7N Telluurikiteiden kasvatus ja puhdistus

7N Telluurikiteiden kasvatus ja puhdistus

I. Raaka-aineiden esikäsittely ja alustava puhdistus

1. ‌Raaka-aineiden valinta ja murskaus‌

• ‌Materiaalivaatimukset‌: Käytä raaka-aineena telluurimalmia tai anodilietettä (Te-pitoisuus ≥5 %), mieluiten kuparin sulatuksessa käytettyä anodilietettä (sisältää Cu₂Te:tä ja Cu₂Se:tä).
• ‌Esikäsittelyprosessi‌:
• Karkea murskaus ≤ 5 mm:n hiukkaskokoon, minkä jälkeen jauhatus kuulajauhatuksella ≤ 200 meshin kokoon;
• Magneettinen erottelu (magneettikentän voimakkuus ≥0,8 T) Fe:n, Ni:n ja muiden magneettisten epäpuhtauksien poistamiseksi;
• Vaahdotus (pH = 8-9, ksantaattikeräimet) SiO₂:n, CuO:n ja muiden ei-magneettisten epäpuhtauksien erottamiseksi.
• ‌VarotoimenpiteetVältä kosteuden pääsyä märän esikäsittelyn aikana (vaatii kuivauksen ennen paahtamista); pidä ympäristön kosteus ≤30 %.

1. ‌Pyrometallurginen pasutus ja hapetus‌

• ‌Prosessiparametrit‌:
• Hapettumispasutuslämpötila: 350–600 °C (porrastettu säätö: matala lämpötila rikinpoistoa varten, korkea lämpötila hapetusta varten);
• Paahtoaika: 6–8 tuntia, O₂-virtausnopeudella 5–10 l/min;
• Reagenssi: Väkevä rikkihappo (98 % H₂SO₄), massasuhde Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Kemiallinen reaktio‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2+2H2​SO4​→2CuSO4+TeO2​+2H2​O
• ‌Varotoimenpiteet‌: Säädä lämpötilaa ≤ 600 °C:ssa TeO₂:n haihtumisen estämiseksi (kiehumispiste 387 °C); käsittele pakokaasu NaOH-pesureilla.

II. Elektrolyyttinen puhdistus ja tyhjötislaus

1. ‌Elektrolyyttinen puhdistus‌

• ‌Elektrolyyttijärjestelmä‌:
• Elektrolyyttikoostumus: H₂SO₄ (80–120 g/l), TeO₂ (40–60 g/l), lisäaine (gelatiini 0,1–0,3 g/l);
• Lämpötilan säätö: 30–40 °C, kiertoilman virtausnopeus 1,5–2 m³/h.
• ‌Prosessiparametrit‌:
• Virrantiheys: 100–150 A/m², kennojännite 0,2–0,4 V;
• Elektrodiväli: 80–120 mm, katodin kerrostumispaksuus 2–3 mm/8 h;
• Epäpuhtauksien poistotehokkuus: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌VarotoimenpiteetSuodata elektrolyytti säännöllisesti (tarkkuus ≤1 μm); kiillota anodin pinnat mekaanisesti passivoinnin estämiseksi.

1. ‌Tyhjiötislaus‌

• ‌Prosessiparametrit‌:
• Tyhjiötaso: ≤1×10⁻²Pa, tislauslämpötila 600–650 °C;
• Lauhdutinvyöhykkeen lämpötila: 200–250 °C, Te-höyryn lauhdutustehokkuus ≥95 %;
• Tislausaika: 8–12 h, yksittäisen erän kapasiteetti ≤50 kg.
• ‌Epäpuhtauksien jakautuminenMatalalla kiehuvat epäpuhtaudet (Se, S) kerääntyvät lauhduttimen etuosaan; korkealla kiehuvat epäpuhtaudet (Pb, Ag) jäävät jäänteisiin.
• ‌Varotoimenpiteet‌: Esipumppaa tyhjiöjärjestelmä ≤5 × 10⁻³Pa:iin ennen lämmitystä Te:n hapettumisen estämiseksi.

