7N Telluriumkrystalvækst og -rensning

7N Telluriumkrystalvækst og -rensning

I. Forbehandling af råmaterialer og indledende rensning

1. ‌Udvælgelse og knusning af råmaterialer‌

• ‌MaterialekravBrug tellurmalm eller anodeslim (Te-indhold ≥5%), helst anodeslim til kobbersmeltning (indeholdende Cu₂Te, Cu₂Se) som råmateriale.
• ‌Forbehandlingsproces‌:
• Grovknusning til partikelstørrelse ≤5 mm, efterfulgt af kugleformaling til ≤200 mesh;
• Magnetisk separation (magnetfeltintensitet ≥0,8T) for at fjerne Fe, Ni og andre magnetiske urenheder;
• Skumflotation (pH=8-9, xanthatkollektorer) til at adskille SiO₂, CuO og andre ikke-magnetiske urenheder.
• ‌ForholdsreglerUndgå at tilføre fugt under våd forbehandling (kræver tørring før ristning); kontrollér den omgivende luftfugtighed til ≤30%.

1. ‌Pyrometallurgisk ristning og oxidation‌

• ‌Procesparametre‌:
• Oxidationsristningstemperatur: 350-600 °C (trinvis regulering: lav temperatur til afsvovling, høj temperatur til oxidation);
• Ristetid: 6-8 timer, med en O₂-strømningshastighed på 5-10 L/min;
• Reagens: Koncentreret svovlsyre (98% H₂SO₄), masseforhold Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Kemisk reaktion‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌ForholdsreglerKontrollér temperaturen til ≤600 °C for at forhindre TeO₂-fordampning (kogepunkt 387 °C); behandl udstødningsgassen med NaOH-skrubbere.

II. Elektroraffinering og vakuumdestillation

1. ‌Elektroraffinering‌

• ‌Elektrolytsystem‌:
• Elektrolytsammensætning: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), tilsætningsstof (gelatine 0,1–0,3 g/L);
• Temperaturregulering: 30-40°C, cirkulationsstrømningshastighed 1,5-2 m³/t.
• ‌Procesparametre‌:
• Strømtæthed: 100–150 A/m², cellespænding 0,2–0,4V;
• Elektrodeafstand: 80-120 mm, katodeaflejringstykkelse 2-3 mm/8 timer;
• Fjernelseseffektivitet af urenheder: Cu ≤5 ppm, Pb ≤1 ppm.
• ‌ForholdsreglerFiltrer regelmæssigt elektrolytten (nøjagtighed ≤1 μm); poler anodeoverfladerne mekanisk for at forhindre passivering.

1. ‌Vakuumdestillation‌

• ‌Procesparametre‌:
• Vakuumniveau: ≤1×10⁻²Pa, destillationstemperatur 600–650°C;
• Kondensatorzonetemperatur: 200–250 °C, Te dampkondensationseffektivitet ≥95 %;
• Destillationstid: 8-12 timer, enkeltbatchkapacitet ≤50 kg.
• ‌Fordeling af urenhederLavtkogende urenheder (Se, S) akkumuleres ved kondensatorens front; højtkogende urenheder (Pb, Ag) forbliver i resterne.
• ‌ForholdsreglerForpumpe vakuumsystemet til ≤5×10⁻³Pa før opvarmning for at forhindre Te-oxidation.

III. Krystalvækst (retningsbestemt krystallisation)

1. ‌Udstyrskonfiguration‌

• ‌KrystalvækstovnsmodellerTDR-70A/B (30 kg kapacitet) eller TRDL-800 (60 kg kapacitet);
• Digelmateriale: Højren grafit (askeindhold ≤5 ppm), dimensioner Φ300 × 400 mm;
• Opvarmningsmetode: Grafitmodstandsopvarmning, maksimal temperatur 1200°C.

1. ‌Procesparametre‌

• ‌Smeltekontrol‌:
• Smeltetemperatur: 500-520 °C, smeltedybde 80-120 mm;
• Beskyttelsesgas: Ar (renhed ≥99,999%), flowhastighed 10-15 L/min.
• ‌Krystallisationsparametre‌:
• Trækhastighed: 1-3 mm/t, krystalrotationshastighed 8-12 o/min;
• Temperaturgradient: Aksial 30–50 °C/cm, radial ≤10 °C/cm;
• Kølemetode: Vandkølet kobberbase (vandtemperatur 20-25 °C), strålingskøling ovenfra.

1. ‌Kontrol af urenheder‌

• ‌SegregationseffektUrenheder som Fe, Ni (segregationskoefficient <0,1) akkumuleres ved korngrænser;
• ‌Omsmeltningscyklusser3-5 cyklusser, endelige samlede urenheder ≤0,1 ppm.

1. ‌Forholdsregler‌:

• Dæk smelteoverfladen med grafitplader for at undertrykke Te-fordampning (tabsrate ≤0,5%);
• Overvåg krystaldiameter i realtid ved hjælp af lasermålere (nøjagtighed ±0,1 mm);
• Undgå temperaturudsving >±2°C for at forhindre en forøgelse af dislokationstætheden (mål ≤10³/cm²).

IV. Kvalitetsinspektion og nøgleparametre

V. Miljø- og sikkerhedsprotokoller

1. ‌Udstødningsgasbehandling‌:

• Ristning af udstødningsgassen: Neutraliser SO₂ og SeO₂ med NaOH-skrubbere (pH≥10);
• Vakuumdestillationsudstødning: Kondensér og genvind Te-damp; restgasser adsorberes via aktivt kul.

1. ‌Genbrug af slagge‌:

• Anodeslim (indeholdende Ag, Au): Genvinding via hydrometallurgi (H₂SO₄-HCl-system);
• Elektrolyserester (indeholdende Pb, Cu): Retur til kobbersmelteanlæg.

1. ‌Sikkerhedsforanstaltninger‌:

• Operatører skal bære gasmasker (Te-damp er giftig); opretholde negativ trykventilation (luftudskiftningshastighed ≥10 cyklusser/t).

Retningslinjer for procesoptimering

1. ‌Tilpasning af råmaterialerJuster ristningstemperatur og syreforhold dynamisk baseret på anodeslimkilder (f.eks. kobber- vs. blysmeltning);
2. ‌Matching af krystaludtrækningshastighedJuster trækhastigheden i henhold til smeltekonvektion (Reynolds-tal Re≥2000) for at undertrykke konstitutionel underkøling;
3. ‌EnergieffektivitetBrug opvarmning med to temperaturzoner (hovedzone 500 °C, delzone 400 °C) for at reducere strømforbruget for grafitmodstand med 30 %.