نمو بلورات التيلوريوم 7N وتنقيتها

نمو بلورات التيلوريوم 7N وتنقيتها

أولاً: المعالجة الأولية للمواد الخام والتنقية الأولية

1. ‌اختيار المواد الخام وسحقها‌

• ‌متطلبات المواد: استخدم خام التيلوريوم أو طين الأنود (محتوى Te ≥5٪)، ويفضل أن يكون طين أنود صهر النحاس (يحتوي على Cu₂Te، Cu₂Se) كمادة خام.
• ‌عملية المعالجة المسبقة‌:
• التكسير الخشن إلى حجم جسيمات ≤5 مم، متبوعًا بالطحن الكروي إلى ≤200 شبكة؛
• الفصل المغناطيسي (شدة المجال المغناطيسي ≥0.8T) لإزالة الحديد والنيكل والشوائب المغناطيسية الأخرى؛
• التعويم الرغوي (الأس الهيدروجيني = 8-9، جامعات الزانثات) لفصل SiO₂ و CuO والشوائب غير المغناطيسية الأخرى.
• ‌احتياطاتتجنب إدخال الرطوبة أثناء المعالجة الرطبة (يتطلب التجفيف قبل التحميص)؛ تحكم في الرطوبة المحيطة ≤30%.

1. ‌التحميص والأكسدة بالمعالجة الحرارية للمعادن‌

• ‌معلمات العملية‌:
• درجة حرارة التحميص بالأكسدة: 350-600 درجة مئوية (التحكم المرحلي: درجة حرارة منخفضة لإزالة الكبريت، ودرجة حرارة عالية للأكسدة)؛
• وقت التحميص: 6-8 ساعات، مع معدل تدفق الأكسجين من 5 إلى 10 لتر/دقيقة؛
• الكاشف: حمض الكبريتيك المركز (98٪ H₂SO₄)، نسبة الكتلة Te₂SO₄ = 1:1.5.
• ‌التفاعل الكيميائي‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2​O
• ‌احتياطات: التحكم في درجة الحرارة ≤600 درجة مئوية لمنع تبخر TeO₂ (نقطة الغليان 387 درجة مئوية)؛ معالجة غاز العادم باستخدام أجهزة تنقية NaOH.

ثانيًا: التكرير الكهربائي والتقطير الفراغي

1. ‌التكرير الكهربائي‌

• ‌نظام الإلكتروليت‌:
• تركيبة الإلكتروليت: H₂SO₄ (80-120 جم/لتر)، TeO₂ (40-60 جم/لتر)، مادة مضافة (جيلاتين 0.1-0.3 جم/لتر)؛
• التحكم في درجة الحرارة: 30-40 درجة مئوية، معدل تدفق الدوران 1.5-2 م³/ساعة.
• ‌معلمات العملية‌:
• كثافة التيار: 100-150 أمبير/م²، جهد الخلية 0.2-0.4 فولت؛
• المسافة بين الأقطاب الكهربائية: 80-120 مم، سمك ترسيب الكاثود 2-3 مم/8 ساعات؛
• كفاءة إزالة الشوائب: Cu ≤5 جزء في المليون، Pb ≤1 جزء في المليون.
• ‌احتياطات: قم بترشيح الإلكتروليت بانتظام (دقة ≤1 ميكرومتر)؛ قم بتلميع أسطح الأنود ميكانيكيًا لمنع التخميل.

1. ‌التقطير بالتفريغ‌

• ‌معلمات العملية‌:
• مستوى الفراغ: ≤1×10⁻²باسكال، درجة حرارة التقطير 600-650 درجة مئوية؛
• درجة حرارة منطقة المكثف: 200-250 درجة مئوية، كفاءة تكثيف البخار Te ≥95%؛
• مدة التقطير: 8-12 ساعة، سعة الدفعة الواحدة ≤50 كجم.
• ‌توزيع الشوائب: تتراكم الشوائب ذات درجة الغليان المنخفضة (Se، S) عند مقدمة المكثف؛ وتبقى الشوائب ذات درجة الغليان العالية (Pb، Ag) في البقايا.
• ‌احتياطات: قم بتفريغ نظام التفريغ مسبقًا إلى ≤5×10⁻³باسكال قبل التسخين لمنع أكسدة التيلوريوم.

