7N теллур кристалын өсіру және тазарту

7N теллур кристалын өсіру және тазарту

I. Шикізатты алдын ала өңдеу және алдын ала тазарту

1. ‌Шикізатты таңдау және ұсақтау‌

• ‌Материалдық талаптар‌: Шикізат ретінде теллур кенін немесе анод шламын (Te мөлшері ≥5%), жақсырақ мыс балқытуға арналған анод шламын (Cu₂Te, Cu₂Se бар) пайдаланыңыз.
• ‌Алдын ала өңдеу процесі‌:
• Бөлшектердің өлшемі ≤5 мм дейін ірі ұсақтау, содан кейін ≤200 торға дейін шарлы фрезерлеу;
• Fe, Ni және басқа да магниттік қоспаларды кетіру үшін магниттік бөлу (магнит өрісінің қарқындылығы ≥0,8T);
• SiO₂, CuO және басқа да магниттік емес қоспаларды бөлу үшін көбікті флотация (рН=8-9, ксантогенат жинағыштар).
• ‌Сақтық шаралары‌: Ылғалды алдын ала өңдеу кезінде ылғалдың енуіне жол бермеңіз (қуыру алдында кептіру қажет); қоршаған ортаның ылғалдылығын ≤30% бақылаңыз.

1. ‌Пирометаллургиялық қуыру және тотығу‌

• ‌Процесс параметрлері‌:
• Тотығу арқылы күйдіру температурасы: 350–600°C (кезеңді басқару: күкіртсіздендіру үшін төмен температура, тотығу үшін жоғары температура);
• Қуыру уақыты: 6–8 сағат, O₂ ағын жылдамдығы 5–10 л/мин;
• Реагент: Концентрленген күкірт қышқылы (98% H₂SO₄), массалық қатынасы Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Химиялық реакция‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2Te+2O2+2H2​SO4→2CuSO4+TeO2+2H2​O
• ‌Сақтық шараларыTeO₂ булануын болдырмау үшін температураны ≤600°C деңгейінде бақылаңыз (қайнау температурасы 387°C); пайдаланылған газды NaOH скрубберлерімен тазалаңыз.

II. Электротазарту және вакуумдық айдау

1. ‌Электротазарту‌

• ‌Электролит жүйесі‌:
• Электролит құрамы: H₂SO₄ (80–120 г/л), TeO₂ (40–60 г/л), қоспа (желатин 0,1–0,3 г/л);
• Температураны бақылау: 30–40°C, айналым ағынының жылдамдығы 1,5–2 м³/сағ.
• ‌Процесс параметрлері‌:
• Ток тығыздығы: 100–150 А/м², ұяшық кернеуі 0,2–0,4 В;
• Электрод аралығы: 80–120 мм, катодты тұндыру қалыңдығы 2–3 мм/8 сағ;
• Қоспаны кетіру тиімділігі: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Сақтық шаралары‌: Электролитті үнемі сүзіп отырыңыз (дәлдігі ≤1μm); пассивацияны болдырмау үшін анод беттерін механикалық түрде жылтыратыңыз.

1. ‌Вакуумдық айдау‌

• ‌Процесс параметрлері‌:
• Вакуум деңгейі: ≤1×10⁻²Pa, айдау температурасы 600–650°C;
• Конденсатор аймағының температурасы: 200–250°C, бу конденсациясының тиімділігі ≥95%;
• Дистилляция уақыты: 8–12 сағат, бір партиялық сыйымдылығы ≤50 кг.
• ‌Қоспаның таралуы‌: Конденсатордың алдыңғы жағында баяу қайнайтын қоспалар (Se, S) жиналады; жоғары қайнайтын қоспалар (Pb, Ag) қалдықтарда қалады.
• ‌Сақтық шаралары‌: Те тотығуын болдырмау үшін қыздырмас бұрын вакуумдық жүйені ≤5×10⁻³Pa дейін алдын ала сорғылаңыз.

