7N telūra kristālu audzēšana un attīrīšana

7N telūra kristālu audzēšana un attīrīšana

I. Izejvielu pirmapstrāde un sākotnējā attīrīšana

1. ‌Izejvielu izvēle un sasmalcināšana‌

• ‌Materiālās prasībasKā izejvielu izmantojiet telūra rūdu vai anoda gļotas (Te saturs ≥5%), vēlams vara kausēšanas anoda gļotas (satur Cu₂Te, Cu₂Se).
• ‌Priekšapstrādes process‌:
• Rupja drupināšana līdz daļiņu izmēram ≤5 mm, kam seko lodīšu malšana līdz ≤200 mesh;
• Magnētiskā atdalīšana (magnētiskā lauka intensitāte ≥0,8 T) Fe, Ni un citu magnētisko piemaisījumu atdalīšanai;
• Putu flotācija (pH = 8–9, ksantāta kolektori), lai atdalītu SiO₂, CuO un citus nemagnētiskus piemaisījumus.
• ‌Piesardzības pasākumiMitrās pirmapstrādes laikā jāizvairās no mitruma ievadīšanas (pirms apdedzināšanas nepieciešama žāvēšana); apkārtējā gaisa mitrums nedrīkst pārsniegt 30 %.

1. ‌Pirometalurģiskā apdedzināšana un oksidēšana‌

• ‌Procesa parametri‌:
• Oksidācijas apdedzināšanas temperatūra: 350–600 °C (pakāpju kontrole: zema temperatūra desulfurizācijai, augsta temperatūra oksidācijai);
• Cepšanas laiks: 6–8 stundas, ar O₂ plūsmas ātrumu 5–10 l/min;
• Reaģents: koncentrēta sērskābe (98% H₂SO₄), masas attiecība Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Ķīmiskā reakcija‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2+2H2​SO4→2CuSO4+TeO2+2H2​O
• ‌Piesardzības pasākumiKontrolēt temperatūru ≤600°C, lai novērstu TeO₂ iztvaikošanu (viršanas temperatūra 387°C); apstrādāt izplūdes gāzes ar NaOH skruberiem.

II. Elektrorafinēšana un vakuuma destilācija

1. ‌Elektrorafinēšana‌

• ‌Elektrolītu sistēma‌:
• Elektrolītu sastāvs: H₂SO₄ (80–120 g/l), TeO₂ (40–60 g/l), piedeva (želatīns 0,1–0,3 g/l);
• Temperatūras kontrole: 30–40 °C, cirkulācijas plūsmas ātrums 1,5–2 m³/h.
• ‌Procesa parametri‌:
• Strāvas blīvums: 100–150 A/m², elementa spriegums 0,2–0,4 V;
• Elektrodu atstatums: 80–120 mm, katoda uzklāšanas biezums 2–3 mm/8 h;
• Piemaisījumu noņemšanas efektivitāte: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Piesardzības pasākumiRegulāri filtrējiet elektrolītu (precizitāte ≤1 μm); mehāniski pulējiet anoda virsmas, lai novērstu pasivāciju.

1. ‌Vakuuma destilācija‌

• ‌Procesa parametri‌:
• Vakuuma līmenis: ≤1×10⁻²Pa, destilācijas temperatūra 600–650°C;
• Kondensatora zonas temperatūra: 200–250 °C, Te tvaika kondensācijas efektivitāte ≥95%;
• Destilācijas laiks: 8–12 h, vienas partijas ietilpība ≤50 kg.
• ‌Piemaisījumu sadalījumsPiemaisījumi ar zemu viršanas temperatūru (Se, S) uzkrājas kondensatora frontē; piemaisījumi ar augstu viršanas temperatūru (Pb, Ag) paliek atlikumos.
• ‌Piesardzības pasākumiPirms uzsildīšanas vakuuma sistēma jāsasūknē līdz ≤5×10⁻³Pa, lai novērstu Te oksidēšanos.