III. Kiteen kasvu (Suunnattu kiteytyminen)

1. ‌Laitteiden kokoonpano‌

• ‌Kiteenkasvatusuunin mallit‌: TDR-70A/B (30 kg:n kapasiteetti) tai TRDL-800 (60 kg:n kapasiteetti);
• Upokkaan materiaali: Erittäin puhdasta grafiittia (tuhkapitoisuus ≤5 ppm), mitat Φ300 × 400 mm;
• Lämmitysmenetelmä: Grafiittivastuslämmitys, maksimilämpötila 1200 °C.

1. ‌Prosessiparametrit‌

• ‌Sulamisen hallinta‌:
• Sulamislämpötila: 500–520 °C, sula-altaan syvyys 80–120 mm;
• Suojakaasu: Ar (puhtaus ≥99,999 %), virtausnopeus 10–15 l/min.
• ‌Kiteytymisparametrit‌:
• Vetonopeus: 1–3 mm/h, kiteen pyörimisnopeus 8–12 rpm;
• Lämpötilagradientti: Aksiaalinen 30–50 °C/cm, radiaalinen ≤10 °C/cm;
• Jäähdytysmenetelmä: Vesijäähdytteinen kuparijalusta (veden lämpötila 20–25 °C), ylhäältä säteilyjäähdytys.

1. ‌Epäpuhtauksien hallinta‌

• ‌SegregaatiovaikutusEpäpuhtaudet, kuten Fe ja Ni (erottelukerroin <0,1), kerääntyvät raerajoille;
• ‌Uudelleensulatusjaksot‌: 3–5 sykliä, lopulliset epäpuhtaudet ≤0,1 ppm.

1. ‌Varotoimenpiteet‌:

• Peitä sulan pinta grafiittilevyillä Te:n haihtumisen estämiseksi (hävikkiaste ≤0,5%).
• Seuraa kiteen halkaisijaa reaaliajassa lasermittareilla (tarkkuus ±0,1 mm);
• Vältä yli ±2 °C:n lämpötilanvaihteluita dislokaatiotiheyden kasvun estämiseksi (tavoite ≤ 10³/cm²).

IV. Laaduntarkastus ja keskeiset mittarit

V. Ympäristö- ja turvallisuusprotokollat

1. ‌Pakokaasujen käsittely‌:

• Paahdon poistokaasut: Neutraloi SO₂ ja SeO₂ NaOH-pesureilla (pH ≥ 10);
• Tyhjiötislauksen poistokaasu: Tiivistää ja ottaa talteen Te-höyryn; aktiivihiilen avulla adsorboituneet jäännöskaasut.

1. ‌Kuonan kierrätys‌:

• Anodiliete (sisältää Ag:ta ja Au:ta): Otetaan talteen hydrometallurgialla (H₂SO₄-HCl-systeemillä);
• Elektrolyysijäännökset (sisältävät lyijyä ja kuparia): Palautus kuparin sulatusjärjestelmiin.

1. ‌Turvatoimenpiteet‌:

• Käyttäjien on käytettävä kaasunaamioita (höyryt ovat myrkyllisiä); ylläpidettävä alipaineista ilmanvaihtoa (ilmanvaihtonopeus ≥10 sykliä/h).

Prosessien optimoinnin ohjeet

1. ‌Raaka-aineiden sopeutuminenSäädä paahtolämpötilaa ja happosuhdetta dynaamisesti anodilietteen lähteiden perusteella (esim. kuparin vs. lyijyn sulatus);
2. ‌Kristallin vetonopeuden yhteensovitusSäädä vetonopeutta sulan konvektion mukaan (Reynoldsin luku Re≥2000) perustuslaillisen alijäähtymisen estämiseksi.
3. ‌Energiatehokkuus‌: Käytä kahden lämpötilan vyöhykelämmitystä (päävyöhyke 500 °C, alivyöhyke 400 °C) vähentääksesi grafiittivastuksen virrankulutusta 30 %.