Rast i pročišćavanje kristala 7N telura

Rast i pročišćavanje kristala 7N telura

I. Prethodna obrada i prethodno pročišćavanje sirovina

1. ‌Odabir sirovina i drobljenje‌

• ‌Materijalni zahtjeviKao sirovinu koristite telurnu rudu ili anodni mulj (udio Te ≥5%), po mogućnosti anodni mulj od taljenja bakra (koji sadrži Cu₂Te, Cu₂Se).
• ‌Postupak predobrade:
• Grubo drobljenje do veličine čestica ≤5 mm, nakon čega slijedi mljevenje kuglicama do ≤200 mesh;
• Magnetska separacija (intenzitet magnetskog polja ≥0,8 T) za uklanjanje Fe, Ni i drugih magnetskih nečistoća;
• Pjenasta flotacija (pH = 8-9, ksantatni kolektori) za odvajanje SiO₂, CuO i drugih nemagnetskih nečistoća.
• ‌Mjere predostrožnostiIzbjegavajte unošenje vlage tijekom mokre predobrade (zahtijeva sušenje prije pečenja); kontrolirajte vlažnost okoline ≤30%.

1. ‌Pirometalurško prženje i oksidacija‌

• ‌Parametri procesa:
• Temperatura oksidacijskog prženja: 350–600 °C (stupnjevita kontrola: niska temperatura za odsumporavanje, visoka temperatura za oksidaciju);
• Vrijeme pečenja: 6–8 sati, s protokom O₂ od 5–10 L/min;
• Reagens: Koncentrirana sumporna kiselina (98% H₂SO₄), maseni omjer Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Kemijska reakcija:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Mjere predostrožnostiKontrolirajte temperaturu ≤600 °C kako biste spriječili isparavanje TeO₂ (vrelište 387 °C); obradite ispušne plinove pomoću NaOH pročišćivača.

II. Elektrorafiniranje i vakuumska destilacija

1. ‌Elektrorafiniranje‌

• ‌Elektrolitski sustav:
• Sastav elektrolita: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), aditiv (želatina 0,1–0,3 g/L);
• Regulacija temperature: 30–40°C, protok cirkulacije 1,5–2 m³/h.
• ‌Parametri procesa:
• Gustoća struje: 100–150 A/m², napon ćelije 0,2–0,4 V;
• Razmak elektroda: 80–120 mm, debljina katodnog nanošenja 2–3 mm/8 h;
• Učinkovitost uklanjanja nečistoća: Cu ≤5 ppm, Pb ≤1 ppm.
• ‌Mjere predostrožnostiRedovito filtrirajte elektrolit (točnost ≤1 μm); mehanički polirajte površine anode kako biste spriječili pasivizaciju.

1. ‌Vakuumska destilacija‌

• ‌Parametri procesa:
• Razina vakuuma: ≤1×10⁻²Pa, temperatura destilacije 600–650 °C;
• Temperatura zone kondenzatora: 200–250 °C, učinkovitost kondenzacije pare Te ≥95%;
• Vrijeme destilacije: 8–12 sati, kapacitet jedne serije ≤50 kg.
• ‌Raspodjela nečistoćaNečistoće s niskim vrelištem (Se, S) nakupljaju se na prednjoj strani kondenzatora; nečistoće s visokim vrelištem (Pb, Ag) ostaju u ostacima.
• ‌Mjere predostrožnosti‌: Prije zagrijavanja, vakuumski sustav prethodno ispumpati na ≤5×10⁻³Pa kako bi se spriječila oksidacija Te.

III. Rast kristala (usmjerena kristalizacija)

1. ‌Konfiguracija opreme‌

• ‌Modeli peći za rast kristalaTDR-70A/B (kapacitet 30 kg) ili TRDL-800 (kapacitet 60 kg);
• Materijal lončića: Grafit visoke čistoće (sadržaj pepela ≤5 ppm), dimenzije Φ300×400 mm;
• Način zagrijavanja: Grafitno otporno zagrijavanje, maksimalna temperatura 1200°C.

1. ‌Parametri procesa‌

• ‌Kontrola taljenja:
• Temperatura taljenja: 500–520 °C, dubina taline 80–120 mm;
• Zaštitni plin: Ar (čistoća ≥99,999%), protok 10–15 L/min.
• ‌Parametri kristalizacije:
• Brzina povlačenja: 1–3 mm/h, brzina rotacije kristala 8–12 o/min;
• Temperaturni gradijent: aksijalni 30–50 °C/cm, radijalni ≤10 °C/cm;
• Način hlađenja: Bakrena baza hlađena vodom (temperatura vode 20–25 °C), gornje radijacijsko hlađenje.

1. ‌Kontrola nečistoća‌

• ‌Učinak segregacijeNečistoće poput Fe, Ni (koeficijent segregacije <0,1) nakupljaju se na granicama zrna;
• ‌Ciklusi pretaljivanja3–5 ciklusa, konačne ukupne nečistoće ≤0,1 ppm.

1. ‌Mjere predostrožnosti:

• Pokrijte površinu taline grafitnim pločama kako biste spriječili isparavanje Te (stopa gubitka ≤0,5%);
• Praćenje promjera kristala u stvarnom vremenu pomoću laserskih mjerača (točnost ±0,1 mm);
• Izbjegavajte temperaturne fluktuacije >±2°C kako biste spriječili povećanje gustoće dislokacija (cilj ≤10³/cm²).

IV. Inspekcija kvalitete i ključni pokazatelji

V. Protokoli o zaštiti okoliša i sigurnosti

1. ‌Obrada ispušnih plinova:

• Ispušni plinovi od prženja: Neutralizirati SO₂ i SeO₂ pomoću NaOH čistača (pH ≥ 10);
• Ispušni plinovi vakuumske destilacije: Kondenzacija i oporavak pare Te; preostali plinovi adsorbirani putem aktivnog ugljena.

1. ‌Recikliranje troske:

• Anodni mulj (koji sadrži Ag, Au): Oporavak hidrometalurgijom (H₂SO₄-HCl sustav);
• Ostaci elektrolize (koji sadrže Pb, Cu): Povratak u sustave za taljenje bakra.

1. ‌Sigurnosne mjere:

• Operateri moraju nositi plinske maske (Te para je otrovna); održavati ventilaciju s negativnim tlakom (izmjena zraka ≥10 ciklusa/h).

Smjernice za optimizaciju procesa

1. ‌Prilagodba sirovinaDinamički prilagodite temperaturu prženja i omjer kiseline na temelju izvora anodnog mulja (npr. taljenje bakra u odnosu na olovo);
2. ‌Usklađivanje brzine izvlačenja kristala‌: Prilagodite brzinu povlačenja prema konvekciji taline (Reynoldsov broj Re≥2000) kako biste suzbili konstitucijsko pothlađenje;
3. ‌Energetska učinkovitostKoristite zonsko grijanje s dvije temperature (glavna zona 500 °C, podzona 400 °C) kako biste smanjili potrošnju energije grafitnog otpora za 30%.