Вирощування та очищення кристалів телуру 7N

Вирощування та очищення кристалів телуру 7N

я. Попередня обробка та попереднє очищення сировини‌

1. ‌Відбір і подрібнення сировини‌

• ‌Вимоги до матеріалів‌: використовуйте телурову руду або анодний шлам (вміст Te ≥5%), бажано мідний анодний шлам (містить Cu₂Te, Cu₂Se) як сировину.
• ‌Процес попередньої обробки‌:
• Грубе подрібнення до розміру частинок ≤5 мм з наступним подрібненням у кульовому млині до ≤200 меш;
• Магнітна сепарація (інтенсивність магнітного поля ≥0,8 Тл) для видалення Fe, Ni та інших магнітних домішок;
• Пінна флотація (pH=8-9, колектори ксантогенату) для відділення SiO₂, CuO та інших немагнітних домішок.
• ‌Запобіжні заходи‌: уникайте потрапляння вологи під час вологої попередньої обробки (потрібне сушіння перед смаженням); контролювати вологість навколишнього середовища ≤30%.

1. ‌Пірометалургійне випалювання та окислення‌

• ‌Параметри процесу‌:
• Температура окислювального випалу: 350–600°C (етапний контроль: низька температура для десульфурації, висока температура для окислення);
• Час смаження: 6–8 годин, швидкість потоку O₂ 5–10 л/хв;
• Реагент: концентрована сірчана кислота (98% H₂SO₄), масове співвідношення Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Хімічна реакція‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Запобіжні заходи‌: Контрольна температура ≤600°C для запобігання випаровування TeO₂ (температура кипіння 387°C); очищайте вихлопні гази скруберами NaOH.

ІІ. Електроочищення та вакуумна дистиляція‌

1. ‌Електроочищення‌

• ‌Система електроліту‌:
• Склад електроліту: H₂SO₄ (80–120 г/л), TeO₂ (40–60 г/л), добавка (желатин 0,1–0,3 г/л);
• Температурний режим: 30–40°C, циркуляційний потік 1,5–2 м³/год.
• ‌Параметри процесу‌:
• Щільність струму: 100–150 А/м², напруга елемента 0,2–0,4 В;
• Відстань між електродами: 80–120 мм, товщина катодного осадження 2–3 мм/8 год;
• Ефективність видалення домішок: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Запобіжні заходи‌: Регулярно фільтруйте електроліт (точність ≤1 мкм); механічно полірувати поверхні анодів для запобігання пасивації.

1. ‌Вакуумна дистиляція‌

• ‌Параметри процесу‌:
• Рівень вакууму: ≤1×10⁻²Па, температура дистиляції 600–650°C;
• Температура зони конденсатора: 200–250°C, ефективність конденсації парів Te ≥95%;
• Час дистиляції: 8–12 годин, ємність однієї порції ≤50 кг.
• ‌Розподіл домішок‌: низькокиплячі домішки (Se, S) накопичуються на фронті конденсатора; у залишках залишаються висококиплячі домішки (Pb, Ag).
• ‌Запобіжні заходи‌: Попередньо накачайте систему вакууму до ≤5×10⁻³Па перед нагріванням, щоб запобігти окисленню Te.

ІІІ. Ріст кристалів (спрямована кристалізація)‌

1. ‌Конфігурація обладнання‌

• ‌Моделі печей для вирощування кристалів‌: TDR-70A/B (вантажопідйомність 30 кг) або TRDL-800 (вантажопідйомність 60 кг);
• Матеріал тигля: високочистий графіт (вміст золи ≤5ppm), розміри Φ300×400 мм;
• Спосіб нагріву: нагрівання опором графіту, максимальна температура 1200°C.

1. ‌Параметри процесу‌

• ‌Контроль розплаву‌:
• Температура плавлення: 500–520°C, глибина басейну розплаву 80–120 мм;
• Захисний газ: Ar (чистота ≥99,999%), витрата 10–15 л/хв.
• ‌Параметри кристалізації‌:
• Швидкість витягування: 1–3 мм/год, швидкість обертання кристала 8–12 об/хв;
• Градієнт температури: осьовий 30–50°C/см, радіальний ≤10°C/см;
• Спосіб охолодження: мідна основа з водяним охолодженням (температура води 20–25°C), радіаційне охолодження зверху.

1. ‌Контроль домішок‌

• ‌Ефект сегрегації‌: домішки, такі як Fe, Ni (коефіцієнт сегрегації <0,1) накопичуються на межах зерен;
• ‌Цикли переплавлення‌: 3–5 циклів, кінцева загальна кількість домішок ≤0,1 ppm.

1. ‌Запобіжні заходи‌:

• Покрийте поверхню розплаву графітовими пластинами для придушення випаровування Te (швидкість втрат ≤0,5%);
• Відстежуйте діаметр кристала в реальному часі за допомогою лазерних датчиків (точність ±0,1 мм);
• Уникайте температурних коливань >±2°C, щоб запобігти збільшенню щільності дислокацій (цільове значення ≤10³/см²).

IV. Перевірка якості та ключові показники‌

В. Протоколи охорони довкілля та безпеки

1. ‌Очищення вихлопних газів‌:

• Вихлопні гази від смаження: нейтралізуйте SO₂ і SeO₂ за допомогою скруберів NaOH (pH≥10);
• Відпрацьовані гази вакуумної дистиляції: конденсація та відновлення парів Te; залишкові гази, адсорбовані через активоване вугілля.

1. ‌Переробка шлаку‌:

• Анодний шлам (містить Ag, Au): відновлення за допомогою гідрометалургії (система H₂SO₄-HCl);
• Залишки електролізу (містять Pb, Cu): Повернення до систем виплавки міді.

1. ‌Заходи безпеки‌:

• Оператори повинні носити протигази (пари Te токсичні); підтримувати вентиляцію з негативним тиском (швидкість повітрообміну ≥10 циклів/год) .

Інструкції з оптимізації процесу

1. ‌Адаптація сировини‌: динамічно регулюйте температуру випалу та кислотне співвідношення на основі джерел анодного шламу (наприклад, плавлення міді чи свинцю);
2. ‌Відповідність швидкості витягування кристала‌: Відрегулюйте швидкість витягування відповідно до конвекції розплаву (число Рейнольдса Re≥2000), щоб придушити конституційне переохолодження;
3. ‌Енергоефективність‌: Використовуйте подвійне температурне нагрівання зони (основна зона 500°C, підзона 400°C), щоб зменшити споживання електроенергії на стійкість до графіту на 30%.