III. Kristālu augšana (virziena kristalizācija)

1. ‌Iekārtu konfigurācija‌

• ‌Kristālu augšanas krāsns modeļiTDR-70A/B (30 kg celtspēja) vai TRDL-800 (60 kg celtspēja);
• Tīģeļa materiāls: augstas tīrības pakāpes grafīts (pelnu saturs ≤5 ppm), izmēri Φ300 × 400 mm;
• Sildīšanas metode: grafīta pretestības sildīšana, maksimālā temperatūra 1200 °C.

1. ‌Procesa parametri‌

• ‌Kušanas kontrole‌:
• Kušanas temperatūra: 500–520 °C, kausējuma vannas dziļums 80–120 mm;
• Aizsarggāze: Ar (tīrība ≥99,999%), plūsmas ātrums 10–15 l/min.
• ‌Kristalizācijas parametri‌:
• Vilkšanas ātrums: 1–3 mm/h, kristāla rotācijas ātrums 8–12 apgr./min;
• Temperatūras gradients: aksiāls 30–50°C/cm, radiāls ≤10°C/cm;
• Dzesēšanas metode: Ar ūdeni dzesējama vara pamatne (ūdens temperatūra 20–25 °C), augšējā radiācijas dzesēšana.

1. ‌Piemaisījumu kontrole‌

• ‌Segregācijas efektsGraudu robežās uzkrājas tādi piemaisījumi kā Fe, Ni (segregācijas koeficients <0,1);
• ‌Pārkausēšanas cikli‌: 3–5 cikli, kopējais piemaisījumu daudzums ≤0,1 ppm.

1. ‌Piesardzības pasākumi‌:

• Pārklājiet kausējuma virsmu ar grafīta plāksnēm, lai samazinātu Te iztvaikošanu (zudumu līmenis ≤0,5%);
• Kristāla diametra uzraudzība reāllaikā, izmantojot lāzera mērinstrumentus (precizitāte ±0,1 mm);
• Lai novērstu dislokāciju blīvuma palielināšanos (mērķis ≤10³/cm²), izvairieties no temperatūras svārstībām >±2°C.

IV. Kvalitātes pārbaude un galvenie rādītāji

V. Vides un drošības protokoli

1. ‌Izplūdes gāzu attīrīšana‌:

• Apdedzināšanas izplūdes gāzes: neitralizējiet SO₂ un SeO₂ ar NaOH skruberiem (pH≥10);
• Vakuuma destilācijas izplūdes gāzes: kondensē un reģenerē Te tvaikus; atlikušās gāzes adsorbē, izmantojot aktivēto ogli.

1. ‌Izdedžu pārstrāde‌:

• Anoda gļotas (satur Ag, Au): atgūt hidrometalurģijā (H₂SO₄-HCl sistēmā);
• Elektrolīzes atlikumi (satur Pb, Cu): Atgriešanās vara kausēšanas sistēmās.

1. ‌Drošības pasākumi‌:

• Operatoriem jāvalkā gāzmaskas (Te tvaiki ir toksiski); jāuztur negatīvā spiediena ventilācija (gaisa apmaiņas ātrums ≥10 cikli/h).

Procesu optimizācijas vadlīnijas

1. ‌Izejvielu pielāgošanaDinamiski pielāgojiet grauzdēšanas temperatūru un skābju attiecību, pamatojoties uz anoda gļotu avotiem (piemēram, vara vai svina kausēšana);
2. ‌Kristāla vilkšanas ātruma saskaņošanaPielāgojiet vilkšanas ātrumu atbilstoši kausējuma konvekcijai (Reinoldsa skaitlis Re≥2000), lai nomāktu konstitucionālu pārdzesēšanu.
3. ‌EnergoefektivitāteIzmantojiet divu temperatūru zonu sildīšanu (galvenā zona 500 °C, apakšzona 400 °C), lai samazinātu grafīta pretestības enerģijas patēriņu par 30%.