7N Tellür Kristal Büyümesi ve Saflaştırılması

7N Tellür Kristal Büyümesi ve Saflaştırılması

‌I. Hammadde Ön İşlemi ve Ön Saflaştırma‌

1. ‌Hammadde Seçimi ve Kırma‌

• ‌Malzeme Gereksinimleri‌: Hammadde olarak tellür cevheri veya anot çamuru (Te içeriği ≥ %5), tercihen bakır eritme anot çamuru (Cu₂Te, Cu₂Se içeren) kullanın.
• ‌Ön İşlem Süreci‌:
• Parçacık boyutu ≤5mm'ye kadar kaba kırma, ardından ≤200 mesh'e kadar bilyalı öğütme;
• Fe, Ni ve diğer manyetik safsızlıkları gidermek için manyetik ayırma (manyetik alan yoğunluğu ≥0,8T);
• SiO₂, CuO ve diğer manyetik olmayan safsızlıkları ayırmak için köpük flotasyonu (pH=8-9, ksantat toplayıcılar).
• ‌Önlemler‌: Islak ön işlem sırasında nem oluşmasını önleyin (kavurmadan önce kurutma gerektirir); ortam nemini %30'dan az olacak şekilde kontrol edin.

1. ‌Pirometalurjik Kavurma ve Oksidasyon‌

• ‌İşlem Parametreleri‌:
• Oksidasyon kavurma sıcaklığı: 350–600°C (kademeli kontrol: kükürt giderme için düşük sıcaklık, oksidasyon için yüksek sıcaklık);
• Kavurma süresi: 5–10 L/dk O₂ akış hızıyla 6–8 saat;
• Reaktif: Konsantre sülfürik asit (%98 H₂SO₄), kütle oranı Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Kimyasal Reaksiyon‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Önlemler‌: TeO₂ buharlaşmasını önlemek için sıcaklığı ≤600°C'de tutun (kaynama noktası 387°C); egzoz gazını NaOH yıkayıcılarla işleyin.

‌II. Elektrorafinasyon ve Vakum Distilasyonu‌

1. ‌Elektrorafinasyon‌

• ‌Elektrolit Sistemi‌:
• Elektrolit bileşimi: H₂SO₄ (80–120g/L), TeO₂ (40–60g/L), katkı maddesi (jelatin 0,1–0,3g/L);
• Sıcaklık kontrolü: 30–40°C, sirkülasyon debisi 1,5–2 m³/h.
• ‌İşlem Parametreleri‌:
• Akım yoğunluğu: 100–150 A/m², hücre voltajı 0,2–0,4V ;
• Elektrot aralığı: 80–120 mm, katot biriktirme kalınlığı 2–3 mm/8h;
• Kirlilik giderme verimi: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Önlemler‌: Elektrolitleri düzenli olarak filtreleyin (doğruluk ≤1μm); pasifleşmeyi önlemek için anot yüzeylerini mekanik olarak parlatın.

1. ‌Vakum Damıtma‌

• ‌İşlem Parametreleri‌:
• Vakum seviyesi: ≤1×10⁻²Pa, damıtma sıcaklığı 600–650°C;
• Yoğuşturucu bölge sıcaklığı: 200–250°C, Te buharı yoğuşma verimliliği ≥%95;
• Damıtma süresi: 8–12 saat, tek parti kapasitesi ≤50kg.
• ‌Kirlilik Dağılımı‌: Düşük kaynama noktalı safsızlıklar (Se, S) kondenser ön tarafında birikir; yüksek kaynama noktalı safsızlıklar (Pb, Ag) kalıntılarda kalır.
• ‌Önlemler‌: Te oksidasyonunu önlemek için ısıtmadan önce vakum sistemini ≤5×10⁻³Pa'ya kadar önceden pompalayın.

‌III. Kristal Büyümesi (Yönlü Kristalleşme)‌

1. ‌Ekipman Yapılandırması‌

• ‌Kristal Büyüme Fırını Modelleri‌: TDR-70A/B (30kg kapasite) veya TRDL-800 (60kg kapasite) ;
• Pota malzemesi: Yüksek saflıkta grafit (kül içeriği ≤5ppm), boyutlar Φ300×400mm;
• Isıtma yöntemi: Grafit direnç ısıtma, maksimum sıcaklık 1200°C.

1. ‌İşlem Parametreleri‌

• ‌Erime Kontrolü‌:
• Erime sıcaklığı: 500–520°C, eriyik havuzu derinliği 80–120mm;
• Koruyucu gaz: Ar (saflık ≥%99,999), akış hızı 10–15 L/dak.
• ‌Kristalleşme Parametreleri‌:
• Çekme hızı: 1–3mm/h, kristal dönüş hızı 8–12rpm;
• Sıcaklık gradyanı: Eksenel 30–50°C/cm, radyal ≤10°C/cm;
• Soğutma yöntemi: Su soğutmalı bakır taban (su sıcaklığı 20–25°C), üstten radyatif soğutma.

1. ‌Kirlilik Kontrolü‌

• ‌Ayrışma Etkisi‌: Fe, Ni (segregasyon katsayısı <0,1) gibi safsızlıklar tane sınırlarında birikir;
• ‌Yeniden Eritme Döngüleri‌: 3–5 döngü, son toplam kirlilik ≤0,1ppm.

1. ‌Önlemler‌:

• Te buharlaşmasını (kayıp oranı ≤ %0,5) bastırmak için eriyik yüzeyini grafit plakalarla örtün;
• Lazer ölçüm cihazları kullanılarak kristal çapının gerçek zamanlı izlenmesi (hassasiyet ±0,1 mm);
• Çıkık yoğunluğunun artmasını (hedef ≤10³/cm²) önlemek için >±2°C sıcaklık dalgalanmalarından kaçının.

‌IV. Kalite Denetimi ve Temel Ölçütler‌

‌V. Çevre ve Güvenlik Protokolleri‌

1. ‌Egzoz Gazı Arıtma‌:

• Kavurma egzozu: SO₂ ve SeO₂'yi NaOH yıkayıcılarla (pH≥10) nötralize edin;
• Vakum distilasyon egzozu: Te buharını yoğunlaştırır ve geri kazandırır; artık gazlar aktif karbon aracılığıyla adsorbe edilir.

1. ‌Cüruf Geri Dönüşümü‌:

• Anot çamuru (Ag, Au içerir): Hidrometalurji yoluyla geri kazanılır (H₂SO₄-HCl sistemi);
• Elektroliz artıkları (Pb, Cu içeren): Bakır eritme sistemlerine geri dönüş.

1. ‌Güvenlik Önlemleri‌:

• Operatörler gaz maskesi takmalı (Te buharı zehirlidir); negatif basınçlı havalandırma sağlamalıdır (hava değişim hızı ≥10 çevrim/saat).

‌Süreç Optimizasyon Yönergeleri‌

1. ‌Hammadde Uyarlaması‌: Anot çamuru kaynaklarına (örneğin bakır ve kurşun eritme) göre kavurma sıcaklığını ve asit oranını dinamik olarak ayarlayın;
2. ‌Kristal Çekme Oranı Eşleştirme‌: Anayasal aşırı soğumayı bastırmak için çekme hızını eriyik konveksiyonuna (Reynolds sayısı Re≥2000) göre ayarlayın;
3. ‌Enerji Verimliliği‌: Grafit direnci güç tüketimini %30 oranında azaltmak için çift sıcaklık bölgesi ısıtmasını (ana bölge 500°C, alt bölge 400°C) kullanın.