7N Tellurkristallzüchtung und -reinigung

7N Tellurkristallzüchtung und -reinigung

I. Vorbehandlung und Vorreinigung der Rohstoffe

1. ‌Rohstoffauswahl und -zerkleinerung‌

• ‌Materialbedarf‌: Tellurerz oder Anodenschlamm (Te-Gehalt ≥5%), vorzugsweise Kupferschmelzanodenschlamm (mit Cu₂Te, Cu₂Se) als Rohmaterial verwenden.
• ‌Vorbehandlungsprozess‌:
• Grobzerkleinerung auf eine Partikelgröße ≤5 mm, gefolgt von Kugelmahlung auf ≤200 Mesh;
• Magnetische Trennung (Magnetfeldstärke ≥0,8 T) zur Entfernung von Fe, Ni und anderen magnetischen Verunreinigungen;
• Schaumflotation (pH=8-9, Xanthatkollektoren) zur Abtrennung von SiO₂, CuO und anderen nichtmagnetischen Verunreinigungen.
• ‌Vorsichtsmaßnahmen‌: Vermeiden Sie die Zufuhr von Feuchtigkeit während der Nassvorbehandlung (erfordert Trocknung vor dem Rösten); kontrollieren Sie die Umgebungsfeuchtigkeit auf ≤30%.

1. ‌Pyrometallurgisches Rösten und Oxidation‌

• ‌Prozessparameter‌:
• Oxidationsrösttemperatur: 350–600 °C (stufenweise Steuerung: niedrige Temperatur zur Entschwefelung, hohe Temperatur zur Oxidation);
• Röstzeit: 6–8 Stunden, bei einer O₂-Durchflussrate von 5–10 l/min;
• Reagenz: Konzentrierte Schwefelsäure (98% H₂SO₄), Massenverhältnis Te₂SO₄ = 1:1,5 .
• ‌Chemische Reaktion‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Vorsichtsmaßnahmen‌: Temperatur auf ≤600°C halten, um die Verflüchtigung von TeO₂ (Siedepunkt 387°C) zu verhindern; Abgas mit NaOH-Wäschern behandeln.

II. Elektroraffination und Vakuumdestillation

1. ‌Elektroraffination‌

• ‌Elektrolytsystem‌:
• Elektrolytzusammensetzung: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), Zusatzstoff (Gelatine 0,1–0,3 g/L);
• Temperaturregelung: 30–40°C, Umwälzrate 1,5–2 m³/h.
• ‌Prozessparameter‌:
• Stromdichte: 100–150 A/m², Zellspannung 0,2–0,4 V;
• Elektrodenabstand: 80–120 mm, Kathodenabscheidungsdicke 2–3 mm/8 h;
• Effizienz der Verunreinigungsentfernung: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌VorsichtsmaßnahmenRegelmäßig Elektrolyt filtern (Genauigkeit ≤1μm); Anodenoberflächen mechanisch polieren, um Passivierung zu verhindern.

1. ‌Vakuumdestillation‌

• ‌Prozessparameter‌:
• Vakuumniveau: ≤1×10⁻²Pa, Destillationstemperatur 600–650°C;
• Kondensatorzonentemperatur: 200–250°C, Te-Dampfkondensationseffizienz ≥95% ;
• Destillationszeit: 8–12 Stunden, Kapazität pro Charge ≤50 kg.
• ‌VerunreinigungsverteilungNiedrigsiedende Verunreinigungen (Se, S) sammeln sich an der Kondensatorfront an; hochsiedende Verunreinigungen (Pb, Ag) verbleiben in den Rückständen.
• ‌Vorsichtsmaßnahmen‌: Vor dem Erhitzen wird das Vakuumsystem auf ≤5×10⁻³Pa vorgespannt, um eine Te-Oxidation zu verhindern.

III. Kristallwachstum (gerichtete Kristallisation)

1. ‌Gerätekonfiguration‌

• ‌Kristallzuchtofen-Modelle‌: TDR-70A/B (30 kg Tragfähigkeit) oder TRDL-800 (60 kg Tragfähigkeit);
• Tiegelmaterial: Hochreiner Graphit (Aschegehalt ≤5 ppm), Abmessungen Φ300×400mm;
• Heizmethode: Graphitwiderstandsheizung, maximale Temperatur 1200°C.

1. ‌Prozessparameter‌

• ‌Schmelzkontrolle‌:
• Schmelztemperatur: 500–520 °C, Schmelzbadtiefe 80–120 mm;
• Schutzgas: Ar (Reinheit ≥99,999%), Durchflussrate 10–15 L/min.
• ‌Kristallisationsparameter‌:
• Ziehgeschwindigkeit: 1–3 mm/h, Kristallrotationsgeschwindigkeit 8–12 U/min;
• Temperaturgradient: Axial 30–50°C/cm, radial ≤10°C/cm;
• Kühlmethode: Wassergekühlter Kupfersockel (Wassertemperatur 20–25°C), Kühlung durch Strahlung von oben.

1. ‌Verunreinigungenskontrolle‌

• ‌Segregationseffekt‌: Verunreinigungen wie Fe, Ni (Segregationskoeffizient <0,1) sammeln sich an den Korngrenzen an;
• ‌Wiederaufschmelzzyklen‌: 3–5 Zyklen, endgültige Gesamtverunreinigungen ≤0,1 ppm .

1. ‌Vorsichtsmaßnahmen‌:

• Die Schmelzoberfläche wird mit Graphitplatten bedeckt, um die Te-Verflüchtigung zu unterdrücken (Verlustrate ≤0,5 %).
• Überwachung des Kristalldurchmessers in Echtzeit mittels Lasermessgeräten (Genauigkeit ±0,1 mm);
• Um eine Erhöhung der Versetzungsdichte zu verhindern, sollten Temperaturschwankungen von >±2°C vermieden werden (Zielwert ≤10³/cm²).

IV. Qualitätsprüfung und Kennzahlen

V. Umwelt- und Sicherheitsprotokolle

1. ‌Abgasbehandlung‌:

• Röstabgase: SO₂ und SeO₂ mit NaOH-Wäschern neutralisieren (pH≥10);
• Abgas der Vakuumdestillation: Te-Dampf kondensieren und zurückgewinnen; Restgase werden über Aktivkohle adsorbiert.

1. ‌Schlackenrecycling‌:

• Anodenschlamm (enthält Ag, Au): Rückgewinnung mittels Hydrometallurgie (H₂SO₄-HCl-System);
• Elektrolyserückstände (enthaltend Pb, Cu): Rückführung in Kupferschmelzanlagen.

1. ‌Sicherheitsmaßnahmen‌:

• Die Bediener müssen Gasmasken tragen (Te-Dämpfe sind giftig); es muss eine Unterdruckbelüftung aufrechterhalten werden (Luftwechselrate ≥10 Zyklen/h).

Richtlinien zur Prozessoptimierung

1. ‌Rohmaterialanpassung‌: Rösttemperatur und Säureverhältnis dynamisch an die Anodenschlammquellen anpassen (z. B. Kupfer- vs. Bleiverhüttung);
2. ‌Quarzziehratenanpassung‌: Die Ziehgeschwindigkeit entsprechend der Schmelzkonvektion (Reynolds-Zahl Re≥2000) anpassen, um die konstitutionelle Unterkühlung zu unterdrücken;
3. ‌Energieeffizienz‌: Durch die Verwendung einer Zwei-Temperaturzonenheizung (Hauptzone 500°C, Unterzone 400°C) kann der Stromverbrauch der Graphitwiderstandsheizung um 30% reduziert werden.