Ανάπτυξη και καθαρισμός κρυστάλλων τελλουρίου 7N

Ανάπτυξη και καθαρισμός κρυστάλλων τελλουρίου 7N

I. Προεπεξεργασία πρώτων υλών και προκαταρκτικός καθαρισμός

1. ‌Επιλογή πρώτων υλών και σύνθλιψη‌

• ‌Απαιτήσεις Υλικών‌: Χρησιμοποιήστε μετάλλευμα τελλουρίου ή λάσπη ανόδου (περιεκτικότητα σε Te ≥5%), κατά προτίμηση λάσπη ανόδου τήξης χαλκού (που περιέχει Cu₂Te, Cu₂Se) ως πρώτη ύλη.
• ‌Διαδικασία προεπεξεργασίας‌:
• Χονδροειδής θραύση σε μέγεθος σωματιδίων ≤5 mm, ακολουθούμενη από άλεση με σφαιρίδια σε μέγεθος ≤200 mesh.
• Μαγνητικός διαχωρισμός (ένταση μαγνητικού πεδίου ≥0,8T) για την απομάκρυνση Fe, Ni και άλλων μαγνητικών ακαθαρσιών.
• Επίπλευση αφρού (pH=8-9, συλλέκτες ξανθικού) για τον διαχωρισμό SiO₂, CuO και άλλων μη μαγνητικών ακαθαρσιών.
• ‌Προφυλάξεις‌: Αποφύγετε την εισαγωγή υγρασίας κατά την υγρή προεπεξεργασία (απαιτείται στέγνωμα πριν από το ψήσιμο). Ελέγξτε την υγρασία περιβάλλοντος ≤30%.

1. ‌Πυρομεταλλουργική Φρύξη και Οξείδωση‌

• ‌Παράμετροι διεργασίας‌:
• Θερμοκρασία οξείδωσης με φρύξη: 350–600°C (σταδιακός έλεγχος: χαμηλή θερμοκρασία για αποθείωση, υψηλή θερμοκρασία για οξείδωση).
• Χρόνος ψησίματος: 6–8 ώρες, με ρυθμό ροής O₂ 5–10 L/min.
• Αντιδραστήριο: Πυκνό θειικό οξύ (98% H₂SO₄), αναλογία μάζας Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Χημική Αντίδραση‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Προφυλάξεις‌: Ελέγξτε τη θερμοκρασία ≤600°C για να αποτρέψετε την εξάτμιση του TeO₂ (σημείο βρασμού 387°C). Επεξεργαστείτε τα καυσαέρια με πλυντρίδες NaOH.

‌II. Ηλεκτροδιύλιση και απόσταξη κενού‌

1. ‌Ηλεκτροδιύλιση‌

• ‌Σύστημα ηλεκτρολυτών‌:
• Σύνθεση ηλεκτρολυτών: H₂SO₄ (80–120g/L), TeO₂ (40–60g/L), πρόσθετο (ζελατίνη 0,1–0,3g/L).
• Έλεγχος θερμοκρασίας: 30–40°C, ρυθμός ροής κυκλοφορίας 1,5–2 m³/h.
• ‌Παράμετροι διεργασίας‌:
• Πυκνότητα ρεύματος: 100–150 A/m², τάση στοιχείου 0,2–0,4V;
• Απόσταση ηλεκτροδίων: 80–120 mm, πάχος εναπόθεσης καθόδου 2–3 mm/8 ώρες.
• Αποδοτικότητα αφαίρεσης ακαθαρσιών: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Προφυλάξεις‌: Φιλτράρετε τακτικά τον ηλεκτρολύτη (ακρίβεια ≤1μm)· γυαλίστε μηχανικά τις επιφάνειες της ανόδου για να αποτρέψετε την παθητικοποίηση.

1. ‌Απόσταξη κενού‌

• ‌Παράμετροι διεργασίας‌:
• Επίπεδο κενού: ≤1×10⁻²Pa, θερμοκρασία απόσταξης 600–650°C;
• Θερμοκρασία ζώνης συμπυκνωτή: 200–250°C, απόδοση συμπύκνωσης ατμών Te ≥95%;
• Χρόνος απόσταξης: 8–12 ώρες, χωρητικότητα μίας παρτίδας ≤50kg.
• ‌Κατανομή προσμίξεων‌: Οι ακαθαρσίες χαμηλού σημείου βρασμού (Se, S) συσσωρεύονται στο μέτωπο του συμπυκνωτή. Οι ακαθαρσίες υψηλού σημείου βρασμού (Pb, Ag) παραμένουν στα υπολείμματα.
• ‌Προφυλάξεις‌: Προ-αντλήστε το σύστημα κενού σε ≤5×10⁻³Pa πριν από τη θέρμανση για να αποτρέψετε την οξείδωση Te.