III. Кристаллдың өсуі (бағытталған кристалдану)

1. ‌Жабдық конфигурациясы‌

• ‌Кристалды өсіру пешінің модельдері‌: TDR-70A/B (сыйымдылығы 30 кг) немесе TRDL-800 (сыйымдылығы 60 кг);
• Тигель материалы: жоғары тазалықтағы графит (күл мөлшері ≤5ppm), өлшемдері Φ300×400мм;
• Қыздыру әдісі: Графитке төзімді қыздыру, максималды температура 1200°C.

1. ‌Процесс параметрлері‌

• ‌Балқуды бақылау‌:
• Балқу температурасы: 500–520°C, балқыту бассейнінің тереңдігі 80–120 мм;
• Қорғаныш газы: Ar (тазалығы ≥99.999%), ағын жылдамдығы 10–15 л/мин.
• ‌Кристалдану параметрлері‌:
• Тарту жылдамдығы: 1–3 мм/сағ, кристалдың айналу жылдамдығы 8–12 айн/мин;
• Температура градиенті: осьтік 30–50°C/см, радиалды ≤10°C/см;
• Салқындату әдісі: сумен салқындатылатын мыс негізі (судың температурасы 20–25°C), жоғарғы радиациялық салқындату.

1. ‌Қоспаны бақылау‌

• ‌Бөліну әсері‌: Fe, Ni (сегрегация коэффициенті <0,1) сияқты қоспалар түйіршік шекараларында жиналады;
• ‌Қайта балқыту циклдері‌: 3–5 цикл, соңғы жалпы қоспалар ≤0.1ppm.

1. ‌Сақтық шаралары‌:

• Балқыма бетін графит пластиналарымен жабыңыз, бұл Те-нің булануын басады (жоғалту жылдамдығы ≤0,5%);
• Лазерлік өлшеуіштерді пайдаланып (дәлдігі ±0,1 мм) кристалл диаметрін нақты уақыт режимінде бақылау;
• Дислокация тығыздығының артуына жол бермеу үшін температураның >±2°C ауытқуларына жол бермеңіз (мақсатты ≤10³/см²).

IV. Сапа инспекциясы және негізгі көрсеткіштер

V. Қоршаған орта және қауіпсіздік хаттамалары

1. ‌Шығарылған газды өңдеу‌:

• Қуыру кезіндегі шығару: SO₂ және SeO₂-ны NaOH скрабтарымен бейтараптандырыңыз (рН≥10);
• Вакуумдық дистилляциялық шығару: Те буын конденсациялау және қалпына келтіру; қалдық газдар белсендірілген көмір арқылы адсорбцияланады.

1. ‌Қожды қайта өңдеу‌:

• Анод шламы (құрамында Ag, Au бар): Гидрометаллургия арқылы қалпына келтіріледі (H₂SO₄-HCl жүйесі);
• Электролиз қалдықтары (құрамында Pb, Cu бар): Мыс балқыту жүйелеріне оралу.

1. ‌Қауіпсіздік шаралары‌:

• Операторлар газ маскаларын киюі керек (Т буы улы); теріс қысымды желдетуді сақтауы керек (ауа алмасу жылдамдығы ≥10 цикл/сағ).

Процесті оңтайландыру бойынша нұсқаулықтар

1. ‌Шикізатты бейімдеу‌: Анод шламының көздеріне (мысалы, мыс пен қорғасын балқыту) негізделген күйдіру температурасы мен қышқылдық қатынасын динамикалық түрде реттеңіз;
2. ‌Кристаллдың тартылу жылдамдығын сәйкестендіру‌: Конституциялық аса салқындатуды басу үшін тарту жылдамдығын балқыту конвекциясына (Рейнольдс саны Re≥2000) сәйкес реттеңіз;
3. ‌Энергия тиімділігі‌: Графит кедергісінің қуат тұтынуын 30%-ға азайту үшін қос температуралы аймақтық қыздыруды (негізгі аймақ 500°C, кіші аймақ 400°C) пайдаланыңыз.