7N 텔루륨 결정 성장 및 정제

7N 텔루륨 결정 성장 및 정제

I. 원료 전처리 및 예비 정제

1. ‌원료 선별 및 분쇄‌

• ‌자재 소요량: 원료로는 텔루륨 광석 또는 양극 슬러지(Te 함량 ≥5%), 바람직하게는 구리 제련 양극 슬러지(Cu₂Te, Cu₂Se 함유)를 사용합니다.
• ‌전처리 과정:
• 입자 크기가 5mm 이하가 되도록 조분쇄한 후, 볼 밀링을 통해 200메쉬 이하로 만듭니다.
• 철, 니켈 및 기타 자성 불순물을 제거하기 위한 자기 분리(자기장 강도 ≥0.8T);
• SiO₂, CuO 및 기타 비자성 불순물을 분리하기 위한 부유선별법(pH=8-9, 크산테이트 집진제).
• ‌지침: 습식 전처리 과정에서 수분 유입을 피하십시오(로스팅 전 건조 필요). 주변 습도를 30% 이하로 유지하십시오.

1. ‌고온야금적 배소 및 산화‌

• ‌프로세스 매개변수:
• 산화 로스팅 온도: 350~600°C (단계별 제어: 탈황을 위한 저온, 산화를 위한 고온)
• 로스팅 시간: 6~8시간, 산소 유량 5~10L/min;
• 시약: 농축 황산(98% H₂SO₄), 질량비 Te₂SO₄ = 1:1.5.
• ‌화학 반응:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌지침: TeO₂ 휘발(끓는점 387°C)을 방지하기 위해 온도를 600°C 이하로 제어하고, 배기가스를 NaOH 스크러버로 처리합니다.

II. 전기정련 및 진공 증류

1. ‌전기정련‌

• ‌전해질 시스템:
• 전해질 조성: H₂SO₄(80–120g/L), TeO₂(40–60g/L), 첨가제(젤라틴 0.1–0.3g/L)
• 온도 조절: 30~40°C, 순환 유량 1.5~2 m³/h.
• ‌프로세스 매개변수:
• 전류 밀도: 100–150 A/m², 셀 전압 0.2–0.4V;
• 전극 간격: 80~120mm, 음극 증착 두께 2~3mm/8시간;
• 불순물 제거 효율: Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌지침전해액을 정기적으로 여과하고(정밀도 ≤1μm), 양극 표면을 기계적으로 연마하여 부동태화를 방지하십시오.

1. ‌진공 증류‌

• ‌프로세스 매개변수:
• 진공도: ≤1×10⁻²Pa, 증류 온도 600–650°C;
• 응축기 영역 온도: 200~250°C, 텔루륨 증기 응축 효율 ≥95%;
• 증류 시간: 8~12시간, 1회 배치 용량 ≤50kg.
• ‌불순물 분포: 저비점 불순물(Se, S)은 응축기 전면에 축적되고, 고비점 불순물(Pb, Ag)은 잔류물에 남습니다.
• ‌지침가열 전에 텔루륨 산화를 방지하기 위해 펌프를 이용하여 진공 시스템을 ≤5×10⁻³Pa로 예열합니다.

III. 결정 성장 (방향성 결정화)

1. ‌장비 구성‌

• ‌결정 성장로 모델: TDR-70A/B (30kg 용량) 또는 TRDL-800 (60kg 용량)
• 도가니 재질: 고순도 흑연(회분 함량 ≤5ppm), 크기 Φ300×400mm;
• 가열 방식: 흑연 저항 가열, 최고 온도 1200°C.

1. ‌프로세스 매개변수‌

• ‌용융 제어:
• 용융 온도: 500~520°C, 용융 풀 깊이 80~120mm;
• 보호 가스: 아르곤(순도 ≥99.999%), 유량 10–15 L/min.
• ‌결정화 매개변수:
• 인발 속도: 1~3mm/h, 결정 회전 속도: 8~12rpm;
• 온도 기울기: 축 방향 30–50°C/cm, 반경 방향 ≤10°C/cm;
• 냉각 방식: 수냉식 구리 받침대(수온 20~25°C), 상단 복사 냉각.

1. ‌불순물 제어‌

• ‌분리 효과: Fe, Ni와 같은 불순물(편석 계수 <0.1)은 결정립계에 축적됩니다.
• ‌재용융 주기: 3~5회 주기, 최종 총 불순물 ≤0.1ppm.

1. ‌지침:

• 용융 표면을 흑연판으로 덮어 텔루륨 휘발을 억제합니다(손실률 ≤0.5%).
• 레이저 측정기를 사용하여 결정 직경을 실시간으로 모니터링합니다(정확도 ±0.1mm).
• 전위 밀도 증가를 방지하기 위해 온도 변동이 ±2°C를 초과하지 않도록 하십시오(목표값 ≤10³/cm²).

IV. 품질 검사 및 주요 지표

V. 환경 및 안전 프로토콜

1. ‌배기가스 처리:

• 로스팅 배기가스: NaOH 스크러버를 사용하여 SO₂ 및 SeO₂를 중화(pH≥10);
• 진공 증류 배출물: 텔루륨 증기를 응축 및 회수하고, 잔류 가스는 활성탄을 통해 흡착합니다.

1. ‌슬래그 재활용:

• 양극 슬러지(Ag, Au 함유): 습식 야금(H₂SO₄-HCl 시스템)을 통한 회수;
• 전해 잔류물(납, 구리 함유): 구리 제련 시스템으로 되돌려 보냅니다.

1. ‌안전 조치:

• 작업자는 방독면을 착용해야 합니다(텔루륨 증기는 유독함). 또한 음압 환기(공기 교환율 ≥10회/시간)를 유지해야 합니다.

프로세스 최적화 가이드라인

1. ‌원재료 적응: 양극 슬라임 발생원(예: 구리 제련 vs. 납 제련)에 따라 로스팅 온도와 산 비율을 동적으로 조정합니다.
2. ‌크리스탈 인발률 일치용융물 대류에 따라 인발 속도를 조절하여(레이놀즈 수 Re≥2000) 구조적 과냉각을 억제합니다.
3. ‌에너지 효율이중 온도 구역 가열(주 구역 500°C, 보조 구역 400°C)을 사용하여 흑연 저항의 전력 소비를 30% 줄입니다.