7N растеж и пречистване на телурови кристали

7N растеж и пречистване на телурови кристали

I. Предварителна обработка и предварително пречистване на суровините

1. ‌Избор на суровини и смилане‌

• ‌Материални изисквания‌: 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 мм, последвано от топково смилане до ≤200 меша;
• Магнитно разделяне (интензитет на магнитното поле ≥0.8T) за отстраняване на Fe, Ni и други магнитни примеси;
• Пенна флотация (pH=8-9, ксантатни колектори) за отделяне на SiO₂, CuO и други немагнитни примеси.
• ‌Предпазни меркиИзбягвайте навлизането на влага по време на предварителна мокра обработка (изисква сушене преди печене); контролирайте влажността на околната среда ≤30%.

1. ‌Пирометалургично печене и окисление‌

• ‌Параметри на процеса:
• Температура на окислително печене: 350–600°C (поетапен контрол: ниска температура за десулфуризация, висока температура за окисление);
• Време за печене: 6–8 часа, с дебит на O₂ от 5–10 л/мин;
• Реагент: Концентрирана сярна киселина (98% H₂SO₄), масово съотношение Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Химична реакция:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Предпазни меркиКонтролирайте температурата ≤600°C, за да предотвратите изпаряването на TeO₂ (точка на кипене 387°C); третирайте отработените газове със скрубери с NaOH.

II. Електрорафиниране и вакуумна дестилация

1. ‌Електрорафиниране‌

• ‌Електролитна система:
• Състав на електролита: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), добавка (желатин 0,1–0,3 g/L);
• Контрол на температурата: 30–40°C, дебит на циркулацията 1,5–2 м³/ч.
• ‌Параметри на процеса:
• Плътност на тока: 100–150 A/m², напрежение на клетката 0,2–0,4V;
• Разстояние между електродите: 80–120 мм, дебелина на катодното отлагане 2–3 мм/8 часа;
• Ефективност на отстраняване на примеси: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Предпазни меркиРедовно филтрирайте електролита (точност ≤1μm); полирайте механично анодните повърхности, за да предотвратите пасивация.

1. ‌Вакуумна дестилация‌

• ‌Параметри на процеса:
• Ниво на вакуум: ≤1×10⁻²Pa, температура на дестилация 600–650°C;
• Температура на кондензаторната зона: 200–250°C, ефективност на кондензация на парите на Te ≥95%;
• Време за дестилация: 8–12 часа, капацитет на единична партида ≤50 кг.
• ‌Разпределение на примеситеНискокипящите примеси (Se, S) се натрупват на фронта на кондензатора; висококипящите примеси (Pb, Ag) остават в остатъците.
• ‌Предпазни мерки‌: Преди нагряване, предварително напомпайте вакуумната система до ≤5×10⁻³Pa, за да предотвратите окисляването на Te.

III. Растеж на кристали (насочена кристализация)

1. ‌Конфигурация на оборудването‌

• ‌Модели на пещи за растеж на кристалиTDR-70A/B (капацитет 30 кг) или TRDL-800 (капацитет 60 кг);
• Материал на тигела: Графит с висока чистота (съдържание на пепел ≤5 ppm), размери Φ300×400 мм;
• 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: 1–3 мм/ч, скорост на въртене на кристала 8–12 об/мин;
• 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), горно радиационно охлаждане.

1. ‌Контрол на примесите‌

• ‌Ефект на сегрегацияПримеси като Fe, Ni (коефициент на сегрегация <0,1) се натрупват по границите на зърната;
• ‌Цикли на претопяване3–5 цикъла, крайни общи примеси ≤0,1 ppm.

1. ‌Предпазни мерки:

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

IV. Проверка на качеството и ключови показатели

V. Протоколи за опазване на околната среда и безопасността

1. ‌Пречистване на отработените газове:

• Отработени газове от печене: Неутрализирайте SO₂ и SeO₂ с NaOH скрубери (pH ≥ 10);
• Отработени газове от вакуумна дестилация: Кондензиране и възстановяване на парите на Te; остатъчните газове се адсорбират чрез активен въглен.

1. ‌Рециклиране на шлака:

• Аноден шлам (съдържащ Ag, Au): Възстановява се 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 на Te са токсични); да поддържат вентилация с отрицателно налягане (скорост на обмен на въздух ≥10 цикъла/ч).

‌Насоки за оптимизиране на процесите‌

1. ‌Адаптиране на суровините‌: Динамично регулирайте температурата на печене и киселинното съотношение въз основа на източниците на аноден шлам (напр. топене на мед срещу олово);
2. ‌Съвпадение на скоростта на издърпване на кристали‌: Регулирайте скоростта на издърпване според конвекцията на стопилката (число на Рейнолдс Re≥2000), за да потиснете конституционното преохлаждане;
3. ‌Енергийна ефективностИзползвайте зоново нагряване с две температури (основна зона 500°C, подзона 400°C), за да намалите консумацията на енергия на графитните резисти с 30%.