7N Телуров кристален растеж и пречистване

7N Телуров кристален растеж и пречистване

аз Предварителна обработка на суровината и предварително пречистване‌

1. ‌Избор на суровина и раздробяване‌

• ‌Изисквания към материалите‌: Използвайте телурова руда или аноден шлам (съдържание на Te ≥5%), за предпочитане аноден шлам от топене на мед (съдържащ Cu₂Te, Cu₂Se) като суровина.
• ‌Процес на предварителна обработка‌:
• Грубо раздробяване до размер на частиците ≤5 mm, последвано от топково смилане до ≤200 меша;
• Магнитно разделяне (интензитет на магнитното поле ≥0.8T) за отстраняване на Fe, Ni и други магнитни примеси;
• Флотация на пяна (pH=8-9, колектори на ксантоген) за отделяне на SiO₂, CuO и други немагнитни примеси.
• ‌Предпазни мерки‌: Избягвайте въвеждането на влага по време на мокра предварителна обработка (изисква сушене преди печене); контролирайте влажността на околната среда ≤30%.

1. ‌Пирометалургично печене и окисляване‌

• ‌Параметри на процеса‌:
• Температура на печене при окисление: 350–600°C (степенен контрол: ниска температура за десулфуризация, висока температура за окисление);
• Време за печене: 6–8 часа, с дебит на O₂ 5–10 L/min;
• Реагент: Концентрирана сярна киселина (98% H2SO4), масово съотношение Te2SO4 = 1:1,5.
• ‌Химическа реакция‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Предпазни мерки‌: Контролна температура ≤600°C за предотвратяване на изпаряване на TeO₂ (точка на кипене 387°C); третирайте отработените газове с NaOH скрубери.

‌II. Електрорефиниране и вакуумна дестилация‌

1. ‌Електрорефиниране‌

• ‌Електролитна система‌:
• Електролитен състав: H₂SO₄ (80–120g/L), TeO₂ (40–60g/L), добавка (желатин 0,1–0,3g/L);
• Температурен контрол: 30–40°C, циркулационен дебит 1,5–2 m³/h.
• ‌Параметри на процеса‌:
• Плътност на тока: 100–150 A/m², напрежение на клетката 0,2–0,4 V;
• Разстояние между електродите: 80–120 mm, дебелина на катодното отлагане 2–3 mm/8h;
• Ефективност на отстраняване на примеси: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Предпазни мерки‌: Редовно филтрирайте електролита (точност ≤1μm); механично полиране на анодните повърхности за предотвратяване на пасивация.

1. ‌Вакуумна дестилация‌

• ‌Параметри на процеса‌:
• Ниво на вакуум: ≤1×10⁻²Pa, температура на дестилация 600–650°C;
• Температура на зоната на кондензатора: 200–250°C, ефективност на кондензация на пара Te ≥95%;
• Време за дестилация: 8–12 часа, капацитет на една партида ≤50 кг.
• ‌Разпределение на примеси‌: Нискокипящи примеси (Se, S) се натрупват в предната част на кондензатора; висококипящите примеси (Pb, Ag) остават в остатъците.
• ‌Предпазни мерки‌: Предварително помпайте вакуумната система до ≤5×10⁻³Pa преди нагряване, за да предотвратите окисляването на Te.

‌III. Кристален растеж (насочена кристализация)‌

1. ‌Конфигурация на оборудването‌

• ‌Модели на пещи за растеж на кристали‌: TDR-70A/B (30 кг капацитет) или TRDL-800 (60 кг капацитет);
• Материал на тигела: Графит с висока чистота (съдържание на пепел ≤5ppm), размери Φ300×400 mm;
• Метод на нагряване: Графитно съпротивително нагряване, максимална температура 1200°C.

1. ‌Параметри на процеса‌

• ‌Контрол на топенето‌:
• Температура на топене: 500–520°C, дълбочина на стопилката 80–120 mm;
• Защитен газ: Ar (чистота ≥99,999%), дебит 10–15 L/min.
• ‌Параметри на кристализация‌:
• Скорост на издърпване: 1–3mm/h, скорост на въртене на кристала 8–12rpm;
• Температурен градиент: аксиален 30–50°C/cm, радиален ≤10°C/cm;
• Метод на охлаждане: Медна основа с водно охлаждане (температура на водата 20–25°C), радиационно охлаждане отгоре.

1. ‌Контрол на примесите‌

• ‌Сегрегационен ефект‌: Примеси като Fe, Ni (коефициент на сегрегация <0,1) се натрупват по границите на зърната;
• ‌Цикли на претопяване‌: 3–5 цикъла, крайни общи примеси ≤0,1ppm.

1. ‌Предпазни мерки‌:

• Покрийте повърхността на стопилката с графитни плочи, за да потиснете изпаряването на Te (степен на загуба ≤0,5%);
• Наблюдавайте диаметъра на кристала в реално време с помощта на лазерни измервателни уреди (точност ±0,1 mm);
• Избягвайте температурни колебания >±2°C, за да предотвратите увеличаване на плътността на дислокациите (цел ≤10³/cm²).

IV. Проверка на качеството и ключови показатели‌

В. Протоколи за околна среда и безопасност‌

1. ‌Третиране на отработените газове‌:

• Отработени газове от печене: Неутрализирайте SO₂ и SeO₂ с NaOH скрубери (pH≥10);
• Отработени газове от вакуумна дестилация: Кондензирайте и възстановете Te парите; остатъчни газове, адсорбирани чрез активен въглен.

1. ‌Рециклиране на шлака‌:

• Анодна слуз (съдържаща Ag, Au): Възстановяване чрез хидрометалургия (система H2SO4-HCl);
• Остатъци от електролиза (съдържащи Pb, Cu): Връщане в системите за топене на мед.

1. ‌Мерки за безопасност‌:

• Операторите трябва да носят противогази (парите Te са токсични); поддържайте вентилация с отрицателно налягане (скорост на въздухообмен ≥10 цикъла/ч) .

Указания за оптимизиране на процеси

1. ‌Адаптиране на суровината‌: Регулиране на температурата на печене и киселинното съотношение динамично въз основа на източници на анодна тиня (напр. топене на мед срещу олово);
2. ‌Съвпадение на скоростта на изтегляне на кристали‌: Регулирайте скоростта на изтегляне според конвекцията на стопилката (число на Рейнолдс Re≥2000), за да потиснете конституционалното преохлаждане;
3. ‌Енергийна ефективност‌: Използвайте нагряване с двойна температурна зона (главна зона 500°C, подзона 400°C), за да намалите консумацията на електроенергия с графитно съпротивление с 30%.