Creșterea și purificarea cristalelor de telur 7N

Creșterea și purificarea cristalelor de telur 7N

I. Pretratarea materiei prime și purificarea preliminară

1. ‌Selectarea și concasarea materiilor prime‌

• ‌Cerințe materialeSe utilizează ca materie primă minereu de telur sau nămol anodic (conținut de Te ≥5%), de preferință nămol anodic de topire a cuprului (care conține Cu₂Te, Cu₂Se).
• ‌Procesul de pretratare‌:
• Concasare grosieră până la dimensiunea particulelor ≤5 mm, urmată de măcinare cu bile până la o dimensiune a particulelor ≤200 mesh;
• Separare magnetică (intensitatea câmpului magnetic ≥0,8 T) pentru îndepărtarea Fe, Ni și a altor impurități magnetice;
• Flotație cu spumă (pH=8-9, colectoare xantat) pentru separarea SiO₂, CuO și a altor impurități nemagnetice.
• ‌PrecauțiiEvitați introducerea umidității în timpul pretratării umede (necesită uscare înainte de prăjire); controlați umiditatea ambientală ≤30%.

1. ‌Prăjire și oxidare pirometalurgică‌

• ‌Parametrii procesului‌:
• Temperatura de prăjire prin oxidare: 350–600°C (control etapizat: temperatură scăzută pentru desulfurare, temperatură ridicată pentru oxidare);
• Timp de coacere: 6–8 ore, cu un debit de O₂ de 5–10 l/min;
• Reactiv: Acid sulfuric concentrat (98% H₂SO₄), raport masic Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Reacție chimică‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌PrecauțiiControlați temperatura ≤600°C pentru a preveni volatilizarea TeO₂ (punct de fierbere 387°C); tratați gazele de eșapament cu epuratoare de NaOH.

II. Electrorafinare și distilare în vid

1. ‌Electrorafinare‌

• ‌Sistemul electrolitic‌:
• Compoziția electroliților: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), aditiv (gelatină 0,1–0,3 g/L);
• Controlul temperaturii: 30–40°C, debit de circulație 1,5–2 m³/h.
• ‌Parametrii procesului‌:
• Densitate de curent: 100–150 A/m², tensiune celule 0,2–0,4V;
• Distanța dintre electrozi: 80–120 mm, grosimea depunerii catodului 2–3 mm/8 h;
• Eficiența de îndepărtare a impurităților: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌PrecauțiiFiltrați regulat electrolitul (precizie ≤1 μm); lustruiți mecanic suprafețele anozilor pentru a preveni pasivizarea.

1. ‌Distilare în vid‌

• ‌Parametrii procesului‌:
• Nivel de vid: ≤1×10⁻²Pa, temperatură de distilare 600–650°C;
• Temperatura zonei condensatorului: 200–250°C, eficiența condensării vaporilor de Te ≥95%;
• Timp de distilare: 8–12 ore, capacitate unică ≤50 kg.
• ‌Distribuția impuritățilorImpuritățile cu punct de fierbere scăzut (Se, S) se acumulează în partea din față a condensatorului; impuritățile cu punct de fierbere ridicat (Pb, Ag) rămân în reziduuri.
• ‌PrecauțiiPre-pomparea sistemului de vid la ≤5×10⁻³Pa înainte de încălzire pentru a preveni oxidarea Te.

III. Creșterea cristalelor (cristalizare direcțională)

1. ‌Configurația echipamentului‌

• ‌Modele de cuptoare de creștere a cristalelorTDR-70A/B (capacitate 30 kg) sau TRDL-800 (capacitate 60 kg);
• Material creuzet: Grafit de înaltă puritate (conținut de cenușă ≤5ppm), dimensiuni Φ300 × 400 mm;
• Metodă de încălzire: Încălzire prin rezistență cu grafit, temperatură maximă 1200°C.

1. ‌Parametrii procesului‌

• ‌Controlul topirii‌:
• Temperatura de topire: 500–520°C, adâncimea băii de topitură 80–120 mm;
• Gaz protector: Ar (puritate ≥99,999%), debit 10–15 L/min.
• ‌Parametrii de cristalizare‌:
• Viteză de tragere: 1–3 mm/h, viteză de rotație a cristalului 8–12 rpm;
• Gradient de temperatură: Axial 30–50°C/cm, radial ≤10°C/cm;
• Metodă de răcire: Bază de cupru răcită cu apă (temperatura apei 20–25°C), răcire radiativă superioară.

1. ‌Controlul impurităților‌

• ‌Efectul de segregareImpurități precum Fe, Ni (coeficient de segregare <0,1) se acumulează la limitele granulelor;
• ‌Cicluri de retopire3–5 cicluri, impurități totale finale ≤0,1 ppm.

1. ‌Precauții‌:

• Acoperiți suprafața topiturii cu plăci de grafit pentru a suprima volatilizarea Te (rata de pierdere ≤0,5%);
• Monitorizarea diametrului cristalului în timp real folosind manometre laser (precizie ±0,1 mm);
• Evitați fluctuațiile de temperatură >±2°C pentru a preveni creșterea densității dislocațiilor (țintă ≤10³/cm²).

IV. Inspecția calității și indicatori cheie

V. Protocoale de mediu și siguranță

1. ‌Tratarea gazelor de eșapament‌:

• Gaze de eșapament de prăjire: Neutralizați SO₂ și SeO₂ cu epuratoare de NaOH (pH≥10);
• Evacuare prin distilare în vid: Condensarea și recuperarea vaporilor de Te; gazele reziduale sunt adsorbite prin intermediul cărbunelui activ.

1. ‌Reciclarea zgurii‌:

• Nămol anodic (conținând Ag, Au): Recuperare prin hidrometalurgie (sistem H₂SO₄-HCl);
• Reziduuri de electroliză (care conțin Pb, Cu): Returnați la sistemele de topire a cuprului.

1. ‌Măsuri de siguranță‌:

• Operatorii trebuie să poarte măști de gaze (vaporii de Te sunt toxici); să mențină ventilație cu presiune negativă (rata de schimb de aer ≥10 cicluri/h).

‌Linii directoare de optimizare a proceselor‌

1. ‌Adaptarea materiilor primeAjustați dinamic temperatura de prăjire și raportul de acid în funcție de sursele de nămol anodic (de exemplu, topirea cuprului vs. plumb);
2. ‌Potrivirea ratei de tragere a cristalelorAjustați viteza de tragere în funcție de convecția topiturii (numărul Reynolds Re≥2000) pentru a suprima suprarăcirea constituțională;
3. ‌Eficiență energeticăFolosește încălzirea cu două zone de temperatură (zona principală 500°C, subzona 400°C) pentru a reduce consumul de energie al rezistenței grafitului cu 30%.