7N Tellür Kristalinin Büyütülmesi ve Saflaştırılması

7N Tellür Kristalinin Büyütülmesi ve Saflaştırılması

I. Hammaddenin Ön İşlemi ve Ön Saflaştırılması

1. ‌Hammadde Seçimi ve Kırma‌

• ‌Malzeme Gereksinimleri: Hammadde olarak tellür cevheri veya anot çamuru (Te içeriği ≥%5), tercihen bakır eritme anot çamuru (Cu₂Te, Cu₂Se içeren) kullanın.
• ‌Ön İşlem Süreci:
• Önce ≤5 mm partikül boyutuna kadar kaba kırma, ardından ≤200 mesh boyutuna kadar bilyalı değirmende öğütme;
• Demir, nikel ve diğer manyetik safsızlıkları gidermek için manyetik ayırma (manyetik alan şiddeti ≥0,8 T);
• SiO₂, CuO ve diğer manyetik olmayan safsızlıkları ayırmak için köpük flotasyonu (pH=8-9, ksantat toplayıcılar).
• ‌ÖnlemlerIslak ön işlem sırasında nem girişinden kaçının (kavurmadan önce kurutma gerektirir); ortam nemini ≤%30'da tutun.

1. ‌Pirometalurjik Kavurma ve Oksidasyon‌

• ‌Proses Parametreleri:
• Oksidasyon kavurma sıcaklığı: 350–600°C (kademeli kontrol: kükürt giderme için düşük sıcaklık, oksidasyon için yüksek sıcaklık);
• Kavurma süresi: 6–8 saat, O₂ akış hızı 5–10 L/dakika;
• Reaktif: Konsantre sülfürik asit (%98 H₂SO₄), kütle oranı Te₂SO₄ = 1:1,5 .
• ‌Kimyasal Reaksiyon:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Önlemler: TeO₂ buharlaşmasını önlemek için sıcaklığı ≤600°C'de tutun (kaynama noktası 387°C); egzoz gazını NaOH yıkayıcılarla arıtın.

II. Elektrorafinasyon ve Vakum Damıtma

1. ‌Elektrorafinasyon‌

• ‌Elektrolit Sistemi:
• Elektrolit bileşimi: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), katkı maddesi (jelatin 0,1–0,3 g/L);
• Sıcaklık kontrolü: 30–40°C, sirkülasyon akış hızı 1,5–2 m³/h.
• ‌Proses Parametreleri:
• Akım yoğunluğu: 100–150 A/m², hücre voltajı 0,2–0,4V;
• Elektrot aralığı: 80–120 mm, katot kaplama kalınlığı 2–3 mm/8 saat;
• Safsızlık giderme verimliliği: Cu ≤5 ppm, Pb ≤1 ppm.
• ‌ÖnlemlerElektroliti düzenli olarak filtreleyin (doğruluk ≤1 μm); pasivasyonu önlemek için anot yüzeylerini mekanik olarak parlatın.

1. ‌Vakum Damıtma‌

• ‌Proses Parametreleri:
• Vakum seviyesi: ≤1×10⁻²Pa, damıtma sıcaklığı 600–650°C;
• Kondenser bölgesi sıcaklığı: 200–250°C, Te buhar yoğuşma verimliliği ≥95% ;
• Damıtma süresi: 8–12 saat, tek parti kapasitesi ≤50 kg.
• ‌Safsızlık DağılımıDüşük kaynama noktalı safsızlıklar (Se, S) kondenser önünde birikir; yüksek kaynama noktalı safsızlıklar (Pb, Ag) kalıntılarda kalır.
• ‌ÖnlemlerIsıtma işleminden önce, Te oksidasyonunu önlemek için ön pompa vakum sistemi ≤5×10⁻³Pa'ya kadar vakumlanmalıdır.

III. Kristal Büyümesi (Yönlü Kristalleşme)

1. ‌Ekipman Yapılandırması‌

• ‌Kristal Büyütme Fırını Modelleri: TDR-70A/B (30 kg kapasite) veya TRDL-800 (60 kg kapasite) ;
• Pota malzemesi: Yüksek saflıkta grafit (kül içeriği ≤5 ppm), boyutları Φ300×400 mm;
• Isıtma yöntemi: Grafit dirençli ısıtma, maksimum sıcaklık 1200°C.

1. ‌Proses Parametreleri‌

• ‌Erime Kontrolü:
• Erime sıcaklığı: 500–520°C, erime havuzu derinliği 80–120 mm;
• Koruyucu gaz: Ar (saflık ≥%99,999), akış hızı 10–15 L/dak.
• ‌Kristalleşme Parametreleri:
• Çekme hızı: 1–3 mm/saat, kristal dönüş hızı 8–12 rpm;
• Sıcaklık gradyanı: Eksenel 30–50°C/cm, radyal ≤10°C/cm;
• Soğutma yöntemi: Su ile soğutulan bakır taban (su sıcaklığı 20–25°C), üstten radyasyonla soğutma.

1. ‌Safsızlık Kontrolü‌

• ‌Ayrışma Etkisi: Fe, Ni gibi safsızlıklar (ayrışma katsayısı <0,1) tane sınırlarında birikir;
• ‌Yeniden Eritme Döngüleri: 3–5 döngü, nihai toplam safsızlık miktarı ≤0,1 ppm.

1. ‌Önlemler:

• Te buharlaşmasını bastırmak için erimiş yüzeyi grafit plakalarla kaplayın (kayıp oranı ≤0,5%);
• Lazer ölçüm cihazları kullanarak kristal çapını gerçek zamanlı olarak izleyin (doğruluk ±0,1 mm);
• Dislokasyon yoğunluğunun artmasını önlemek için sıcaklık dalgalanmalarından >±2°C'den fazla kaçının (hedef ≤10³/cm²).

IV. Kalite Kontrolü ve Temel Ölçütler

V. Çevre ve Güvenlik Protokolleri

1. ‌Egzoz Gazı Arıtma:

• Kavurma egzozu: SO₂ ve SeO₂'yi NaOH yıkayıcılarla nötralize edin (pH≥10);
• Vakum damıtma egzozu: Te buharı yoğunlaştırılır ve geri kazanılır; artık gazlar aktif karbon yoluyla adsorbe edilir.

1. ‌Cüruf Geri Dönüşümü:

• Anot çamuru (Ag, Au içeren): Hidrometalurji yoluyla geri kazanım (H₂SO₄-HCl sistemi);
• Elektroliz artıkları (kurşun ve bakır içeren): Bakır eritme sistemlerine geri gönderilmelidir.

1. ‌Güvenlik Önlemleri:

• Operatörler gaz maskesi takmalıdır (Te buharı zehirlidir); negatif basınçlı havalandırma sağlanmalıdır (hava değişim hızı ≥10 döngü/saat).

Süreç Optimizasyon Kılavuzları

1. ‌Hammadde Uyarlaması: Anot çamurunun kaynaklarına (örneğin, bakır veya kurşun eritme) bağlı olarak kavurma sıcaklığını ve asit oranını dinamik olarak ayarlayın;
2. ‌Kristal Çekme Oranı Eşleştirme: Yapısal aşırı soğumayı bastırmak için erime konveksiyonuna göre çekme hızını ayarlayın (Reynolds sayısı Re≥2000);
3. ‌Enerji VerimliliğiÇift sıcaklık bölgeli ısıtma (ana bölge 500°C, alt bölge 400°C) kullanarak grafit direncinin güç tüketimini %30 azaltın.