7N telūro kristalų augimas ir gryninimas

7N telūro kristalų augimas ir gryninimas

I. Žaliavos išankstinis apdorojimas ir preliminarus valymas

1. ‌Žaliavų parinkimas ir smulkinimas‌

• ‌Medžiagų reikalavimai‌: Žaliavai naudokite telūro rūdą arba anodo šlaką (Te kiekis ≥5 %), geriausia vario lydymo anodo šlaką (kuriame yra Cu₂Te, Cu₂Se).
• ‌Išankstinio apdorojimo procesas‌:
• Rupus smulkinimas iki ≤5 mm dalelių dydžio, po to rutulinis malimas iki ≤200 akių dydžio;
• Magnetinis atskyrimas (magnetinio lauko intensyvumas ≥0,8 T) Fe, Ni ir kitoms magnetinėms priemaišoms pašalinti;
• Putų flotacija (pH = 8–9, ksantato kolektoriai) SiO₂, CuO ir kitoms nemagnetinėms priemaišoms atskirti.
• ‌Atsargumo priemonės‌: Venkite drėgmės patekimo šlapio išankstinio apdorojimo metu (prieš skrudinimą reikia išdžiovinti); kontroliuokite aplinkos drėgmę ≤30 %.

1. ‌Pirometalurginis skrudinimas ir oksidavimas‌

• ‌Proceso parametrai‌:
• Oksidacinio deginimo temperatūra: 350–600 °C (pakopinis valdymas: žema temperatūra desulfuracijai, aukšta temperatūra oksidacijai);
• Skrudinimo laikas: 6–8 valandos, O₂ srautas 5–10 l/min.;
• Reagentas: koncentruota sieros rūgštis (98 % H₂SO₄), masės santykis Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Cheminė reakcija‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2​O
• ‌Atsargumo priemonės‌: Kontroliuokite ≤600 °C temperatūrą, kad išvengtumėte TeO₂ garavimo (virimo temperatūra 387 °C); apdorokite išmetamąsias dujas NaOH skruberiais.

II. Elektrorafinavimas ir vakuuminis distiliavimas

1. ‌Elektrovalymas‌

• ‌Elektrolitų sistema‌:
• Elektrolitų sudėtis: H₂SO₄ (80–120 g/l), TeO₂ (40–60 g/l), priedas (želatina 0,1–0,3 g/l);
• Temperatūros reguliavimas: 30–40 °C, cirkuliacijos srautas 1,5–2 m³/h.
• ‌Proceso parametrai‌:
• Srovės tankis: 100–150 A/m², elemento įtampa 0,2–0,4 V;
• Elektrodų atstumas: 80–120 mm, katodo nusodinimo storis 2–3 mm/8 val.;
• Priemaišų šalinimo efektyvumas: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Atsargumo priemonėsReguliariai filtruokite elektrolitą (tikslumas ≤1 μm); mechaniškai poliruokite anodų paviršius, kad išvengtumėte pasyvacijos.

1. ‌Vakuuminė distiliacija‌

• ‌Proceso parametrai‌:
• Vakuumo lygis: ≤1×10⁻²Pa, distiliavimo temperatūra 600–650 °C;
• Kondensatoriaus zonos temperatūra: 200–250 °C, Te garų kondensacijos efektyvumas ≥95 %;
• Distiliavimo laikas: 8–12 val., vienos partijos talpa ≤50 kg.
• ‌Priemaišų pasiskirstymasŽemos virimo temperatūros priemaišos (Se, S) kaupiasi kondensatoriaus priekyje; aukštos virimo temperatūros priemaišos (Pb, Ag) lieka likučiuose.
• ‌Atsargumo priemonės‌: Prieš kaitinant, vakuuminę sistemą iš anksto išpumpuokite iki ≤5 × 10⁻³Pa slėgio, kad būtų išvengta Te oksidacijos.

III. Kristalų augimas (kryptinė kristalizacija)

1. ‌Įrangos konfigūracija‌

• ‌Kristalų augimo krosnių modeliai‌: TDR-70A/B (30 kg keliamoji galia) arba TRDL-800 (60 kg keliamoji galia);
• Tiglio medžiaga: didelio grynumo grafitas (pelenų kiekis ≤5 ppm), matmenys Φ300 × 400 mm;
• Šildymo būdas: grafito varžinis kaitinimas, maksimali temperatūra 1200 °C.

1. ‌Proceso parametrai‌

• ‌Lydymosi kontrolė‌:
• Lydymosi temperatūra: 500–520 °C, lydalo vonios gylis 80–120 mm;
• Apsauginės dujos: Ar (grynumas ≥99,999 %), srauto greitis 10–15 l/min.
• ‌Kristalizacijos parametrai‌:
• Traukimo greitis: 1–3 mm/h, kristalo sukimosi greitis 8–12 aps./min.;
• Temperatūros gradientas: ašinis 30–50 °C/cm, radialinis ≤10 °C/cm;
• Aušinimo būdas: vandeniu aušinamas varinis pagrindas (vandens temperatūra 20–25 °C), spinduliuojantis aušinimas viršuje.

1. ‌Priemaišų kontrolė‌

• ‌Segregacijos efektasGrūdų ribose kaupiasi tokios priemaišos kaip Fe, Ni (segregacijos koeficientas <0,1);
• ‌Perlydymo ciklai‌: 3–5 ciklai, galutinis bendras priemaišų kiekis ≤0,1 ppm.

1. ‌Atsargumo priemonės‌:

• Išlydyto paviršiaus padengimas grafito plokštelėmis, siekiant sumažinti Te garavimą (nuostolių greitis ≤0,5%);
• Kristalo skersmens stebėjimas realiuoju laiku naudojant lazerinius matuoklius (tikslumas ±0,1 mm);
• Venkite temperatūros svyravimų >±2 °C, kad nepadidėtų dislokacijų tankis (tikslas ≤10³/cm²).

IV. Kokybės kontrolė ir pagrindiniai rodikliai

V. Aplinkosaugos ir saugos protokolai

1. ‌Išmetamųjų dujų valymas‌:

• Kepimo išmetamosios dujos: neutralizuokite SO₂ ir SeO₂ NaOH skruberiais (pH ≥ 10);
• Vakuuminio distiliavimo išmetamosios dujos: kondensuokite ir regeneruokite Te garus; likusios dujos adsorbuotos aktyvuota anglimi.

1. ‌Šlako perdirbimas‌:

• Anodo gleivės (sudėtyje yra Ag, Au): išgauti hidrometalurgijos būdu (H₂SO₄-HCl sistema);
• Elektrolizės likučiai (kurių sudėtyje yra Pb, Cu): grąžinti į vario lydymo sistemas.

1. ‌Saugos priemonės‌:

• Operatoriai privalo dėvėti dujokaukes (Te garai yra toksiški); palaikyti neigiamo slėgio ventiliaciją (oro kaitos greitis ≥10 ciklų/h).

Procesų optimizavimo gairės

1. ‌Žaliavų pritaikymasDinamiškai reguliuoti skrudinimo temperatūrą ir rūgščių santykį pagal anodo gleivių šaltinius (pvz., vario ir švino lydymą);
2. ‌Kristalų traukimo greičio atitikimasTraukimo greitį reguliuokite pagal lydalo konvekciją (Reinoldso skaičius Re≥2000), kad būtų slopinamas konstitucinis perkaitimas.
3. ‌Energijos vartojimo efektyvumasNaudokite dviejų temperatūrų zoninį šildymą (pagrindinė zona 500 °C, subzona 400 °C), kad sumažintumėte grafito varžos energijos suvartojimą 30 %.