7N Nuôi cấy và tinh chế tinh thể Tellurium

7N Nuôi cấy và tinh chế tinh thể Tellurium

I. Xử lý sơ bộ và tinh chế nguyên liệu thô

1. ‌Lựa chọn và nghiền nguyên liệu thô‌

• ‌Yêu cầu vật liệu: Sử dụng quặng tellurium hoặc bùn anot (hàm lượng Te ≥5%), tốt nhất là bùn anot luyện đồng (chứa Cu₂Te, Cu₂Se) làm nguyên liệu thô.
• ‌Quá trình tiền xử lý‌:
• Nghiền thô đến kích thước hạt ≤5mm, sau đó nghiền bằng máy nghiền bi đến kích thước ≤200 mesh;
• Tách từ tính (cường độ từ trường ≥0,8T) để loại bỏ Fe, Ni và các tạp chất từ ​​tính khác;
• Tuyển nổi (pH=8-9, chất thu gom xanthate) để tách SiO₂, CuO và các tạp chất không từ tính khác.
• ‌Các biện pháp phòng ngừaTránh đưa hơi ẩm vào trong quá trình xử lý ướt (cần sấy khô trước khi rang); kiểm soát độ ẩm môi trường ≤30%.

1. ‌Nung luyện và oxy hóa nhiệt luyện‌

• ‌Thông số quy trình‌:
• Nhiệt độ rang oxy hóa: 350–600°C (kiểm soát theo từng giai đoạn: nhiệt độ thấp để khử lưu huỳnh, nhiệt độ cao để oxy hóa);
• Thời gian rang: 6–8 giờ, với tốc độ dòng khí O₂ là 5–10 L/phút;
• Thuốc thử: Axit sulfuric đậm đặc (98% H₂SO₄), tỷ lệ khối lượng Te₂SO₄ = 1:1,5.
• ‌Phản ứng hóa học‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌Các biện pháp phòng ngừa: Kiểm soát nhiệt độ ≤600°C để ngăn ngừa sự bay hơi của TeO₂ (điểm sôi 387°C); xử lý khí thải bằng thiết bị lọc NaOH.

II. Điện phân tinh chế và chưng cất chân không

1. ‌Điện phân tinh luyện‌

• ‌Hệ thống điện phân‌:
• Thành phần chất điện giải: H₂SO₄ (80–120 g/L), TeO₂ (40–60 g/L), chất phụ gia (gelatin 0,1–0,3 g/L);
• Kiểm soát nhiệt độ: 30–40°C, lưu lượng tuần hoàn 1,5–2 m³/h.
• ‌Thông số quy trình‌:
• Mật độ dòng điện: 100–150 A/m², điện áp pin: 0,2–0,4V;
• Khoảng cách giữa các điện cực: 80–120mm, độ dày lớp lắng đọng catốt 2–3mm/8h;
• Hiệu quả loại bỏ tạp chất: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌Các biện pháp phòng ngừa: Thường xuyên lọc dung dịch điện phân (độ chính xác ≤1μm); đánh bóng bề mặt cực dương bằng máy để ngăn ngừa hiện tượng thụ động hóa.

1. ‌Chưng cất chân không‌

• ‌Thông số quy trình‌:
• Độ chân không: ≤1×10⁻²Pa, nhiệt độ chưng cất 600–650°C;
• Nhiệt độ vùng ngưng tụ: 200–250°C, hiệu suất ngưng tụ hơi Te ≥95%;
• Thời gian chưng cất: 8–12 giờ, công suất mỗi mẻ ≤50 kg.
• ‌Phân bố tạp chất: Các tạp chất có điểm sôi thấp (Se, S) tích tụ ở phía trước bộ ngưng tụ; các tạp chất có điểm sôi cao (Pb, Ag) vẫn còn trong cặn.
• ‌Các biện pháp phòng ngừa: Bơm chân không hệ thống trước đến ≤5×10⁻³Pa trước khi gia nhiệt để ngăn ngừa quá trình oxy hóa Te.

