7N Tinh thể Tellurium phát triển và tinh chế

7N Tinh thể Tellurium phát triển và tinh chế

‌I. Xử lý sơ bộ và tinh chế nguyên liệu thô‌

1. ‌Lựa chọn nguyên liệu thô và nghiền‌

• ‌Yêu cầu về vật liệu‌: Sử dụng quặng telua hoặc bùn anot (hàm lượng Te ≥5%), tốt nhất là bùn anot luyện đồng (chứa Cu₂Te, Cu₂Se) làm nguyên liệu.
• ‌Quá trình xử lý trước‌:
• Nghiền thô đến kích thước hạt ≤5mm, sau đó nghiền bi đến kích thước ≤200 lưới;
• Tách từ (cường độ từ trường ≥0,8T) để loại bỏ Fe, Ni và các tạp chất từ ​​tính khác;
• Tuyển nổi bọt (pH = 8-9, chất thu thập xanthate) để tách SiO₂, CuO và các tạp chất không từ tính khác.
• ‌Các biện pháp phòng ngừa‌: Tránh đưa độ ẩm vào trong quá trình xử lý ướt trước khi rang (cần sấy khô trước khi rang); kiểm soát độ ẩm môi trường ≤30%.

1. ‌Rang và oxy hóa luyện kim nhiệt‌

• ‌Các thông số quy trình‌:
• Nhiệt độ rang oxy hóa: 350–600°C (kiểm soát theo từng giai đoạn: nhiệt độ thấp để khử lưu huỳnh, nhiệt độ cao để oxy hóa);
• Thời gian rang: 6–8 giờ, với lưu lượng O₂ là 5–10 L/phút;
• Thuốc thử: Axit sunfuric đậm đặc (98% H₂SO₄), tỷ lệ khối lượng Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Phản ứng hóa học‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Các biện pháp phòng ngừa‌: Kiểm soát nhiệt độ ≤600°C để ngăn ngừa sự bay hơi TeO₂ (điểm sôi 387°C); xử lý khí thải bằng thiết bị lọc NaOH.

‌II. Điện tinh chế và chưng cất chân không‌

1. ‌Tinh chế bằng điện‌

• ‌Hệ thống điện giải‌:
• Thành phần chất điện giải: H₂SO₄ (80–120g/L), TeO₂ (40–60g/L), chất phụ gia (gelatin 0,1–0,3g/L);
• Kiểm soát nhiệt độ: 30–40°C, lưu lượng tuần hoàn 1,5–2 m³/h.
• ‌Các thông số quy trình‌:
• Mật độ dòng điện: 100–150 A/m², điện áp cell 0,2–0,4V;
• Khoảng cách điện cực: 80–120mm, độ dày lắng đọng catốt 2–3mm/8h;
• Hiệu suất loại bỏ tạp chất: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Các biện pháp phòng ngừa‌: Lọc chất điện phân thường xuyên (độ chính xác ≤1μm); đánh bóng cơ học bề mặt anot để ngăn ngừa hiện tượng thụ động.

1. ‌Chưng cất chân không‌

• ‌Các thông số quy trình‌:
• Mức chân không: ≤1×10⁻²Pa, nhiệt độ chưng cất 600–650°C;
• Nhiệt độ vùng ngưng tụ: 200–250°C, Hiệu suất ngưng tụ hơi Te ≥95%;
• Thời gian chưng cất: 8–12h, công suất chưng cất một mẻ ≤50kg.
• ‌Phân phối tạp chất‌: Tạp chất có nhiệt độ sôi thấp (Se, S) tích tụ ở mặt trước của bình ngưng; tạp chất có nhiệt độ sôi cao (Pb, Ag) vẫn còn trong cặn.
• ‌Các biện pháp phòng ngừa‌: Hệ thống chân không bơm trước đến ≤5×10⁻³Pa trước khi gia nhiệt để ngăn ngừa quá trình oxy hóa Te.

