Rast i pročišćavanje kristala 7N telura

Rast i pročišćavanje kristala 7N telura

I. Prethodna obrada i preliminarno pročišćavanje sirovina

1. ‌Odabir sirovina i drobljenje‌

• ‌Materijalni zahtjeviKao sirovinu koristiti telurnu rudu ili anodni mulj (sadržaj Te ≥5%), po mogućnosti anodni mulj od topljenja bakra (koji sadrži Cu₂Te, Cu₂Se).
• ‌Proces predobrade:
• Grubo drobljenje do veličine čestica ≤5 mm, nakon čega slijedi mljevenje kuglicama do ≤200 mesh;
• Magnetna separacija (intenzitet magnetnog polja ≥0,8 T) za uklanjanje Fe, Ni i drugih magnetnih nečistoća;
• Pjenasta flotacija (pH=8-9, ksantatni kolektori) za odvajanje SiO₂, CuO i drugih nemagnetnih nečistoća.
• ‌Mjere predostrožnostiIzbjegavajte unošenje vlage tokom mokre predobrade (zahtijeva sušenje prije pečenja); kontrolišite vlažnost okoline ≤30%.

1. ‌Pirometalurško prženje i oksidacija‌

• ‌Parametri procesa:
• Temperatura oksidacijskog prženja: 350–600°C (postepena kontrola: niska temperatura za desumporizaciju, visoka temperatura za oksidaciju);
• Vrijeme pečenja: 6–8 sati, sa protokom O₂ od 5–10 L/min;
• Reagens: Koncentrovana sumporna kiselina (98% H₂SO₄), maseni odnos Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Hemijska reakcija:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Mjere predostrožnostiKontrolisati temperaturu ≤600°C kako bi se spriječilo isparavanje TeO₂ (tačka ključanja 387°C); tretirati izduvne gasove pomoću NaOH čistača.

II. Elektrorafiniranje i vakuumska destilacija

1. ‌Elektrorafiniranje‌

• ‌Elektrolitski sistem:
• Sastav elektrolita: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), aditiv (želatin 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 0,2–0,4V;
• Razmak elektroda: 80–120 mm, debljina katodnog nanošenja 2–3 mm/8 h;
• Efikasnost uklanjanja nečistoća: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Mjere predostrožnostiRedovno filtrirajte elektrolit (tačnost ≤1 μm); mehanički polirajte površine anode kako biste spriječili pasivizaciju.

1. ‌Vakuumska destilacija‌

• ‌Parametri procesa:
• Nivo vakuuma: ≤1×10⁻²Pa, temperatura destilacije 600–650°C;
• Temperatura zone kondenzatora: 200–250°C, efikasnost kondenzacije pare Te ≥95%;
• Vrijeme destilacije: 8–12 sati, kapacitet jedne serije ≤50 kg.
• ‌Raspodjela nečistoćaNečistoće niske tačke ključanja (Se, S) se akumuliraju na prednjoj strani kondenzatora; nečistoće visoke tačke ključanja (Pb, Ag) ostaju u ostacima.
• ‌Mjere predostrožnosti‌: Prije zagrijavanja, sistem vakuuma prethodno pumpati 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;
• Metoda zagrijavanja: Grafitno otporno zagrijavanje, maksimalna temperatura 1200°C.

1. ‌Parametri procesa‌

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

1. ‌Kontrola nečistoća‌

• ‌Efekat segregacijeNečistoće poput Fe, Ni (koeficijent segregacije <0,1) akumuliraju se na granicama zrna;
• ‌Ciklusi pretapanja3–5 ciklusa, konačne ukupne nečistoće ≤0,1 ppm.

1. ‌Mjere predostrožnosti:

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

IV. Inspekcija kvalitete i ključne metrike

V. Protokoli o zaštiti okoliša i sigurnosti

1. ‌Tretman izduvnih gasova:

• Izduvni gasovi od prženja: Neutralizirati SO₂ i SeO₂ pomoću NaOH čistača (pH ≥ 10);
• Izduvni gasovi vakuumske destilacije: Kondenzacija i regeneracija pare Te; preostali gasovi adsorbovani putem aktivnog uglja.

1. ‌Recikliranje troske:

• Anodni mulj (koji sadrži Ag, Au): Regenerira se hidrometalurgijom (H₂SO₄-HCl sistem);
• Ostaci elektrolize (koji sadrže Pb, Cu): Povratak u sisteme za topljenje bakra.

1. ‌Sigurnosne mjere:

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

Smjernice za optimizaciju procesa

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