7N 텔루륨 결정 성장 및 정제

7N 텔루륨 결정 성장 및 정제

‌I. 원료 전처리 및 예비 정제‌

1. ‌원자재 선정 및 분쇄‌

• ‌재료 요구 사항‌: 텔루륨 광석 또는 양극 슬라임(Te 함량 ≥5%)을 원료로 사용하고, 바람직하게는 구리 제련 양극 슬라임(Cu₂Te, Cu₂Se 함유)을 사용합니다.
• ‌전처리 과정‌:
• 입자 크기가 ≤5mm가 될 때까지 거칠게 분쇄한 후 볼 밀링하여 ≤200메시로 만듭니다.
• 자기 분리(자기장 강도 ≥0.8T)를 통해 Fe, Ni 및 기타 자성 불순물을 제거합니다.
• 거품 부유법(pH=8-9, 크산테이트 수집기)을 사용하여 SiO₂, CuO 및 기타 비자성 불순물을 분리합니다.
• ‌지침‌: 습식 전처리 중 습기 유입을 피하세요(구이 전 건조 필요); 주변 습도를 ≤30%로 조절하세요.

1. ‌건식 야금 로스팅 및 산화‌

• ‌프로세스 매개변수‌:
• 산화 로스팅 온도 : 350–600°C (단계적 제어: 탈황을 위한 저온, 산화를 위한 고온)
• 로스팅 시간: 6~8시간, O₂ 유량 5~10L/분
• 시약: 진한 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 휘발을 방지하기 위해 온도를 ≤600°C로 제어합니다(끓는점 387°C); 배기가스를 NaOH 스크러버로 처리합니다.

II. 전기 정제 및 진공 증류

1. ‌전기 정제‌

• ‌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/8h ;
• 불순물 제거 효율 : Cu ≤5ppm, Pb ≤1ppm.
• ‌지침‌: 전해질을 정기적으로 여과합니다(정확도 ≤1μm); 수동화를 방지하기 위해 양극 표면을 기계적으로 연마합니다.

1. ‌진공 증류‌

• ‌프로세스 매개변수‌:
• 진공 레벨: ≤1×10⁻²Pa, 증류 온도 600–650°C;
• 응축기 구역 온도: 200–250°C, 증기 응축 효율 ≥95%
• 증류 시간: 8~12시간, 단일 배치 용량 ≤50kg.
• ‌불순물 분포‌: 저비점 불순물(Se, S)은 응축기 전면에 축적되고, 고비점 불순물(Pb, Ag)은 잔류물에 남습니다.
• ‌지침‌: Te 산화를 방지하기 위해 가열하기 전에 진공 시스템을 ≤5×10⁻³Pa로 사전 펌프합니다.

III. 결정 성장(방향성 결정화)

1. ‌장비 구성‌

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

1. ‌프로세스 매개변수‌

• ‌용융 제어‌:
• 용융 온도: 500–520°C, 용융 풀 깊이 80–120mm;
• 보호 가스: Ar(순도 ≥99.999%), 유량 10–15 L/min.
• ‌결정화 매개변수‌:
• 당김 속도: 1–3mm/h, 수정 회전 속도 8–12rpm ;
• 온도 구배: 축방향 30–50°C/cm, 반경방향 ≤10°C/cm
• 냉각 방식: 수냉식 구리 기반(수온 20~25°C), 상부 방사 냉각.

1. ‌불순물 제어‌

• ‌분리 효과‌: Fe, Ni(분리계수 <0.1)와 같은 불순물은 결정립계에 축적됩니다.
• ‌재용융 사이클‌: 3~5 사이클, 최종 총 불순물 ≤0.1ppm.

1. ‌지침‌:

• 용융 표면을 흑연판으로 덮어 Te 휘발을 억제합니다(손실률 ≤0.5%).
• 레이저 게이지를 사용하여 실시간으로 결정 직경을 모니터링합니다(정확도 ±0.1mm)
• 전위 밀도 증가를 방지하려면 온도 변동을 >±2°C로 피하세요(목표 ≤10³/cm²).

IV. 품질 검사 및 주요 지표

‌V. 환경 및 안전 프로토콜‌

1. ‌배기가스 처리‌:

• 로스팅 배기: NaOH 스크러버(pH≥10)로 SO₂ 및 SeO₂를 중화합니다.
• 진공 증류 배출: Te 증기를 응축하고 회수합니다. 잔류 가스는 활성탄을 통해 흡착됩니다.

1. ‌슬래그 재활용‌:

• 양극 슬라임(Ag, Au 함유): 습식야금(H₂SO₄-HCl 시스템)을 통해 회수
• 전기분해 잔류물(Pb, Cu 함유): 구리 제련 시스템으로 반환.

1. ‌안전 조치‌:

• 작업자는 가스 마스크를 착용해야 합니다(가스 증기는 독성이 있음). 음압 환기를 유지해야 합니다(공기 교환 속도 ≥10주기/시간).

‌프로세스 최적화 지침‌

1. ‌원자재 적응‌: 양극 슬라임 소스(예: 구리 대 납 제련)에 따라 로스팅 온도와 산 비율을 동적으로 조정합니다.
2. ‌크리스탈 풀링 속도 매칭‌: 용융 대류(레이놀즈수 Re≥2000)에 따라 인발 속도를 조절하여 체질적 과냉각을 억제합니다.
3. ‌에너지 효율‌: 이중 온도 구역 가열(주 구역 500°C, 하위 구역 400°C)을 사용하여 흑연 저항 전력 소비를 30% 줄입니다.