Rast a čistenie kryštálov telúru 7N

Rast a čistenie kryštálov telúru 7N

I. Predúprava a predbežné čistenie surovín

1. ‌Výber a drvenie surovín‌

• ‌Materiálne požiadavkyAko surovinu použite telúrovú rudu alebo anódový kal (obsah Te ≥ 5 %), najlepšie anódový kal z tavenia medi (obsahujúci Cu₂Te, Cu₂Se).
• ‌Proces predúpravy:
• Hrubé drvenie na veľkosť častíc ≤ 5 mm, po ktorom nasleduje mletie v guľôčkach na veľkosť častíc ≤ 200 mesh;
• Magnetická separácia (intenzita magnetického poľa ≥0,8 T) na odstránenie Fe, Ni a iných magnetických nečistôt;
• Penová flotácia (pH = 8 – 9, xantátové kolektory) na oddelenie SiO₂, CuO a iných nemagnetických nečistôt.
• ‌PrevenciaPočas mokrej predúpravy zabráňte vniknutiu vlhkosti (pred pražením je potrebné vysušiť); vlhkosť okolia by mala byť ≤ 30 %.

1. ‌Pyrometalurgické praženie a oxidácia‌

• ‌Parametre procesu:
• Teplota oxidačného praženia: 350 – 600 °C (stupňovitá regulácia: nízka teplota pre odsirenie, vysoká teplota pre oxidáciu);
• Doba praženia: 6–8 hodín, s prietokom O₂ 5–10 l/min;
• Činidlo: Koncentrovaná kyselina sírová (98 % H₂SO₄), hmotnostný pomer Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Chemická reakcia:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Prevencia‌: Regulujte teplotu ≤600 °C, aby ste zabránili odparovaniu TeO₂ (bod varu 387 °C); výfukové plyny upravte pomocou čističov NaOH.

II. Elektrorafinácia a vákuová destilácia

1. ‌Elektrolytická rafinácia‌

• ‌Elektrolytický systém:
• Zloženie elektrolytu: H₂SO₄ (80–120 g/l), TeO₂ (40–60 g/l), prísada (želatína 0,1–0,3 g/l);
• Regulácia teploty: 30–40 °C, cirkulačný prietok 1,5–2 m³/h.
• ‌Parametre procesu:
• Prúdová hustota: 100–150 A/m², napätie článku 0,2–0,4 V;
• Rozstup elektród: 80 – 120 mm, hrúbka katódového nanášania 2 – 3 mm/8 h;
• Účinnosť odstraňovania nečistôt: Cu ≤ 5 ppm, Pb ≤ 1 ppm.
• ‌PrevenciaPravidelne filtrujte elektrolyt (presnosť ≤ 1 μm); mechanicky leštite povrchy anód, aby ste zabránili pasivácii.

1. ‌Vákuová destilácia‌

• ‌Parametre procesu:
• Úroveň vákua: ≤1×10⁻²Pa, teplota destilácie 600–650 °C;
• Teplota kondenzačnej zóny: 200–250 °C, účinnosť kondenzácie pary Te ≥95 %;
• Čas destilácie: 8–12 hodín, kapacita jednej dávky ≤ 50 kg.
• ‌Rozloženie nečistôtNízkovriace nečistoty (Se, S) sa hromadia na prednej strane kondenzátora; vysokovriace nečistoty (Pb, Ag) zostávajú vo zvyškoch.
• ‌Prevencia‌: Pred zahrievaním predčerpajte vákuový systém na ≤5×10⁻³Pa, aby sa zabránilo oxidácii Te.

III. Rast kryštálov (smerová kryštalizácia)

1. ‌Konfigurácia zariadenia‌

• ‌Modely pecí na rast kryštálovTDR-70A/B (nosnosť 30 kg) alebo TRDL-800 (nosnosť 60 kg);
• Materiál téglika: Vysoko čistý grafit (obsah popola ≤5 ppm), rozmery Φ300 × 400 mm;
• Metóda ohrevu: Grafitový odporový ohrev, maximálna teplota 1200 °C.

1. ‌Parametre procesu‌

• ‌Kontrola tavenia:
• Teplota topenia: 500 – 520 °C, hĺbka taveniny 80 – 120 mm;
• Ochranný plyn: Ar (čistota ≥99,999 %), prietok 10–15 l/min.
• ‌Parametre kryštalizácie:
• Rýchlosť ťahania: 1–3 mm/h, rýchlosť otáčania kryštálu 8–12 ot./min.;
• Teplotný gradient: Axiálny 30–50 °C/cm, radiálny ≤ 10 °C/cm;
• Spôsob chladenia: Vodou chladená medená základňa (teplota vody 20–25 °C), horné radiačné chladenie.

1. ‌Kontrola nečistôt‌

• ‌Segregačný efektNečistoty ako Fe, Ni (segregačný koeficient <0,1) sa hromadia na hraniciach zŕn;
• ‌Cykly pretavovania3–5 cyklov, konečný celkový obsah nečistôt ≤ 0,1 ppm.

1. ‌Prevencia:

• Povrch taveniny zakryte grafitovými platňami, aby ste potlačili odparovanie Te (miera straty ≤ 0,5 %);
• Monitorovanie priemeru kryštálu v reálnom čase pomocou laserových meradiel (presnosť ±0,1 mm);
• Zabráňte kolísaniu teploty > ±2 °C, aby ste predišli zvýšeniu hustoty dislokácií (cieľ ≤ 10³/cm²).

IV. Kontrola kvality a kľúčové metriky

V. Protokoly o ochrane životného prostredia a bezpečnosti

1. ‌Čistenie výfukových plynov:

• Praženie výfukových plynov: Neutralizujte SO₂ a SeO₂ pomocou NaOH skrájačov (pH ≥ 10);
• Výfukové plyny z vákuovej destilácie: Kondenzácia a regenerácia pár Te; zvyškové plyny adsorbované aktívnym uhlím.

1. ‌Recyklácia trosky:

• Anódový kal (obsahujúci Ag, Au): Získať hydrometalurgickou regeneráciou (systém H₂SO₄-HCl);
• Zvyšky elektrolýzy (obsahujúce Pb, Cu): Vrátiť do systémov na tavenie medi.

1. ‌Bezpečnostné opatrenia:

• Obsluha musí nosiť plynové masky (pary Te sú toxické); udržiavať podtlakovú ventiláciu (výmena vzduchu ≥ 10 cyklov/h).

Pokyny pre optimalizáciu procesov

1. ‌Adaptácia surovínDynamicky upravujte teplotu praženia a pomer kyselín na základe zdrojov anódového kalu (napr. tavenie medi vs. olova);
2. ‌Zhoda rýchlosti ťahania kryštálov‌: Upravte rýchlosť ťahania podľa konvekcie taveniny (Reynoldsovo číslo Re≥2000), aby ste potlačili konštitučné podchladenie;
3. ‌Energetická účinnosť‌: Na zníženie spotreby energie grafitového rezistora o 30 % použite dvojteplotné zónové vykurovanie (hlavná zóna 500 °C, podzóna 400 °C).