7N tellúr kristálynövekedés és tisztítás

7N tellúr kristálynövekedés és tisztítás

I. Nyersanyag-előkezelés és előzetes tisztítás

1. ‌Nyersanyag-kiválasztás és -zúzás‌

• ‌Anyagkövetelmények‌: Nyersanyagként tellúrércet vagy anódiszapot (Te-tartalom ≥5%), lehetőleg rézolvasztási anódiszapot (Cu₂Te és Cu₂Se tartalmú) használjon.
• ‌Előkezelési folyamat‌:
• Durva aprítás ≤5 mm szemcseméretre, majd golyósmalom ≤200 mesh szemcseméretre;
• Mágneses elválasztás (mágneses térerősség ≥0,8 T) a Fe, Ni és egyéb mágneses szennyeződések eltávolítására;
• Habosító flotáció (pH=8-9, xantátgyűjtők) SiO₂, CuO és egyéb nem mágneses szennyeződések elválasztására.
• ‌Óvintézkedések‌: A nedves előkezelés során kerülje a nedvesség bejutását (pörkölés előtt szárítást igényel); a környezeti páratartalmat ≤30%-on kell szabályozni.

1. ‌Pirometallurgiai pörkölés és oxidáció‌

• ‌Folyamatparaméterek‌:
• Oxidációs pörkölési hőmérséklet: 350–600°C (szakaszos szabályozás: alacsony hőmérséklet a kéntelenítéshez, magas hőmérséklet az oxidációhoz);
• Pörkölési idő: 6–8 óra, 5–10 l/perc O₂ áramlási sebességgel;
• Reagens: Tömény kénsav (98% H₂SO₄), Te₂SO₄ tömegarány = 1:1,5.
• ‌Kémiai reakció‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2Te+2O2+2H2S04→2CuSO4+TeO2+2H2​O
• ‌Óvintézkedések‌: A TeO₂ illékonyságának megakadályozása érdekében a hőmérsékletet ≤600°C-on kell szabályozni (forráspont 387°C); a kipufogógázt NaOH-mosókkal kell kezelni.

II. Elektromos finomítás és vákuumdesztilláció

1. ‌Elektromos finomítás‌

• ‌Elektrolit rendszer‌:
• Elektrolit összetétel: H₂SO₄ (80–120 g/l), TeO₂ (40–60 g/l), adalékanyag (zselatin 0,1–0,3 g/l);
• Hőmérséklet-szabályozás: 30–40°C, keringtetési áramlási sebesség 1,5–2 m³/h.
• ‌Folyamatparaméterek‌:
• Áramsűrűség: 100–150 A/m², cellafeszültség 0,2–0,4 V;
• Elektródatávolság: 80–120 mm, katódlerakódási vastagság 2–3 mm/8 óra;
• Szennyeződés-eltávolítási hatékonyság: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Óvintézkedések‌: Rendszeresen szűrje az elektrolitot (pontosság ≤1 μm); az anódfelületeket mechanikusan polírozza a passziváció megelőzése érdekében.

1. ‌Vákuumdesztilláció‌

• ‌Folyamatparaméterek‌:
• Vákuumszint: ≤1×10⁻²Pa, desztillációs hőmérséklet 600–650°C;
• Kondenzátorzóna hőmérséklete: 200–250°C, Te gőzkondensációs hatékonysága ≥95%;
• Lepárlási idő: 8–12 óra, egyadagos kapacitás ≤50 kg.
• ‌Szennyeződések eloszlásaAz alacsony forráspontú szennyeződések (Se, S) a kondenzátor frontján halmozódnak fel; a magas forráspontú szennyeződések (Pb, Ag) a maradékokban maradnak.
• ‌Óvintézkedések‌: Melegítés előtt a vákuumrendszert ≤5×10⁻³Pa nyomásra kell pumpálni a Te oxidációjának megakadályozása érdekében.

III. Kristálynövekedés (irányított kristályosodás)

1. ‌Berendezés konfigurációja‌

• ‌Kristálynövesztő kemence modellek‌: TDR-70A/B (30 kg-os kapacitás) vagy TRDL-800 (60 kg-os kapacitás);
• Tégely anyaga: Nagy tisztaságú grafit (hamutartalom ≤5ppm), méretek Φ300×400mm;
• Fűtési módszer: Grafit ellenállásfűtés, maximális hőmérséklet 1200°C.

1. ‌Folyamatparaméterek‌

• ‌Olvadásvezérlés‌:
• Olvadási hőmérséklet: 500–520°C, olvadékmedence mélysége 80–120 mm;
• Védőgáz: Ar (tisztaság ≥99,999%), áramlási sebesség 10–15 l/perc.
• ‌Kristályosodási paraméterek‌:
• Húzási sebesség: 1–3 mm/h, kristály forgási sebessége 8–12 fordulat/perc;
• Hőmérséklet-gradiens: Axiális 30–50°C/cm, radiális ≤10°C/cm;
• Hűtési módszer: Vízhűtéses réz alap (vízhőmérséklet 20–25 °C), felső sugárzó hűtés.

1. ‌Szennyeződés-szabályozás‌

• ‌Szegregációs hatás‌: Az olyan szennyeződések, mint a Fe, Ni (szegregációs együttható <0,1), a szemcsehatárokon halmozódnak fel;
• ‌Újraolvasztási ciklusok‌: 3–5 ciklus, végső összes szennyeződés ≤0,1 ppm.

1. ‌Óvintézkedések‌:

• Az olvadék felületét grafitlemezekkel kell bevonni a Te illékonyságának csökkentése érdekében (veszteségarány ≤0,5%).
• Kristályátmérő valós idejű monitorozása lézeres mérőeszközökkel (pontosság ±0,1 mm);
• Kerülje a ±2°C-nál nagyobb hőmérséklet-ingadozásokat a diszlokáció-sűrűség növekedésének megelőzése érdekében (célérték ≤10³/cm²).

IV. Minőségellenőrzés és kulcsfontosságú mutatók

V. Környezetvédelmi és biztonsági protokollok

1. ‌Kipufogógáz-kezelés‌:

• Pörkölési kipufogógáz: Semlegesítse a SO₂-t és a SeO₂-t NaOH mosókkal (pH≥10);
• Vákuumdesztillációs kipufogógáz: A Te gőz kondenzálása és kinyerése; az aktív szénen keresztül adszorbeált maradék gázok.

1. ‌Salak újrahasznosítása‌:

• Anódiszap (Ag, Au tartalmú): Hidrometallurgiával (H₂SO₄-HCl rendszer) nyerhető ki.
• Elektrolízis maradványok (ólom és réz tartalmúak): Visszatérés a rézolvasztó rendszerekbe.

1. ‌Biztonsági intézkedések‌:

• A kezelőknek gázálarcot kell viselniük (a Tetra gőze mérgező); negatív nyomású szellőztetést kell fenntartaniuk (légcsere sebessége ≥10 ciklus/h).

‌Folyamatoptimalizálási irányelvek‌

1. ‌Nyersanyag-adaptáció‌: A pörkölési hőmérséklet és a savarány dinamikus beállítása az anódiszap forrásai alapján (pl. réz vs. ólom olvasztás);
2. ‌Kristályhúzási sebesség egyeztetéseA húzási sebességet az olvadék konvekciójának megfelelően (Reynolds-szám Re≥2000) kell beállítani az alkotmányos túlhűtés elnyomása érdekében.
3. ‌Energiahatékonyság‌: A grafit ellenállás energiafogyasztásának 30%-os csökkentése érdekében használjon kettős hőmérsékletű zónás fűtést (fő zóna 500 °C, alzóna 400 °C).