 0,1–0,3 g/l);
• Regulácia teploty: 30–40°C, prietok cirkulácie 1,5–2 m³/h .
• ‌Procesné parametre‌:
• Prúdová hustota: 100–150 A/m², napätie článku 0,2–0,4V ;
• Rozstup elektród: 80–120 mm, hrúbka nanášania katódy 2–3 mm/8h ;
• Účinnosť odstraňovania nečistôt: Cu ≤ 5 ppm, Pb ≤ 1 ppm .
• ‌Prevencia‌: Pravidelne filtrujte elektrolyt (presnosť ≤ 1μm); mechanicky lešte povrchy anód, aby sa zabránilo pasivácii.

1. ‌Vákuová destilácia‌

• ‌Procesné parametre‌:
• Úroveň vákua: ≤1×10⁻²Pa, destilačná teplota 600–650 °C;
• Teplota zóny kondenzátora: 200–250 °C, účinnosť kondenzácie pár Te ≥95 % ;
• Doba destilácie: 8–12 hodín, kapacita jednej dávky ≤50 kg.
• ‌Distribúcia nečistôt‌: Nečistoty s nízkou teplotou varu (Se, S) sa hromadia v prednej časti kondenzátora; vysokovriace nečistoty (Pb, Ag) zostávajú vo zvyškoch .
• ‌Prevencia‌: Pred zahriatím predpumpujte vákuový systém na ≤5×10⁻³Pa, aby sa zabránilo oxidácii Te.

III. Rast kryštálov (smerová kryštalizácia)‌

1. ‌Konfigurácia zariadenia‌

• ‌Modely krištáľovej rastovej pece‌: TDR-70A/B (kapacita 30 kg) alebo TRDL-800 (kapacita 60 kg);
• Materiál téglika: Vysoko čistý grafit (obsah popola ≤5ppm), rozmery Φ300×400mm ;
• Spôsob ohrevu: Grafitový odporový ohrev, maximálna teplota 1200°C .

1. ‌Procesné parametre‌

• ‌Kontrola taveniny‌:
• Teplota topenia: 500–520 °C, hĺbka kúpeľa taveniny 80–120 mm;
• Ochranný plyn: Ar (čistota ≥99,999 %), prietok 10–15 l/min.
• ‌Kryštalizačné parametre‌:
• Rýchlosť ťahania: 1–3 mm/h, rýchlosť otáčania kryštálu 8–12 ot./min.
• Teplotný gradient: axiálne 30–50 °C/cm, radiálne ≤10 °C/cm ;
• Spôsob chladenia: Vodou chladený medený podstavec (teplota vody 20–25°C), horné sálavé chladenie .

1. ‌Kontrola nečistôt‌

• ‌Segregačný efekt‌: Nečistoty ako Fe, Ni (koeficient segregácie <0,1) sa hromadia na hraniciach zŕn;
• ‌Pretavovacie cykly‌: 3–5 cyklov, konečné celkové nečistoty ≤0,1 ppm.

1. ‌Prevencia‌:

• Zakryte povrch taveniny grafitovými platňami na potlačenie prchavosti Te (miera strát ≤0,5 %);
• Monitorujte priemer kryštálu v reálnom čase pomocou laserových meradiel (presnosť ±0,1 mm);
• Zabráňte kolísaniu teploty >±2°C, aby ste zabránili zvýšeniu hustoty dislokácií (cieľ ≤10³/cm²) .

IV. Kontrola kvality a kľúčové metriky‌

V. Environmentálne a bezpečnostné protokoly‌

1. ‌Úprava výfukových plynov‌:

• Výfukové plyny z praženia: Neutralizujte SO₂ a SeO₂ pomocou NaOH práčok (pH ≥ 10);
• Výfukové plyny z vákuovej destilácie: Kondenzujú a regenerujú Te pary; zvyškové plyny adsorbované cez aktívne uhlie.

1. ‌Recyklácia trosky‌:

• Anódový sliz (obsahujúci Ag, Au): Obnova pomocou hydrometalurgie (systém H2S04-HCl);
• Zvyšky elektrolýzy (obsahujúce Pb, Cu): Návrat do systémov tavenia medi .

1. ‌Bezpečnostné opatrenia‌:

• Operátori musia používať plynové masky (výpary Te sú toxické); udržiavať podtlakovú ventiláciu (výmena vzduchu ≥10 cyklov/h) .

Pokyny na optimalizáciu procesu

1. ‌Prispôsobenie surovín‌: Upravte teplotu praženia a pomer kyselín dynamicky na základe zdrojov anódového slizu (napr. tavenie medi vs. olova);
2. ‌Prispôsobovanie rýchlosti ťahania kryštálov‌: Upravte rýchlosť ťahania podľa konvekcie taveniny (Reynoldsovo číslo Re≥2000), aby ste potlačili konštitučné podchladenie;
3. ‌Energetická účinnosť‌: Použite dvojteplotný zónový ohrev (hlavná zóna 500 °C, vedľajšia zóna 400 °C) na zníženie spotreby energie odporu grafitu o 30 %.