ثالثًا: نمو البلورات (التبلور الاتجاهي)

1. ‌تكوين المعدات‌

• ‌نماذج أفران نمو البلورات: TDR-70A/B (سعة 30 كجم) أو TRDL-800 (سعة 60 كجم)؛
• مادة البوتقة: جرافيت عالي النقاء (محتوى الرماد ≤5 جزء في المليون)، الأبعاد Φ300×400 مم؛
• طريقة التسخين: التسخين بمقاومة الجرافيت، درجة الحرارة القصوى 1200 درجة مئوية.

1. ‌معلمات العملية‌

• ‌التحكم في الذوبان‌:
• درجة حرارة الانصهار: 500-520 درجة مئوية، عمق حوض الانصهار 80-120 مم؛
• الغاز الواقي: الأرجون (نقاء ≥99.999%)، معدل التدفق 10-15 لتر/دقيقة.
• ‌معايير التبلور‌:
• معدل السحب: 1-3 مم/ساعة، سرعة دوران البلورة 8-12 دورة في الدقيقة؛
• تدرج درجة الحرارة: محوري 30-50 درجة مئوية/سم، شعاعي ≤10 درجة مئوية/سم؛
• طريقة التبريد: قاعدة نحاسية مبردة بالماء (درجة حرارة الماء 20-25 درجة مئوية)، تبريد إشعاعي علوي.

1. ‌التحكم في الشوائب‌

• ‌تأثير الفصل: تتراكم الشوائب مثل الحديد والنيكل (معامل الفصل <0.1) عند حدود الحبيبات؛
• ‌دورات إعادة الصهر: 3-5 دورات، إجمالي الشوائب النهائية ≤0.1 جزء في المليون.

1. ‌احتياطات‌:

• قم بتغطية سطح الصهر بألواح الجرافيت لكبح تطاير التيلوريوم (معدل الفقد ≤0.5٪)؛
• مراقبة قطر البلورة في الوقت الحقيقي باستخدام مقاييس الليزر (دقة ±0.1 مم)؛
• تجنب تقلبات درجة الحرارة التي تزيد عن ±2 درجة مئوية لمنع زيادة كثافة الخلع (الهدف ≤10³/سم²).

رابعاً: فحص الجودة والمؤشرات الرئيسية

خامساً: بروتوكولات البيئة والسلامة

1. ‌معالجة غازات العادم‌:

• عادم التحميص: معادلة SO₂ و SeO₂ باستخدام أجهزة تنقية NaOH (pH≥10)؛
• عادم التقطير الفراغي: تكثيف واستعادة بخار Te؛ الغازات المتبقية الممتصة عبر الكربون المنشط.

1. ‌إعادة تدوير الخبث‌:

• رواسب الأنود (تحتوي على الفضة والذهب): استخلاصها عن طريق المعالجة المائية للمعادن (نظام H₂SO₄-HCl)؛
• مخلفات التحليل الكهربائي (التي تحتوي على الرصاص والنحاس): العودة إلى أنظمة صهر النحاس.

1. ‌تدابير السلامة‌:

• يجب على المشغلين ارتداء أقنعة الغاز (بخار Te سام)؛ والحفاظ على تهوية الضغط السلبي (معدل تبادل الهواء ≥ 10 دورات / ساعة).

إرشادات تحسين العمليات

1. ‌تكييف المواد الخام: ضبط درجة حرارة التحميص ونسبة الحمض بشكل ديناميكي بناءً على مصادر رواسب الأنود (مثل صهر النحاس مقابل صهر الرصاص)؛
2. ‌مطابقة معدل سحب الكريستال: اضبط سرعة السحب وفقًا لحمل الذوبان (رقم رينولدز Re≥2000) لقمع التبريد الفائق البنيوي؛
3. ‌كفاءة الطاقة: استخدم التسخين ثنائي المنطقة بدرجة حرارة مزدوجة (المنطقة الرئيسية 500 درجة مئوية، والمنطقة الفرعية 400 درجة مئوية) لتقليل استهلاك الطاقة لمقاومة الجرافيت بنسبة 30٪.