7N telluriumkrystallvekst og rensing

7N telluriumkrystallvekst og rensing

I. Forbehandling og innledende rensing av råmaterialer

1. ‌Valg og knusing av råvarer‌

• ‌MaterialkravBruk tellurmalm eller anodeslam (Te-innhold ≥5 %), helst anodeslam for kobbersmelting (som inneholder Cu₂Te, Cu₂Se) som råmateriale.
• ‌Forbehandlingsprosess‌:
• Grovknusing til partikkelstørrelse ≤5 mm, etterfulgt av kulemalsing til ≤200 mesh;
• Magnetisk separasjon (magnetfeltintensitet ≥0,8T) for å fjerne Fe, Ni og andre magnetiske urenheter;
• Skumflotasjon (pH=8–9, xantatkollektorer) for å separere SiO₂, CuO og andre ikke-magnetiske urenheter.
• ‌ForholdsreglerUnngå å tilføre fuktighet under våt forbehandling (krever tørking før steking); kontroller omgivelsesfuktigheten til ≤30 %.

1. ‌Pyrometallurgisk steking og oksidasjon‌

• ‌Prosessparametere‌:
• Oksidasjonsristingstemperatur: 350–600 °C (trinnvis kontroll: lav temperatur for avsvovling, høy temperatur for oksidasjon);
• Steketid: 6–8 timer, med O₂-strømningshastighet på 5–10 l/min;
• Reagens: Konsentrert svovelsyre (98 % H₂SO₄), masseforhold Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Kjemisk reaksjon‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌ForholdsreglerKontrolltemperatur ≤600 °C for å forhindre fordampning av TeO₂ (kokepunkt 387 °C); behandle eksosgassen med NaOH-skrubbere.

II. Elektroraffinering og vakuumdestillasjon

1. ‌Elektroraffinering‌

• ‌Elektrolyttsystem‌:
• Elektrolyttsammensetning: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), tilsetningsstoff (gelatin 0,1–0,3 g/L);
• Temperaturkontroll: 30–40 °C, sirkulasjonsstrømningshastighet 1,5–2 m³/t.
• ‌Prosessparametere‌:
• Strømtetthet: 100–150 A/m², cellespenning 0,2–0,4 V;
• Elektrodeavstand: 80–120 mm, katodeavsetningstykkelse 2–3 mm/8t;
• Effektivitet for fjerning av urenheter: Cu ≤5 ppm, Pb ≤1 ppm.
• ‌ForholdsreglerFiltrer elektrolytten regelmessig (nøyaktighet ≤1 μm); poler anodeoverflatene mekanisk for å forhindre passivering.

1. ‌Vakuumdestillasjon‌

• ‌Prosessparametere‌:
• Vakuumnivå: ≤1×10⁻²Pa, destillasjonstemperatur 600–650 °C;
• Temperatur i kondensatorsone: 200–250 °C, Te-dampkondensasjonseffektivitet ≥95 %;
• Destillasjonstid: 8–12 timer, enkeltbatchkapasitet ≤50 kg.
• ‌Fordeling av urenheterLavtkokende urenheter (Se, S) akkumuleres på kondensatorfronten; høytkokende urenheter (Pb, Ag) forblir i rester.
• ‌ForholdsreglerForpumpe vakuumsystemet til ≤5 × 10⁻³Pa før oppvarming for å forhindre Te-oksidasjon.

III. Krystallvekst (retningsbestemt krystallisering)

1. ‌Utstyrskonfigurasjon‌

• ‌KrystallvekstovnsmodellerTDR-70A/B (30 kg kapasitet) eller TRDL-800 (60 kg kapasitet);
• Digelmateriale: Høyren grafitt (askeinnhold ≤5 ppm), dimensjoner Φ300 × 400 mm;
• Oppvarmingsmetode: Grafittmotstandsoppvarming, makstemperatur 1200 °C.

1. ‌Prosessparametere‌

• ‌Smeltekontroll‌:
• Smeltetemperatur: 500–520 °C, smeltedybde 80–120 mm;
• Beskyttelsesgass: Ar (renhet ≥99,999 %), strømningshastighet 10–15 L/min.
• ‌Krystalliseringsparametere‌:
• Trekkhastighet: 1–3 mm/t, krystallrotasjonshastighet 8–12 o/min;
• Temperaturgradient: Aksial 30–50 °C/cm, radial ≤10 °C/cm;
• Kjølemetode: Vannkjølt kobberbase (vanntemperatur 20–25 °C), strålingskjøling øverst.

1. ‌Kontroll av urenhet‌

• ‌SegregeringseffektUrenheter som Fe, Ni (segregeringskoeffisient <0,1) akkumuleres ved korngrenser;
• ‌Omsmeltingssykluser3–5 sykluser, endelige totale urenheter ≤0,1 ppm.

1. ‌Forholdsregler‌:

• Dekk smelteoverflaten med grafittplater for å undertrykke Te-flyktighet (taprate ≤0,5%);
• Overvåk krystalldiameter i sanntid ved hjelp av lasermålere (nøyaktighet ±0,1 mm);
• Unngå temperatursvingninger >±2 °C for å forhindre økning i dislokasjonstetthet (mål ≤10³/cm²).

IV. Kvalitetsinspeksjon og nøkkeltall

V. Miljø- og sikkerhetsprotokoller

1. ‌Avgassbehandling‌:

• Risting av eksos: Nøytraliser SO₂ og SeO₂ med NaOH-skrubbere (pH≥10);
• Vakuumdestillasjonsavtrekk: Kondenser og gjenvinn Te-damp; restgasser adsorberes via aktivt karbon.

1. ‌Slagggjenvinning‌:

• Anodeslim (inneholder Ag, Au): Gjenvinnes via hydrometallurgi (H₂SO₄-HCl-system);
• Elektrolyserester (som inneholder Pb, Cu): Retur til kobbersmelteanlegg.

1. ‌Sikkerhetstiltak‌:

• Operatører må bruke gassmasker (Te-damp er giftig); opprettholde negativt trykkventilasjon (luftutskiftningshastighet ≥10 sykluser/t).

Retningslinjer for prosessoptimalisering

1. ‌Tilpasning av råmaterialerJuster steketemperatur og syreforhold dynamisk basert på anodeslimkilder (f.eks. kobber- vs. blysmelting);
2. ‌KrystalltrekkingshastighetsmatchingJuster trekkhastigheten i henhold til smeltekonveksjon (Reynolds-tall Re≥2000) for å undertrykke konstitusjonell underkjøling;
3. ‌EnergieffektivitetBruk oppvarming med to temperaturer i sonen (hovedsone 500 °C, undersone 400 °C) for å redusere strømforbruket til grafittmotstanden med 30 %.