7N telluriumkristalltillväxt och rening

7N telluriumkristalltillväxt och rening

I. Förbehandling av råmaterial och preliminär rening

1. ‌Råmaterialval och krossning‌

• ‌MaterialkravAnvänd tellurmalm eller anodslem (Te-halt ≥5 %), helst anodslem för kopparsmältning (innehållande Cu₂Te, Cu₂Se) som råmaterial.
• ‌Förbehandlingsprocess‌:
• Grovkrossning till partikelstorlek ≤5 mm, följt av kulmalning till ≤200 mesh;
• Magnetisk separation (magnetfältintensitet ≥0,8T) för att avlägsna Fe, Ni och andra magnetiska föroreningar;
• Skumflotation (pH=8–9, xantatkollektorer) för att separera SiO₂, CuO och andra icke-magnetiska föroreningar.
• ‌FörsiktighetsåtgärderUndvik att tillföra fukt under våtförbehandling (kräver torkning före rostning); kontrollera omgivande luftfuktighet ≤30 %.

1. ‌Pyrometallurgisk rostning och oxidation‌

• ‌Processparametrar‌:
• Oxidationsrostningstemperatur: 350–600 °C (stegvis kontroll: låg temperatur för avsvavling, hög temperatur för oxidation);
• Rostningstid: 6–8 timmar, med ett O₂-flöde på 5–10 L/min;
• Reagens: Koncentrerad svavelsyra (98 % H₂SO₄), massförhållande Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Kemisk reaktion‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌FörsiktighetsåtgärderKontrollera temperaturen till ≤600 °C för att förhindra TeO₂-förångning (kokpunkt 387 °C); behandla avgaserna med NaOH-skrubbrar.

II. Elektroraffinering och vakuumdestillation

1. ‌Elektroraffinering‌

• ‌Elektrolytsystem‌:
• Elektrolytsammansättning: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), tillsats (gelatin 0,1–0,3 g/L);
• Temperaturreglering: 30–40 °C, cirkulationsflöde 1,5–2 m³/h.
• ‌Processparametrar‌:
• Strömtäthet: 100–150 A/m², cellspänning 0,2–0,4V;
• Elektrodavstånd: 80–120 mm, katodavsättningstjocklek 2–3 mm/8 timmar;
• Effektivitet för borttagning av föroreningar: Cu ≤5 ppm, Pb ≤1 ppm.
• ‌FörsiktighetsåtgärderFiltrera elektrolyten regelbundet (noggrannhet ≤1 μm); polera anodytorna mekaniskt för att förhindra passivering.

1. ‌Vakuumdestillation‌

• ‌Processparametrar‌:
• Vakuumnivå: ≤1×10⁻²Pa, destillationstemperatur 600–650°C;
• Kondensorzonens temperatur: 200–250 °C, Te-ångkondensationseffektivitet ≥95 %;
• Destillationstid: 8–12 timmar, kapacitet för en sats ≤50 kg.
• ‌Fördelning av föroreningarLågkokande föroreningar (Se, S) ansamlas vid kondensorns framsida; högkokande föroreningar (Pb, Ag) finns kvar i resterna.
• ‌FörsiktighetsåtgärderFörpump vakuumsystemet till ≤5×10⁻³Pa före uppvärmning för att förhindra Te-oxidation.

III. Kristalltillväxt (riktad kristallisation)

1. ‌Utrustningskonfiguration‌

• ‌Modeller av kristalltillväxtugnarTDR-70A/B (30 kg kapacitet) eller TRDL-800 (60 kg kapacitet);
• Degelmaterial: Högren grafit (askhalt ≤5 ppm), mått Φ300 × 400 mm;
• Uppvärmningsmetod: Grafitbeständig uppvärmning, maximal temperatur 1200°C.

1. ‌Processparametrar‌

• ‌Smältkontroll‌:
• Smälttemperatur: 500–520 °C, smältbassängdjup 80–120 mm;
• Skyddsgas: Ar (renhet ≥99,999 %), flödeshastighet 10–15 L/min.
• ‌Kristallisationsparametrar‌:
• Draghastighet: 1–3 mm/h, kristallrotationshastighet 8–12 rpm;
• Temperaturgradient: Axial 30–50 °C/cm, radial ≤10 °C/cm;
• Kylmetod: Vattenkyld kopparbas (vattentemperatur 20–25 °C), strålningskylning uppifrån.

1. ‌Föroreningskontroll‌

• ‌SegregationseffektFöroreningar som Fe, Ni (segregationskoefficient <0,1) ackumuleras vid korngränser;
• ‌Omsmältningscykler3–5 cykler, slutliga totala föroreningar ≤0,1 ppm.

1. ‌Försiktighetsåtgärder‌:

• Täck smältytan med grafitplattor för att undertrycka Te-förångning (förlustgrad ≤0,5%);
• Övervaka kristalldiametern i realtid med hjälp av lasermätare (noggrannhet ±0,1 mm);
• Undvik temperaturfluktuationer >±2°C för att förhindra ökning av dislokationsdensiteten (mål ≤10³/cm²).

IV. Kvalitetsinspektion och viktiga mätvärden

V. Miljö- och säkerhetsprotokoll

1. ‌Avgasbehandling‌:

• Rostning av avgaser: Neutralisera SO₂ och SeO₂ med NaOH-skrubber (pH≥10);
• Avgaser från vakuumdestillation: Kondensera och återvinn Te-ånga; restgaser adsorberas via aktivt kol.

1. ‌Återvinning av slagg‌:

• Anodslem (innehållande Ag, Au): Återvinns via hydrometallurgi (H₂SO₄-HCl-system);
• Elektrolysrester (innehållande Pb, Cu): Återföring till kopparsmältningssystem.

1. ‌Säkerhetsåtgärder‌:

• Operatörer måste bära gasmasker (Te-ånga är giftig); upprätthålla negativt tryckventilation (luftväxlingshastighet ≥10 cykler/timme).

Riktlinjer för processoptimering

1. ‌Anpassning av råmaterialJustera rostningstemperaturen och syraförhållandet dynamiskt baserat på anodslamkällor (t.ex. koppar- kontra blysmältning);
2. ‌Matchning av kristalldragningshastighetJustera draghastigheten efter smältans konvektion (Reynolds tal Re≥2000) för att undertrycka konstitutionell underkylning;
3. ‌EnergieffektivitetAnvänd uppvärmning med dubbla temperaturer (huvudzon 500 °C, delzon 400 °C) för att minska grafitmotståndets strömförbrukning med 30 %.