7N раст и пречишћавање кристала телура

7N раст и пречишћавање кристала телура

I. Претходна обрада и прелиминарно пречишћавање сировина

1. ‌Избор сировина и дробљење‌

• ‌Захтеви за материјал‌: Користите телуријумску руду или анодни слуз (садржај Te ≥5%), пожељно анодни слуз од топљења бакра (који садржи Cu₂Te, Cu₂Se) као сировину.
• ‌Процес претходне обраде:
• Грубо дробљење до величине честица ≤5 мм, након чега следи млевење куглица до ≤200 меша;
• Магнетна сепарација (интензитет магнетног поља ≥0,8 Т) за уклањање Fe, Ni и других магнетних нечистоћа;
• Пенска флотација (pH=8-9, ксантатни сакупљачи) за одвајање SiO₂, CuO и других немагнетних нечистоћа.
• ‌Превентивне мереИзбегавајте уношење влаге током мокре претходне обраде (потребно је сушење пре печења); контролишите влажност околине ≤30%.

1. ‌Пирометалуршко пржење и оксидација‌

• ‌Параметри процеса:
• Температура оксидационог пржења: 350–600°C (степена контрола: ниска температура за десумпоризацију, висока температура за оксидацију);
• Време печења: 6–8 сати, са протоком O₂ од 5–10 L/min;
• Реагенс: Концентрована сумпорна киселина (98% H₂SO₄), масени однос Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Хемијска реакција:
  Цу2Те+2О2+2Х2СО4→2ЦуСО4+ТеО2+2Х2ОЦу2​Те+2О2​+2Х2​СО4​→2ЦуСО4​+ТеО2​+2Х2​О
• ‌Превентивне мереКонтролишите температуру ≤600°C да бисте спречили испаравање TeO₂ (тачка кључања 387°C); третирајте издувне гасове помоћу NaOH пречишћивача.

II. Електрорафинисање и вакуумска дестилација

1. ‌Електрорафинисање‌

• ‌Електролитски систем:
• Састав електролита: H₂SO₄ (80–120 г/л), TeO₂ (40–60 г/л), адитив (желатин 0,1–0,3 г/л);
• Контрола температуре: 30–40°C, проток циркулације 1,5–2 m³/h.
• ‌Параметри процеса:
• Густина струје: 100–150 A/m², напон ћелије 0,2–0,4V;
• Размак између електрода: 80–120 мм, дебљина катодног наношења 2–3 мм/8 сати;
• Ефикасност уклањања нечистоћа: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Превентивне мереРедовно филтрирајте електролит (тачност ≤1μm); механички полирајте површине аноде да бисте спречили пасивацију.

1. ‌Вакуумска дестилација‌

• ‌Параметри процеса:
• Ниво вакуума: ≤1×10⁻²Pa, температура дестилације 600–650°C;
• Температура зоне кондензатора: 200–250°C, ефикасност кондензације паре Te ≥95%;
• Време дестилације: 8–12 сати, капацитет једне серије ≤50 кг.
• ‌Дистрибуција нечистоћаНечистоће са ниском тачком кључања (Se, S) се акумулирају на фронту кондензатора; нечистоће са високом тачком кључања (Pb, Ag) остају у остацима.
• ‌Превентивне мереПретходно пумпати вакуумски систем на ≤5×10⁻³Pa пре загревања да би се спречила оксидација Te.

III. Раст кристала (усмерена кристализација)

1. ‌Конфигурација опреме‌

• ‌Модели пећи за раст кристалаTDR-70A/B (капацитет 30 кг) или TRDL-800 (капацитет 60 кг);
• Материјал лончића: Графит високе чистоће (садржај пепела ≤5ppm), димензије Φ300×400mm;
• Начин загревања: Графит отпорно загревање, максимална температура 1200°C.

1. ‌Параметри процеса‌

• ‌Контрола топљења:
• Температура топљења: 500–520°C, дубина базена растопа 80–120 mm;
• Заштитни гас: Ar (чистоћа ≥99,999%), проток 10–15 L/min.
• ‌Параметри кристализације:
• Брзина извлачења: 1–3 мм/х, брзина ротације кристала 8–12 о/мин;
• Температурни градијент: аксијални 30–50°C/cm, радијални ≤10°C/cm;
• Начин хлађења: Бакарна база хлађена водом (температура воде 20–25°C), горње радијативно хлађење.

1. ‌Контрола нечистоћа‌

• ‌Ефекат сегрегацијеНечистоће попут Fe, Ni (коефицијент сегрегације <0,1) акумулирају се на границама зрна;
• ‌Циклуси претапања3–5 циклуса, коначне укупне нечистоће ≤0,1 ppm.

1. ‌Превентивне мере:

• Покријте површину растопљеног материјала графитним плочама да бисте спречили испаравање Te (стопа губитка ≤0,5%);
• Праћење пречника кристала у реалном времену помоћу ласерских мерача (тачност ±0,1 мм);
• Избегавајте температурне флуктуације >±2°C како бисте спречили повећање густине дислокација (циљ ≤10³/cm²).

IV. Инспекција квалитета и кључне метрике

V. Протоколи о заштити животне средине и безбедности

1. ‌Третман издувних гасова:

• Издувни гасови од пржења: Неутралисати SO₂ и SeO₂ помоћу NaOH пречишћивача (pH≥10);
• Издувни гасови вакуумске дестилације: Кондензовати и регенерисати паре Te; преостали гасови адсорбовани преко активног угља.

1. ‌Рециклажа згуре:

• Анодни муљ (који садржи Ag, Au): Регенерисати путем хидрометалуршке обраде (H₂SO₄-HCl систем);
• Остаци електролизе (који садрже Pb, Cu): Враћање у системе за топљење бакра.

1. ‌Мере безбедности:

• Оператори морају носити гас маске (пара Те је токсична); одржавати вентилацију са негативним притиском (брзина измене ваздуха ≥10 циклуса/х).

Смернице за оптимизацију процеса

1. ‌Адаптација сировина‌: Динамички подесите температуру пржења и однос киселина на основу извора анодног слузи (нпр. топљење бакра у односу на олово);
2. ‌Усклађивање брзине извлачења кристала‌: Подесите брзину извлачења према конвекцији растопа (Рејнолдсов број Re≥2000) да бисте сузбили конституционално прехлађивање;
3. ‌Енергетска ефикасностКористите зонско грејање са две температуре (главна зона 500°C, подзона 400°C) да бисте смањили потрошњу енергије графитног отпора за 30%.