Creixement i purificació de cristalls de tel·luri 7N

Creixement i purificació de cristalls de tel·luri 7N

I. Pretractament de matèries primeres i purificació preliminar

1. ‌Selecció i trituració de matèries primeres‌

• ‌Requisits de materialsUtilitzeu mineral de tel·luri o llim d'ànode (contingut de Te ≥5%), preferiblement llim d'ànode de fusió de coure (que contingui Cu₂Te, Cu₂Se) com a matèria primera.
• ‌Procés de pretractament:
• Trituració gruixuda fins a una mida de partícula ≤5 mm, seguida de mòlta a boles fins a una malla ≤200;
• Separació magnètica (intensitat del camp magnètic ≥0,8 T) per eliminar Fe, Ni i altres impureses magnètiques;
• Flotació d'escuma (pH=8-9, col·lectors de xantat) per separar SiO₂, CuO i altres impureses no magnètiques.
• ‌PrecaucionsEviteu introduir humitat durant el pretractament humit (cal assecar abans de torrar); controleu la humitat ambient ≤30%.

1. ‌Torrefacció i oxidació pirometal·lúrgica‌

• ‌Paràmetres del procés:
• Temperatura de torrefacció per oxidació: 350–600 °C (control per etapes: baixa temperatura per a la dessulfuració, alta temperatura per a l'oxidació);
• Temps de torrat: 6–8 hores, amb un cabal d'O₂ de 5–10 L/min;
• Reactiu: Àcid sulfúric concentrat (98% H₂SO₄), relació en massa Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Reacció química:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌PrecaucionsControlar la temperatura ≤600 °C per evitar la volatilització del TeO₂ (punt d'ebullició 387 °C); tractar els gasos d'escapament amb depuradors de NaOH.

II. Electrorefinació i destil·lació al buit

1. ‌Electrorefinació‌

• ‌Sistema d'electròlits:
• Composició d'electròlits: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), additiu (gelatina 0,1–0,3 g/L);
• Control de temperatura: 30–40 °C, cabal de circulació 1,5–2 m³/h.
• ‌Paràmetres del procés:
• Densitat de corrent: 100–150 A/m², voltatge de cel·la 0,2–0,4 V;
• Espai entre elèctrodes: 80–120 mm, gruix de deposició del càtode 2–3 mm/8 h;
• Eficiència d'eliminació d'impureses: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌PrecaucionsFiltreu regularment l'electròlit (precisió ≤1 μm); poliu mecànicament les superfícies dels ànodes per evitar la passivació.

1. ‌Destil·lació al buit‌

• ‌Paràmetres del procés:
• Nivell de buit: ≤1×10⁻²Pa, temperatura de destil·lació 600–650°C;
• Temperatura de la zona del condensador: 200–250 °C, eficiència de condensació de vapor de Te ≥95%;
• Temps de destil·lació: 8–12 h, capacitat d'un sol lot ≤50 kg.
• ‌Distribució d'impuresesLes impureses de baix punt d'ebullició (Se, S) s'acumulen a la part frontal del condensador; les impureses d'alt punt d'ebullició (Pb, Ag) romanen en els residus.
• ‌PrecaucionsPrebombeu el sistema de buit a ≤5 × 10⁻³Pa abans d'escalfar per evitar l'oxidació del Te.

III. Creixement cristal·lí (cristal·lització direccional)

1. ‌Configuració de l'equip‌

• ‌Models de forns de creixement de cristallsTDR-70A/B (capacitat de 30 kg) o TRDL-800 (capacitat de 60 kg);
• Material del gresol: grafit d'alta puresa (contingut de cendres ≤5ppm), dimensions Φ300 × 400 mm;
• Mètode d'escalfament: Escalfament per resistència de grafit, temperatura màxima de 1200 °C.

1. ‌Paràmetres del procés‌

• ‌Control de fusió:
• Temperatura de fusió: 500–520 °C, profunditat de la piscina de fusió 80–120 mm;
• Gas protector: Ar (puresa ≥99,999%), cabal 10–15 L/min.
• ‌Paràmetres de cristal·lització:
• Velocitat d'extracció: 1–3 mm/h, velocitat de rotació del cristall 8–12 rpm;
• Gradient de temperatura: axial 30–50 °C/cm, radial ≤10 °C/cm;
• Mètode de refrigeració: base de coure refrigerada per aigua (temperatura de l'aigua 20-25 °C), refrigeració per radiació superior.

1. ‌Control d'impureses‌

• ‌Efecte de segregacióLes impureses com el Fe i el Ni (coeficient de segregació <0,1) s'acumulen als límits de gra;
• ‌Cicles de refusió3–5 cicles, impureses totals finals ≤0,1 ppm.

1. ‌Precaucions:

• Cobrir la superfície de la fosa amb plaques de grafit per suprimir la volatilització del Te (taxa de pèrdua ≤0,5%);
• Monitoritzar el diàmetre del cristall en temps real mitjançant calibres làser (precisió ±0,1 mm);
• Eviteu fluctuacions de temperatura >±2°C per evitar un augment de la densitat de dislocacions (objectiu ≤10³/cm²).

IV. Inspecció de qualitat i mètriques clau

V. Protocols ambientals i de seguretat

1. ‌Tractament de gasos d'escapament:

• Gasos d'escapament de torrefacció: Neutralitzar el SO₂ i el SeO₂ amb depuradors de NaOH (pH≥10);
• Gasos d'escapament de destil·lació al buit: condensar i recuperar el vapor de Te; gasos residuals adsorbits mitjançant carbó activat.

1. ‌Reciclatge d'escòria:

• Llim anòdic (que conté Ag, Au): Recuperar mitjançant hidrometal·lúrgia (sistema H₂SO₄-HCl);
• Residus d'electròlisi (que contenen Pb, Cu): Retorn als sistemes de fusió de coure.

1. ‌Mesures de seguretat:

• Els operadors han de portar màscares de gas (el vapor de Te és tòxic); mantenir una ventilació amb pressió negativa (taxa de canvi d'aire ≥10 cicles/h).

Pautes d'optimització de processos

1. ‌Adaptació de matèries primeresAjusta la temperatura de torrat i la proporció d'àcid dinàmicament en funció de les fonts de llim de l'ànode (per exemple, fusió de coure vs. plom);
2. ‌Coincidència de la velocitat d'extracció del cristallAjustar la velocitat d'extracció segons la convecció de la fosa (nombre de Reynolds Re≥2000) per suprimir el superrefredament constitucional;
3. ‌Eficiència energèticaUtilitzeu la calefacció de zona de doble temperatura (zona principal 500 °C, subzona 400 °C) per reduir el consum d'energia de la resistència de grafit en un 30%.