‌III. Sự phát triển tinh thể (Kết tinh định hướng)‌

1. ‌Cấu hình thiết bị‌

• ‌Mô hình lò phát triển tinh thể‌: TDR-70A/B (sức chứa 30kg) hoặc TRDL-800 (sức chứa 60kg);
• Vật liệu nồi nấu: Graphit có độ tinh khiết cao (hàm lượng tro ≤5ppm), kích thước Φ300×400mm;
• Phương pháp gia nhiệt: Gia nhiệt bằng điện trở than chì, nhiệt độ tối đa 1200°C.

1. ‌Các thông số quy trình‌

• ‌Kiểm soát tan chảy‌:
• Nhiệt độ nóng chảy: 500–520°C, độ sâu vũng nóng chảy 80–120mm;
• Khí bảo vệ: Ar (độ tinh khiết ≥99,999%), lưu lượng 10–15 L/phút.
• ‌Thông số kết tinh‌:
• Tốc độ kéo: 1–3mm/h, tốc độ quay tinh thể 8–12 vòng/phút;
• Độ dốc nhiệt độ: Trục 30–50°C/cm, bán kính ≤10°C/cm;
• Phương pháp làm mát: Đế đồng làm mát bằng nước (nhiệt độ nước 20–25°C), làm mát bức xạ từ trên xuống.

1. ‌Kiểm soát tạp chất‌

• ‌Hiệu ứng phân tách‌: Các tạp chất như Fe, Ni (hệ số phân tách <0,1) tích tụ ở ranh giới hạt;
• ‌Chu kỳ nấu chảy lại‌ : 3–5 chu kỳ, tổng tạp chất cuối cùng ≤0,1ppm.

1. ‌Các biện pháp phòng ngừa‌:

• Phủ bề mặt nóng chảy bằng tấm than chì để ngăn chặn sự bay hơi Te (tỷ lệ mất mát ≤0,5%);
• Theo dõi đường kính tinh thể theo thời gian thực bằng máy đo laser (độ chính xác ±0,1mm);
• Tránh biến động nhiệt độ >±2°C để ngăn ngừa mật độ sai lệch tăng lên (mục tiêu ≤10³/cm²).

‌IV. Kiểm tra chất lượng và các số liệu chính‌

‌V. Các giao thức về môi trường và an toàn‌

1. ‌Xử lý khí thải‌:

• Khí thải khi nung: Trung hòa SO₂ và SeO₂ bằng thiết bị lọc NaOH (pH≥10);
• Khí thải chưng cất chân không: Ngưng tụ và thu hồi hơi Te; khí dư được hấp phụ qua than hoạt tính.

1. ‌Tái chế xỉ‌:

• Bùn anot (chứa Ag, Au): Thu hồi bằng phương pháp thủy luyện (hệ thống H₂SO₄-HCl);
• Chất thải sau quá trình điện phân (chứa Pb, Cu): Quay trở lại hệ thống luyện đồng.

1. ‌Biện pháp an toàn‌:

• Người vận hành phải đeo mặt nạ phòng độc (hơi Te độc ​​hại); duy trì thông gió áp suất âm (tốc độ trao đổi không khí ≥10 chu kỳ/giờ).

‌Hướng dẫn tối ưu hóa quy trình‌

1. ‌Thích ứng nguyên liệu thô‌: Điều chỉnh nhiệt độ rang và tỷ lệ axit một cách linh hoạt dựa trên nguồn chất nhờn anot (ví dụ, luyện đồng so với luyện chì);
2. ‌Tốc độ kéo tinh thể phù hợp‌: Điều chỉnh tốc độ kéo theo sự đối lưu nóng chảy (số Reynolds Re≥2000) để ngăn chặn quá trình làm mát quá mức theo hiến pháp;
3. ‌Hiệu quả năng lượng: Sử dụng vùng gia nhiệt kép (vùng chính 500°C, vùng phụ 400°C) để giảm 30% điện năng tiêu thụ của điện trở than chì.