Вирощування та очищення кристалів телуру 7N

Вирощування та очищення кристалів телуру 7N

I. Попередня обробка та очищення сировини

1. ‌Вибір сировини та подрібнення‌

• ‌Вимоги до матеріалів‌: Використовуйте телурову руду або анодний шлам (вміст Te ≥5%), бажано анодний шлам для плавки міді (що містить Cu₂Te, Cu₂Se) як сировину.
• ‌Процес попередньої обробки:
• Грубе подрібнення до розміру частинок ≤5 мм, а потім кульове подрібнення до розміру ≤200 меш;
• Магнітна сепарація (напруженість магнітного поля ≥0,8 Тл) для видалення Fe, Ni та інших магнітних домішок;
• Піна флотація (pH=8-9, ксантогенні збирачі) для відділення SiO₂, CuO та інших немагнітних домішок.
• ‌Запобіжні заходиУникайте потрапляння вологи під час попередньої вологої обробки (потрібне сушіння перед випіканням); контролюйте вологість навколишнього середовища ≤30%.

1. ‌Пірометалургійний випал та окислення‌

• ‌Параметри процесу:
• Температура окислювального випалу: 350–600°C (ступінчасте керування: низька температура для десульфуризації, висока температура для окислення);
• Час випікання: 6–8 годин, зі швидкістю потоку O₂ 5–10 л/хв;
• Реагент: Концентрована сірчана кислота (98% H₂SO₄), масове співвідношення Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Хімічна реакція:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Запобіжні заходиКонтролюйте температуру ≤600°C, щоб запобігти випаровуванню TeO₂ (температура кипіння 387°C); обробляйте відпрацьовані гази за допомогою скруберів NaOH.

II. Електрорафінування та вакуумна дистиляція

1. ‌Електрорафінування‌

• ‌Електролітна система:
• Склад електроліту: H₂SO₄ (80–120 г/л), TeO₂ (40–60 г/л), добавка (желатин 0,1–0,3 г/л);
• Контроль температури: 30–40°C, швидкість циркуляції 1,5–2 м³/год.
• ‌Параметри процесу:
• Щільність струму: 100–150 А/м², напруга елемента 0,2–0,4 В;
• Відстань між електродами: 80–120 мм, товщина катодного напилення 2–3 мм/8 год;
• Ефективність видалення домішок: Cu ≤5 ppm, Pb ≤1 ppm.
• ‌Запобіжні заходиРегулярно фільтруйте електроліт (точність ≤1 мкм); механічно поліруйте поверхні анодів, щоб запобігти пасивації.

1. ‌Вакуумна дистиляція‌

• ‌Параметри процесу:
• Рівень вакууму: ≤1×10⁻²Па, температура дистиляції 600–650°C;
• Температура зони конденсатора: 200–250°C, ефективність конденсації пари Te ≥95%;
• Час дистиляції: 8–12 год, місткість однієї партії ≤50 кг.
• ‌Розподіл домішокНизькокиплячі домішки (Se, S) накопичуються на фронті конденсатора; висококиплячі домішки (Pb, Ag) залишаються в залишках.
• ‌Запобіжні заходи‌: Перед нагріванням попередньо накачайте систему вакуумом до ≤5×10⁻³Па, щоб запобігти окисленню Te.

III. Ріст кристалів (спрямована кристалізація)

1. ‌Конфігурація обладнання‌

• ‌Моделі печей для вирощування кристалівTDR-70A/B (вантажопідйомність 30 кг) або TRDL-800 (вантажопідйомність 60 кг);
• Матеріал тигля: високочистий графіт (зольність ≤5 ppm), розміри Φ300×400 мм;
• Спосіб нагріву: графітовий резистивний нагрів, максимальна температура 1200°C.

1. ‌Параметри процесу‌

• ‌Контроль розплаву:
• Температура плавлення: 500–520°C, глибина ванни розплаву 80–120 мм;
• Захисний газ: Ar (чистота ≥99,999%), швидкість потоку 10–15 л/хв.
• ‌Параметри кристалізації:
• Швидкість витягування: 1–3 мм/год, швидкість обертання кристала 8–12 об/хв;
• Градієнт температури: осьовий 30–50°C/см, радіальний ≤10°C/см;
• Спосіб охолодження: мідна основа з водяним охолодженням (температура води 20–25°C), верхнє радіаційне охолодження.

1. ‌Контроль домішок‌

• ‌Ефект сегрегаціїДомішки, такі як Fe, Ni (коефіцієнт сегрегації <0,1), накопичуються на межах зерен;
• ‌Цикли переплавлення3–5 циклів, кінцевий загальний вміст домішок ≤0,1 ppm.

1. ‌Запобіжні заходи:

• Покрийте поверхню розплаву графітовими пластинами для запобігання випаровуванню Te (коефіцієнт втрат ≤0,5%);
• Контролюйте діаметр кристала в режимі реального часу за допомогою лазерних датчиків (точність ±0,1 мм);
• Уникайте коливань температури >±2°C, щоб запобігти збільшенню щільності дислокацій (ціль ≤10³/см²).

IV. Перевірка якості та ключові показники

V. Протоколи щодо охорони навколишнього середовища та безпеки

1. ‌Очищення вихлопних газів:

• Випалювальні відходи: нейтралізувати SO₂ та SeO₂ за допомогою скруберів NaOH (pH ≥ 10);
• Відпрацьовані гази вакуумної дистиляції: конденсація та рекуперація парів Te; залишкові гази адсорбуються активованим вугіллям.

1. ‌Переробка шлаку:

• Анодний шлам (що містить Ag, Au): відновлюють гідрометалургією (система H₂SO₄-HCl);
• Залишки електролізу (що містять Pb, Cu): повернення до систем плавлення міді.

1. ‌Заходи безпеки:

• Оператори повинні носити протигази (пара Te токсична); підтримувати вентиляцію з негативним тиском (швидкість повітрообміну ≥10 циклів/год).

Керівні принципи оптимізації процесів

1. ‌Адаптація сировини‌: Динамічно регулюйте температуру випалу та співвідношення кислот залежно від джерел анодного шламу (наприклад, виплавка міді чи свинцю);
2. ‌Узгодження швидкості витягування кристалів‌: Відрегулюйте швидкість витягування відповідно до конвекції розплаву (число Рейнольдса Re≥2000), щоб придушити конституційне переохолодження;
3. ‌Енергоефективність‌: Використовуйте двотемпературний зонний нагрів (основна зона 500°C, підзона 400°C), щоб зменшити споживання енергії графітовим резистором на 30%.