III. Sự phát triển tinh thể (Kết tinh định hướng)

1. ‌Cấu hình thiết bị‌

• ‌Các mô hình lò nung tăng trưởng tinh thể: TDR-70A/B (dung tích 30kg) hoặc TRDL-800 (dung tích 60kg);
• Vật liệu nồi nung: Than chì tinh khiết cao (hàm lượng tro ≤5ppm), kích thước Φ300×400mm;
• Phương pháp gia nhiệt: Gia nhiệt bằng điện trở than chì, nhiệt độ tối đa 1200°C.

1. ‌Thông số quy trình‌

• ‌Kiểm soát sự nóng chảy‌:
• Nhiệt độ nóng chảy: 500–520°C, độ sâu vũng nóng chảy 80–120mm;
• Khí bảo vệ: Ar (độ tinh khiết ≥99,999%), lưu lượng 10–15 L/phút.
• ‌Thông số kết tinh‌:
• Tốc độ kéo: 1–3mm/h, tốc độ quay tinh thể 8–12rpm;
• Độ chênh lệch nhiệt độ: Theo trục 30–50°C/cm, theo bán kính ≤10°C/cm;
• Phương pháp làm mát: Đế bằng đồng làm mát bằng nước (nhiệt độ nước 20–25°C), làm mát bức xạ từ phía trên.

1. ‌Kiểm soát tạp chất‌

• ‌Hiệu ứng phân tách: Các tạp chất như Fe, Ni (hệ số phân bố <0,1) tích tụ tại ranh giới hạt;
• ‌Chu kỳ nấu chảy lại: 3–5 chu kỳ, tổng lượng tạp chất cuối cùng ≤0,1 ppm .

1. ‌Các biện pháp phòng ngừa‌:

• Phủ bề mặt nóng chảy bằng các tấm than chì để ngăn chặn sự bay hơi của Te (tỷ lệ thất thoát ≤0,5%);
• Theo dõi đường kính tinh thể trong thời gian thực bằng máy đo laser (độ chính xác ±0,1mm);
• Tránh dao động nhiệt độ >±2°C để ngăn ngừa sự gia tăng mật độ lệch mạng (mục tiêu ≤10³/cm²).

IV. Kiểm tra chất lượng và các chỉ số chính

V. Các quy trình về môi trường và an toàn

1. ‌Xử lý khí thải‌:

• Khí thải từ quá trình rang: Trung hòa SO₂ và SeO₂ bằng thiết bị lọc NaOH (pH≥10);
• Khí thải chưng cất chân không: Ngưng tụ và thu hồi hơi Te; khí dư được hấp phụ bằng than hoạt tính.

1. ‌Tái chế xỉ‌:

• Bùn anot (chứa Ag, Au): Thu hồi bằng phương pháp thủy luyện (hệ H₂SO₄-HCl);
• Cặn điện phân (chứa Pb, Cu): Trả lại vào hệ thống luyện đồng.

1. ‌Các biện pháp an toàn‌:

• Người vận hành phải đeo mặt nạ phòng độc (hơi Te rất độc); duy trì thông gió áp suất âm (tỷ lệ trao đổi không khí ≥10 chu kỳ/giờ).

Hướng dẫn tối ưu hóa quy trình

1. ‌Thích ứng nguyên liệu thô: Điều chỉnh nhiệt độ nung và tỷ lệ axit một cách linh hoạt dựa trên nguồn bùn anot (ví dụ: luyện đồng so với luyện chì);
2. ‌Ghép cặp tốc độ kéo tinh thểĐiều chỉnh tốc độ kéo theo đối lưu nóng chảy (số Reynolds Re≥2000) để ngăn chặn hiện tượng siêu lạnh cấu trúc;
3. ‌Hiệu quả năng lượng: Sử dụng hệ thống gia nhiệt hai vùng nhiệt độ (vùng chính 500°C, vùng phụ 400°C) để giảm 30% công suất tiêu thụ của điện trở than chì.