7N Tellur kristalltillväxt och rening
jag. Förbehandling av råmaterial och preliminär rening
- Råmaterialval och krossning
- Materialkrav: Använd tellurmalm eller anodslem (Te-innehåll ≥5%), helst kopparsmältanodslem (innehållande Cu₂Te, Cu₂Se) som råvara.
- Förbehandlingsprocess:
- Grov krossning till partikelstorlek ≤5 mm, följt av kulmalning till ≤200 mesh;
- Magnetisk separation (magnetfältsintensitet ≥0,8T) för att avlägsna Fe, Ni och andra magnetiska föroreningar;
- Skumflotation (pH=8-9, xantatuppsamlare) för att separera SiO₂, CuO och andra icke-magnetiska föroreningar.
- Försiktighetsåtgärder: Undvik att tillföra fukt under våt förbehandling (kräver torkning före rostning); kontrollera omgivande luftfuktighet ≤30 % .
- Pyrometallurgisk rostning och oxidation
- Processparametrar:
- Oxidationsrostningstemperatur: 350–600°C (stegskontroll: låg temperatur för avsvavling, hög temperatur för oxidation) ;
- Stektid: 6–8 timmar, med O₂-flöde på 5–10 l/min;
- Reagens: Koncentrerad svavelsyra (98 % H2SO4), massförhållande Te2S04 = 1:1,5.
- Kemisk reaktion:
Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2O - Försiktighetsåtgärder: Kontrollera temperatur ≤600°C för att förhindra TeO₂-förångning (kokpunkt 387°C); behandla avgaserna med NaOH-skrubbers.
II. Elektroraffinering och vakuumdestillation
- Elektroraffinering
- Elektrolytsystem:
- Elektrolytsammansättning: H₂SO4 (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), tillsats (gelatin 0,1–0,3 g/L);
- Temperaturreglering: 30–40°C, cirkulationsflöde 1,5–2 m³/h .
- Processparametrar:
- Strömtäthet: 100–150 A/m², cellspänning 0,2–0,4V ;
- Elektrodavstånd: 80–120 mm, katodavsättningstjocklek 2–3 mm/8h ;
- Effektivitet för borttagning av föroreningar: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
- Försiktighetsåtgärder: Filtrera elektrolyten regelbundet (noggrannhet ≤1μm); polera anodytorna mekaniskt för att förhindra passivering.
- Vakuumdestillation
- Processparametrar:
- Vakuumnivå: ≤1×10⁻²Pa, destillationstemperatur 600–650°C ;
- Kondensorzonens temperatur: 200–250°C, Teångkondenseringseffektivitet ≥95% ;
- Destillationstid: 8–12 timmar, engångskapacitet ≤50 kg .
- Fördelning av föroreningar: Lågkokande föroreningar (Se, S) samlas vid kondensorns front; högkokande föroreningar (Pb, Ag) finns kvar i resterna .
- Försiktighetsåtgärder: Förpump vakuumsystemet till ≤5×10⁻³Pa före uppvärmning för att förhindra Te-oxidation.
III. Kristalltillväxt (riktad kristallisering)
- Utrustningskonfiguration
- Kristalltillväxtugnsmodeller: TDR-70A/B (30 kg kapacitet) eller TRDL-800 (60 kg kapacitet) ;
- Degelmaterial: Grafit med hög renhet (askahalt ≤5 ppm), dimensioner Φ300×400mm ;
- Uppvärmningsmetod: Grafitmotståndsvärme, maxtemperatur 1200°C.
- Processparametrar
- Smältkontroll:
- Smälttemperatur: 500–520°C, smältbassäng djup 80–120 mm ;
- Skyddsgas: Ar (renhet ≥99,999%), flödeshastighet 10–15 L/min.
- Kristallisationsparametrar:
- Draghastighet: 1–3 mm/h, kristallrotationshastighet 8–12 rpm ;
- Temperaturgradient: Axiell 30–50°C/cm, radiell ≤10°C/cm ;
- Kylmetod: Vattenkyld kopparbas (vattentemperatur 20–25°C), toppstrålningskylning .
- Föroreningskontroll
- Segregationseffekt: Föroreningar som Fe, Ni (segregationskoefficient <0,1) ackumuleras vid korngränserna;
- Omsmältningscykler: 3–5 cykler, slutlig total förorening ≤0,1 ppm.
- Försiktighetsåtgärder:
- Täck smältytan med grafitplattor för att undertrycka Te-förångning (förlusthastighet ≤0,5%);
- Övervaka kristalldiametern i realtid med hjälp av lasermätare (noggrannhet ±0,1 mm);
- Undvik temperaturfluktuationer >±2°C för att förhindra ökning av dislokationstätheten (mål ≤10³/cm²) .
IV. Kvalitetsinspektion och nyckeltal
Testobjekt | "Standardvärde". | Testmetod | källa |
Renhet | ≥99,99999 % (7N) | ICP-MS | |
Totala metalliska föroreningar | ≤0,1 ppm | GD-MS (Glow Discharge Mass Spectrometry) | |
Syreinnehåll | ≤5 ppm | Inert Gas Fusion-IR Absorption | |
Kristallintegritet | Dislokationstäthet ≤10³/cm² | Röntgentopografi | |
Resistivitet (300K) | 0,1–0,3Ω·cm | Fyra-sondsmetod |
V. Miljö- och säkerhetsprotokoll
- Avgasbehandling:
- Rostavgaser: Neutralisera SO₂ och SeO₂ med NaOH-skrubber (pH≥10);
- Vakuumdestillationsavgaser: Kondensera och återvinn Te-ånga; restgaser adsorberade via aktivt kol.
- Slaggåtervinning:
- Anodslem (innehållande Ag, Au): Återhämtning via hydrometallurgi (H2SO4-HCl-system);
- Elektrolysrester (innehållande Pb, Cu): Återgå till kopparsmältningssystem .
- Säkerhetsåtgärder:
- Operatörer måste bära gasmasker (Te ånga är giftig); bibehåll undertrycksventilation (luftväxlingshastighet ≥10 cykler/h) .
Riktlinjer för processoptimering
- Råvaruanpassning: Justera rostningstemperaturen och syraförhållandet dynamiskt baserat på anodslemkällor (t.ex. koppar vs blysmältning);
- Kristalldragningshastighetsmatchning: Justera draghastigheten enligt smältkonvektion (Reynolds nummer Re≥2000) för att undertrycka konstitutionell underkylning;
- Energieffektivitet: Använd zonuppvärmning med dubbla temperaturer (huvudzon 500 °C, underzon 400 °C) för att minska strömförbrukningen för grafitmotstånd med 30 %.
Posttid: Mar-24-2025