Groei en zuivering van 7N telluriumkristallen

Groei en zuivering van 7N telluriumkristallen

I. Voorbehandeling en voorlopige zuivering van de grondstoffen

1. ‌Grondstofselectie en -vergruizing‌

• ‌MateriaalvereistenGebruik telluriumerts of anodeslib (Te-gehalte ≥5%), bij voorkeur anodeslib van koperraffinage (bevat Cu₂Te, Cu₂Se) als grondstof.
• ‌Voorbehandelingsproces‌:
• Grof vermalen tot een deeltjesgrootte van ≤5 mm, gevolgd door kogelmalen tot ≤200 mesh;
• Magnetische scheiding (magnetische veldsterkte ≥0,8 T) om Fe, Ni en andere magnetische onzuiverheden te verwijderen;
• Schuimflotatie (pH=8-9, xanthaten als collectoren) om SiO₂, CuO en andere niet-magnetische onzuiverheden te scheiden.
• ‌Voorzorgsmaatregelen‌: Vermijd het introduceren van vocht tijdens de natte voorbehandeling (drogen is vereist vóór het roosteren); houd de omgevingsluchtvochtigheid op ≤30%.

1. ‌Pyrometallurgisch roosteren en oxideren‌

• ‌Procesparameters‌:
• Oxidatieroostertemperatuur: 350–600 °C (gefaseerde regeling: lage temperatuur voor ontzwaveling, hoge temperatuur voor oxidatie);
• Roostertijd: 6–8 uur, met een zuurstofstroom van 5–10 l/min;
• Reagens: Geconcentreerd zwavelzuur (98% H₂SO₄), massaverhouding Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Chemische reactie‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Voorzorgsmaatregelen‌: Temperatuur regelen tot ≤600°C om vervluchtiging van TeO₂ te voorkomen (kookpunt 387°C); uitlaatgas behandelen met NaOH-wasserinstallaties.

II. Elektroraffinage en vacuümdestillatie

1. ‌Elektroraffinage‌

• ‌Elektrolytsysteem‌:
• Elektrolytsamenstelling: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), additief (gelatine 0,1–0,3 g/L);
• Temperatuurregeling: 30–40 °C, circulatiedebiet 1,5–2 m³/h.
• ‌Procesparameters‌:
• Stroomdichtheid: 100–150 A/m², celspanning 0,2–0,4 V;
• Elektrodenafstand: 80–120 mm, kathode-afzettingsdikte 2–3 mm/8 uur;
• Efficiëntie van de verwijdering van onzuiverheden: Cu ≤5 ppm, Pb ≤1 ppm.
• ‌Voorzorgsmaatregelen‌: Filter het elektrolyt regelmatig (nauwkeurigheid ≤1 μm); polijst de anodeoppervlakken mechanisch om passivering te voorkomen.

1. ‌Vacuümdestillatie‌

• ‌Procesparameters‌:
• Vacuümniveau: ≤1×10⁻²Pa, destillatietemperatuur 600–650°C;
• Condensorzonetemperatuur: 200–250 °C, condensatie-efficiëntie van Te-damp ≥95%;
• Destillatietijd: 8–12 uur, capaciteit per batch ≤50 kg.
• ‌OnzuiverheidsverdelingLaagkokende onzuiverheden (Se, S) hopen zich op aan het condensorfront; hoogkokende onzuiverheden (Pb, Ag) blijven achter in de residuen.
• ‌Voorzorgsmaatregelen‌: Voorverwarm het vacuümsysteem tot ≤5×10⁻³Pa om oxidatie van Te te voorkomen.

III. Kristalgroei (gerichte kristallisatie)

1. ‌Apparatuurconfiguratie‌

• ‌Modellen van kristalgroeiovens‌: TDR-70A/B (30 kg capaciteit) of TRDL-800 (60 kg capaciteit);
• Smeltkroesmateriaal: Hoogzuiver grafiet (asgehalte ≤5 ppm), afmetingen Φ300×400 mm;
• Verwarmingsmethode: Grafietweerstandsverwarming, maximale temperatuur 1200 °C.

1. ‌Procesparameters‌

• ‌Smeltcontrole‌:
• Smelttemperatuur: 500–520 °C, smeltbaddiepte 80–120 mm;
• Beschermgas: Ar (zuiverheid ≥99,999%), debiet 10–15 L/min.
• ‌Kristallisatieparameters‌:
• Treksnelheid: 1–3 mm/u, kristalrotatiesnelheid 8–12 tpm;
• Temperatuurgradiënt: Axiaal 30–50 °C/cm, radiaal ≤10 °C/cm;
• Koelmethode: Watergekoelde koperen basis (watertemperatuur 20–25 °C), stralingskoeling aan de bovenzijde.

1. ‌Onzuiverheidscontrole‌

• ‌Segregatie-effect‌: Onzuiverheden zoals Fe en Ni (segregatiecoëfficiënt <0,1) hopen zich op bij korrelgrenzen;
• ‌Smeltcycli‌: 3–5 cycli, uiteindelijke totale onzuiverheden ≤0,1 ppm.

1. ‌Voorzorgsmaatregelen‌:

• Bedek het smeltoppervlak met grafietplaten om de vervluchtiging van tellurium te onderdrukken (verliespercentage ≤0,5%);
• Monitor de kristaldiameter in realtime met behulp van lasermeters (nauwkeurigheid ±0,1 mm);
• Vermijd temperatuurschommelingen van >±2°C om een ​​toename van de dislocatiedichtheid te voorkomen (streefwaarde ≤10³/cm²).

IV. Kwaliteitsinspectie en kernindicatoren

V. Milieu- en veiligheidsprotocollen

1. ‌Uitlaatgasbehandeling‌:

• Roosterrookgassen: Neutraliseer SO₂ en SeO₂ met NaOH-wassers (pH≥10);
• Uitlaatgas van vacuümdestillatie: Condenseer en win Te-damp terug; restgassen worden geadsorbeerd via actieve kool.

1. ‌Slakkenrecycling‌:

• Anode-slib (bevat Ag, Au): Terugwinning via hydrometallurgie (H₂SO₄-HCl-systeem);
• Elektrolyseresiduen (bevatten Pb, Cu): Terugvoeren naar kopersmeltinstallaties.

1. ‌Veiligheidsmaatregelen‌:

• Operators moeten gasmaskers dragen (Te-damp is giftig); er moet sprake zijn van onderdrukventilatie (luchtverversingssnelheid ≥10 cycli/uur).

Richtlijnen voor procesoptimalisatie

1. ‌Aanpassing van grondstoffen‌: Pas de roosttemperatuur en de zuurverhouding dynamisch aan op basis van de bronnen van anodeslib (bijv. koper- versus loodsmelten);
2. ‌Kristaltreksnelheid afstemmen‌: Pas de treksnelheid aan op basis van de smeltconvectie (Reynoldsgetal Re≥2000) om constitutionele onderkoeling te onderdrukken;
3. ‌Energie-efficiëntieGebruik verwarming met twee temperatuurzones (hoofdzone 500 °C, subzone 400 °C) om het stroomverbruik van de grafietweerstand met 30% te verminderen.