Rast in čiščenje telurovih kristalov 7N

Rast in čiščenje telurovih kristalov 7N

jaz Predobdelava surovin in predhodno čiščenje‌

1. ‌Izbira in drobljenje surovin‌

• ‌Materialne zahteve‌: Kot surovino uporabite telurjevo rudo ali anodno sluz (vsebnost Te ≥5 %), po možnosti anodno sluz za taljenje bakra (ki vsebuje Cu₂Te, Cu₂Se).
• ‌Postopek predhodne obdelave‌:
• Grobo drobljenje do velikosti delcev ≤5 mm, ki mu sledi kroglično mletje do ≤200 mesh;
• Magnetna separacija (intenziteta magnetnega polja ≥0,8 T) za odstranitev Fe, Ni in drugih magnetnih nečistoč;
• Penasta flotacija (pH=8-9, zbiralniki ksantata) za ločevanje SiO₂, CuO in drugih nemagnetnih nečistoč.
• ‌Previdnostni ukrepi‌: Izogibajte se vnašanju vlage med mokro predobdelavo (potrebno je sušenje pred praženjem); nadzor vlažnosti okolja ≤30%.

1. ‌Pirometalurško praženje in oksidacija‌

• ‌Parametri procesa‌:
• Temperatura oksidacijskega praženja: 350–600 °C (stopenjski nadzor: nizka temperatura za razžveplanje, visoka temperatura za oksidacijo);
• Čas praženja: 6–8 ur, s pretokom O₂ 5–10 L/min;
• Reagent: koncentrirana žveplova kislina (98 % H₂SO₄), masno razmerje Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Kemična reakcija‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Previdnostni ukrepi‌: Kontrolna temperatura ≤600 °C za preprečitev izhlapevanja TeO₂ (vrelišče 387 °C); obdelajte izpušne pline s pralniki NaOH.

II. Elektrorafinacija in vakuumska destilacija‌

1. ‌Elektrorafiniranje‌

• ‌Sistem elektrolitov‌:
• Sestava elektrolita: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), aditiv (želatina 0,1–0,3 g/L);
• Regulacija temperature: 30–40°C, pretok 1,5–2 m³/h.
• ‌Parametri procesa‌:
• Gostota toka: 100–150 A/m², napetost celice 0,2–0,4 V;
• Razmik med elektrodami: 80–120 mm, debelina nanosa katode 2–3 mm/8h;
• Učinkovitost odstranjevanja nečistoč: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Previdnostni ukrepi‌: redno filtrirajte elektrolit (natančnost ≤1μm); mehansko polirajte površine anod, da preprečite pasivizacijo.

1. ‌Vakuumska destilacija‌

• ‌Parametri procesa‌:
• Stopnja vakuuma: ≤1×10⁻²Pa, temperatura destilacije 600–650°C;
• Temperatura območja kondenzatorja: 200–250 °C, učinkovitost kondenzacije pare Te ≥95 %;
• Čas destilacije: 8–12 h, kapaciteta posamezne šarže ≤50 kg.
• ‌Porazdelitev nečistoč‌: Nečistoče z nizkim vreliščem (Se, S) se kopičijo na sprednji strani kondenzatorja; nečistoče z visokim vreliščem (Pb, Ag) ostanejo v ostankih.
• ‌Previdnostni ukrepi‌: Pred segrevanjem vakuumski sistem prečrpajte na ≤5×10⁻³Pa, da preprečite oksidacijo Te.

III. Kristalna rast (smerna kristalizacija)‌

1. ‌Konfiguracija opreme‌

• ‌Modeli peči za rast kristalov‌: TDR-70A/B (zmogljivost 30 kg) ali TRDL-800 (zmogljivost 60 kg);
• Material lončka: grafit visoke čistosti (vsebnost pepela ≤5ppm), dimenzije Φ300×400 mm;
• Metoda ogrevanja: grafitno uporovno ogrevanje, maksimalna temperatura 1200°C.

1. ‌Parametri procesa‌

• ‌Nadzor taljenja‌:
• Temperatura taljenja: 500–520°C, globina bazena taline 80–120 mm;
• Zaščitni plin: Ar (čistost ≥99,999%), pretok 10–15 L/min.
• ‌Parametri kristalizacije‌:
• Hitrost vlečenja: 1–3 mm/h, hitrost vrtenja kristala 8–12 vrt/min;
• Temperaturni gradient: aksialni 30–50°C/cm, radialni ≤10°C/cm;
• Metoda hlajenja: vodno hlajeno bakreno podnožje (temperatura vode 20–25 °C), zgornje sevalno hlajenje.

1. ‌Nadzor nečistoč‌

• ‌Segregacijski učinek‌: Nečistoče, kot sta Fe, Ni (segregacijski koeficient <0,1) se kopičijo na mejah zrn;
• ‌Cikli pretaljevanja‌: 3–5 ciklov, končne skupne nečistoče ≤0,1 ppm.

1. ‌Previdnostni ukrepi‌:

• Pokrijte površino taline z grafitnimi ploščami, da preprečite izhlapevanje Te (stopnja izgube ≤0,5 %);
• Spremljajte premer kristala v realnem času z uporabo laserskih merilnikov (natančnost ±0,1 mm);
• Izogibajte se temperaturnim nihanjem >±2°C, da preprečite povečanje gostote dislokacij (cilj ≤10³/cm²).

IV. Pregled kakovosti in ključne meritve‌

V. Okoljski in varnostni protokoli‌

1. ‌Obdelava izpušnih plinov‌:

• Izpuh praženja: nevtralizirajte SO₂ in SeO₂ s pralniki NaOH (pH≥10);
• Izpušni plini vakuumske destilacije: kondenzacija in rekuperacija Te pare; ostanki plinov, adsorbirani preko aktivnega oglja.

1. ‌Recikliranje žlindre‌:

• Anodna sluz (ki vsebuje Ag, Au): pridobitev s hidrometalurgijo (sistem H₂SO₄-HCl);
• Ostanki elektrolize (ki vsebujejo Pb, Cu): vrnitev v sisteme za taljenje bakra.

1. ‌Varnostni ukrepi‌:

• Operaterji morajo nositi plinske maske (hlapi Te so strupeni); vzdržujte prezračevanje s podtlakom (stopnja izmenjave zraka ≥10 ciklov/h) .

‌Smernice za optimizacijo procesov‌

1. ‌Prilagajanje surovin‌: dinamično prilagajanje temperature praženja in kislinskega razmerja na podlagi virov anodne sluzi (npr. taljenje bakra v primerjavi s taljenjem svinca);
2. ‌Ujemanje hitrosti vlečenja kristalov‌: Prilagodite hitrost vlečenja glede na konvekcijo taline (Reynoldsovo število Re≥2000), da preprečite konstitucionalno podhlajevanje;
3. ‌Energijska učinkovitost‌: Uporabite ogrevanje z dvojno temperaturno cono (glavno območje 500 °C, podobmočje 400 °C), da zmanjšate porabo energije zaradi odpornosti na grafit za 30 %.