III. Ανάπτυξη Κρυστάλλων (Κατευθυνόμενη Κρυστάλλωση)

1. ‌Διαμόρφωση εξοπλισμού‌

• ‌Μοντέλα Φούρνου Ανάπτυξης Κρυστάλλων‌: TDR-70A/B (χωρητικότητα 30 kg) ή TRDL-800 (χωρητικότητα 60 kg)
• Υλικό χωνευτηρίου: Γραφίτης υψηλής καθαρότητας (περιεκτικότητα σε τέφρα ≤5ppm), διαστάσεις Φ300×400mm;
• Μέθοδος θέρμανσης: Θέρμανση με αντίσταση γραφίτη, μέγιστη θερμοκρασία 1200°C.

1. ‌Παράμετροι διεργασίας‌

• ‌Έλεγχος τήξης‌:
• Θερμοκρασία τήξης: 500–520°C, βάθος δεξαμενής τήξης 80–120mm;
• Προστατευτικό αέριο: Ar (καθαρότητα ≥99,999%), ρυθμός ροής 10–15 L/min.
• ‌Παράμετροι κρυστάλλωσης‌:
• Ρυθμός τραβήγματος: 1–3mm/h, ταχύτητα περιστροφής κρυστάλλου 8–12rpm;
• Κλίση θερμοκρασίας: Αξονική 30–50°C/cm, ακτινική ≤10°C/cm;
• Μέθοδος ψύξης: Υδρόψυκτη βάση από χαλκό (θερμοκρασία νερού 20–25°C), ψύξη με ακτινοβολία από πάνω.

1. ‌Έλεγχος ακαθαρσιών‌

• ‌Επίδραση Διαχωρισμού‌: Ακαθαρσίες όπως Fe, Ni (συντελεστής διαχωρισμού <0,1) συσσωρεύονται στα όρια των κόκκων.
• ‌Κύκλοι επανατήξης‌: 3–5 κύκλοι, τελικές συνολικές ακαθαρσίες ≤0,1ppm.

1. ‌Προφυλάξεις‌:

• Καλύψτε την επιφάνεια τήξης με πλάκες γραφίτη για να καταστείλετε την εξάτμιση Te (ποσοστό απώλειας ≤0,5%).
• Παρακολουθήστε τη διάμετρο του κρυστάλλου σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας μετρητές λέιζερ (ακρίβεια ±0,1 mm).
• Αποφύγετε τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας >±2°C για να αποτρέψετε την αύξηση της πυκνότητας εξάρθρωσης (στόχος ≤10³/cm²).

‌IV. Επιθεώρηση Ποιότητας και Βασικά Μετρήματα‌

‌V. Πρωτόκολλα Περιβάλλοντος και Ασφάλειας‌

1. ‌Επεξεργασία καυσαερίων‌:

• Καυσαέρια ψησίματος: Εξουδετερώστε το SO₂ και το SeO₂ με πλυντρίδες NaOH (pH≥10).
• Εξάτμιση απόσταξης κενού: Συμπύκνωση και ανάκτηση ατμών Te· υπολειμματικά αέρια προσροφημένα μέσω ενεργού άνθρακα.

1. ‌Ανακύκλωση σκωρίας‌:

• Λάσπη ανόδου (που περιέχει Ag, Au): Ανάκτηση μέσω υδρομεταλλουργίας (σύστημα H₂SO₄-HCl).
• Υπολείμματα ηλεκτρόλυσης (που περιέχουν Pb, Cu): Επιστροφή σε συστήματα τήξης χαλκού.

1. ‌Μέτρα ασφαλείας‌:

• Οι χειριστές πρέπει να φορούν μάσκες αερίων (οι ατμοί Te είναι τοξικοί)· να διατηρούν αερισμό αρνητικής πίεσης (ρυθμός εναλλαγής αέρα ≥10 κύκλοι/ώρα).

Οδηγίες Βελτιστοποίησης Διαδικασιών

1. ‌Προσαρμογή πρώτων υλών‌: Προσαρμόστε δυναμικά τη θερμοκρασία ψησίματος και την αναλογία οξέος με βάση τις πηγές λάσπης ανόδου (π.χ., τήξη χαλκού έναντι τήξης μολύβδου).
2. ‌Ταίριασμα ρυθμού τραβήγματος κρυστάλλου‌: Προσαρμόστε την ταχύτητα έλξης σύμφωνα με τη συναγωγή τήγματος (αριθμός Reynolds Re≥2000) για να καταστείλετε την ιδιοσυστατική υπερψύξη.
3. ‌Ενεργειακή ΑπόδοσηΧρησιμοποιήστε θέρμανση ζώνης διπλής θερμοκρασίας (κύρια ζώνη 500°C, δευτερεύουσα ζώνη 400°C) για να μειώσετε την κατανάλωση ενέργειας της αντίστασης γραφίτη κατά 30%.