7n Crecimiento y purificación del cristal de Tellurium

7n Crecimiento y purificación del cristal de Tellurium

I. Pretratamiento de materia prima y purificación preliminar‌

1. ‌Selección de materia prima y trituración‌

• ‌Requisitos materiales‌: Use el mineral de telurio o limo anódico (contenido de TE ≥5%), preferiblemente limo de fundición de cobre (que contiene cu₂te, cu₂se) como materia prima.
• ‌Proceso de pretratamiento‌:
• Trituración gruesa al tamaño de partícula ≤5 mm, seguido de molienda de bolas a ≤200 malla;
• Separación magnética (intensidad del campo magnético ≥0.8t) para eliminar Fe, Ni y otras impurezas magnéticas;
• Flotación de espuma (pH = 8-9, coleccionistas xantato) para separar sio₂, Cuo y otras impurezas no magnéticas.
• ‌Precauciones‌: Evite introducir la humedad durante el pretratamiento húmedo (requiere secar antes de asar); Control de humedad ambiental ≤30%.

1. ‌Tostado pirometalúrgico y oxidación‌

• ‌Parámetros de proceso‌:
• Temperatura de tostado de oxidación: 350–600 ° C (control escenificado: baja temperatura para la desulfuración, alta temperatura para la oxidación);
• Tiempo de tostado: 6–8 horas, con caudal O₂ de 5–10 l/min;
• Reactivo: ácido sulfúrico concentrado (98% H₂so₄), relación de masa te₂so₄ = 1: 1.5.
• ‌Reacción química‌:
  CU2TE+2O2+2H2SO4 → 2CUSO4+TEO2+2H2OCU2 TE+2O2+2H2 SO4 → 2CUSO4+TEO2+2H2 O
• ‌Precauciones‌: temperatura de control ≤600 ° C para evitar la volatilización de Teo₂ (punto de ebullición 387 ° C); Trate los gases de escape con los depuradores de NaOH.

‌Ii. Electrorefinición y destilación al vacío‌

1. ‌Electrorefinimiento‌

• ‌Sistema electrolítico‌:
• Composición de electrolitos: H₂so₄ (80–120g/L), Teo₂ (40–60g/L), aditivo (gelatina 0.1–0.3g/l);
• Control de temperatura: 30–40 ° C, caudal de circulación 1.5–2 m³/h.
• ‌Parámetros de proceso‌:
• Densidad de corriente: 100–150 A/m², voltaje de celda 0.2-0.4V;
• Espaciado de electrodos: 80-120 mm, espesor de deposición del cátodo 2–3 mm/8h;
• Eficiencia de eliminación de impurezas: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Precauciones‌: Filtre regularmente electrolito (precisión ≤1 μm); Mecánicamente pulir las superficies del ánodo para evitar la pasivación.

1. ‌Destilación al vacío‌

• ‌Parámetros de proceso‌:
• Nivel de vacío: ≤1 × 10⁻²Pa, temperatura de destilación 600–650 ° C;
• Temperatura de la zona del condensador: 200–250 ° C, eficiencia de condensación de vapor TE ≥95%;
• Tiempo de destilación: 8–12h, capacidad de lote único ≤50 kg.
• ‌Distribución de impurezas‌: Se acumulan impurezas (SE, S) bajas en el frente del condensador; Las impurezas de alto ebullición (PB, AG) permanecen en residuos.
• ‌Precauciones‌: sistema de vacío previo a la bomba a ≤5 × 10⁻³Pa antes de calentar para evitar la oxidación de TE.

‌Iii. Crecimiento cristalino (cristalización direccional) ‌

1. ‌Configuración de equipos‌

• ‌Modelos de horno de crecimiento de cristales‌: TDR-70A/B (capacidad de 30 kg) o TRDL-800 (capacidad de 60 kg);
• Material de crisol: grafito de alta pureza (contenido de cenizas ≤5ppm), dimensiones φ300 × 400 mm;
• Método de calentamiento: calentamiento de resistencia al grafito, temperatura máxima 1200 ° C.

1. ‌Parámetros de proceso‌

• ‌Control de fusión‌:
• Temperatura de fusión: 500–520 ° C, profundidad de la piscina de fusión 80–120 mm;
• Gas protector: AR (pureza ≥99.999%), caudal 10-15 L/min.
• ‌Parámetros de cristalización‌:
• Velocidad de tracción: 1–3 mm/h, velocidad de rotación de cristal 8–12 rpm;
• Gradiente de temperatura: axial 30–50 ° C/cm, radial ≤10 ° C/cm;
• Método de enfriamiento: base de cobre refrigerada por agua (temperatura del agua 20–25 ° C), enfriamiento radiativo superior.

1. ‌Control de impureza‌

• ‌Efecto de segregación‌: impurezas como Fe, Ni (coeficiente de segregación <0.1) se acumulan en los límites de grano;
• ‌Ciclos de remel‌: 3–5 ciclos, impurezas totales finales ≤0.1ppm.

1. ‌Precauciones‌:

• Cubra la superficie de la fundición con placas de grafito para suprimir la volatilización de TE (tasa de pérdida ≤0.5%);
• Monitoree el diámetro del cristal en tiempo real con medidores láser (precisión ± 0.1 mm);
• Evite las fluctuaciones de temperatura> ± 2 ° C para evitar el aumento de la densidad de dislocación (objetivo ≤10³/cm²).

‌Iv. Inspección de calidad y métricas clave‌

‌V. Protocolos ambientales y de seguridad‌

1. ‌Tratamiento de gases de escape‌:

• Escape de tostado: neutralizar SO₂ y SEO₂ con depuradores de NaOH (ph≥10);
• Escape de destilación al vacío: condensar y recuperar el vapor TE; Los gases residuales adsorbidos a través del carbono activado.

1. ‌Reciclaje de escoria‌:

• Slime anode (que contiene Ag, Au): recuperarse a través de Hydrometallurgy (sistema H₂so₄-HCl);
• Residuos de electrólisis (que contiene Pb, Cu): regreso a los sistemas de fundición de cobre.

1. ‌Medidas de seguridad‌:

• Los operadores deben usar máscaras de gas (TE Vapor es tóxico); Mantenga la ventilación de presión negativa (tasa de cambio de aire ≥10 ciclos/h).

‌ Directrices de optimización del proceso‌

1. ‌Adaptación de materia prima‌: Ajuste la temperatura del tostado y la relación ácido basada dinámicamente en fuentes de limo del ánodo (por ejemplo, fundición de cobre frente a plomo);
2. ‌Matriota de la velocidad de extracción de cristal‌: Ajuste la velocidad de extracción de acuerdo con la convección de fusión (número de Reynolds RE≥2000) para suprimir el sobreenfriamiento constitucional;
3. ‌Eficiencia energética‌: Use el calentamiento de la zona de doble temperatura (zona principal 500 ° C, subzona 400 ° C) para reducir el consumo de energía de resistencia al grafito en un 30%.