7N Tellur kristalltillväxt och rening

7N Tellur kristalltillväxt och rening

jag. Förbehandling av råmaterial och preliminär rening‌

1. ‌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 % .

1. ‌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+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Försiktighetsåtgärder‌: Kontrollera temperatur ≤600°C för att förhindra TeO₂-förångning (kokpunkt 387°C); behandla avgaserna med NaOH-skrubbers.

II. Elektroraffinering och vakuumdestillation

1. ‌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.

1. ‌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)‌

1. ‌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.

1. ‌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 .

1. ‌Föroreningskontroll‌

• ‌Segregationseffekt‌: Föroreningar som Fe, Ni (segregationskoefficient <0,1) ackumuleras vid korngränserna;
• ‌Omsmältningscykler‌: 3–5 cykler, slutlig total förorening ≤0,1 ppm.

1. ‌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

V. Miljö- och säkerhetsprotokoll

1. ‌Avgasbehandling:

• Rostavgaser: Neutralisera SO₂ och SeO₂ med NaOH-skrubber (pH≥10);
• Vakuumdestillationsavgaser: Kondensera och återvinn Te-ånga; restgaser adsorberade via aktivt kol.

1. ‌Slaggåtervinning:

• Anodslem (innehållande Ag, Au): Återhämtning via hydrometallurgi (H2SO4-HCl-system);
• Elektrolysrester (innehållande Pb, Cu): Återgå till kopparsmältningssystem .

1. ‌Säkerhetsåtgärder:

• Operatörer måste bära gasmasker (Te ånga är giftig); bibehåll undertrycksventilation (luftväxlingshastighet ≥10 cykler/h) .

‌Riktlinjer för processoptimering‌

1. ‌Råvaruanpassning‌: Justera rostningstemperaturen och syraförhållandet dynamiskt baserat på anodslemkällor (t.ex. koppar vs blysmältning);
2. ‌Kristalldragningshastighetsmatchning‌: Justera draghastigheten enligt smältkonvektion (Reynolds nummer Re≥2000) för att undertrycka konstitutionell underkylning;
3. ‌Energieffektivitet‌: Använd zonuppvärmning med dubbla temperaturer (huvudzon 500 °C, underzon 400 °C) för att minska strömförbrukningen för grafitmotstånd med 30 %.