גידול וטיהור גבישי טלוריום 7N

גידול וטיהור גבישי טלוריום 7N

א. טיפול מקדים וטיהור ראשוני של חומרי גלם

1. ‌בחירת חומרי גלם וריסוק‌

• ‌דרישות חומרהשתמשו בעפרת טלור או בסליים של אנודה (תכולת Te ≥5%), רצוי סליים של אנודה להתכת נחושת (המכיל Cu₂Te, Cu₂Se) כחומר גלם.
• ‌תהליך טיפול מקדים‌:
• ריסוק גס לגודל חלקיקים ≤5 מ"מ, ולאחר מכן טחינה כדורית לגודל חלקיקים ≤200 רשת;
• הפרדה מגנטית (עוצמת שדה מגנטי ≥0.8T) להסרת Fe, Ni וזיהומים מגנטיים אחרים;
• ציפת קצף (pH=8-9, קולטי קסנטאט) להפרדת SiO₂, CuO וזיהומים לא מגנטיים אחרים.
• ‌אמצעי זהירותיש להימנע מחדירת לחות במהלך הטיפול המקדים הרטוב (דורש ייבוש לפני הקלייה); יש לשלוט בלחות הסביבה ≤30%.

1. ‌קלייה וחמצון פירומטאלורגיים‌

• ‌פרמטרי תהליך‌:
• טמפרטורת קלייה בחמצון: 350–600 מעלות צלזיוס (בקרה מדורגת: טמפרטורה נמוכה להסרת גופרית, טמפרטורה גבוהה לחמצון);
• זמן צלייה: 6-8 שעות, עם קצב זרימת O₂ של 5-10 ליטר/דקה;
• ריאגנט: חומצה גופרתית מרוכזת (98% H₂SO₄), יחס מסה Te₂SO₄ = 1:1.5.
• ‌תגובה כימית‌:
  Cu2Te+2O2+2H2SO4→2CuSO4+TeO2+2H2OCu2​Te+2O2​+2H2​SO4​→2CuSO4​+TeO2​+2H2​O
• ‌אמצעי זהירותיש לשלוט בטמפרטורה של ≤600°C כדי למנוע התנדפות של TeO₂ (נקודת רתיחה 387°C); לטפל בגזי פליטה בעזרת מסנני NaOH.

II. זיקוק אלקטרוכימי וזיקוק בוואקום

1. ‌זיקוק אלקטרו‌

• ‌מערכת אלקטרוליטים‌:
• הרכב אלקטרוליטים: H₂SO₄ (80–120 גרם/ליטר), TeO₂ (40–60 גרם/ליטר), תוסף (ג'לטין 0.1–0.3 גרם/ליטר);
• בקרת טמפרטורה: 30–40°C, קצב זרימת סירקולציה 1.5–2 מ"ק/שעה.
• ‌פרמטרי תהליך‌:
• צפיפות זרם: 100–150 A/m², מתח תא 0.2–0.4V;
• מרווח בין אלקטרודות: 80-120 מ"מ, עובי שקיעת קתודה 2-3 מ"מ/8 שעות;
• יעילות הסרת זיהומים: נחושת ≤5ppm, פליז ≤1ppm.
• ‌אמצעי זהירותיש לסנן את האלקטרוליט באופן קבוע (דיוק ≤1 מיקרומטר); ללטש מכני את משטחי האנודה כדי למנוע פסיבציה.

1. ‌זיקוק בוואקום‌

• ‌פרמטרי תהליך‌:
• רמת ואקום: ≤1×10⁻²Pa, טמפרטורת זיקוק 600–650°C;
• טמפרטורת אזור המעבה: 200–250 מעלות צלזיוס, יעילות עיבוי אדים Te ≥95%;
• זמן זיקוק: 8-12 שעות, קיבולת אצווה בודדת ≤50 ק"ג.
• ‌פיזור טומאהזיהומים בעלי רתיחה נמוכה (Se, S) מצטברים בחזית המעבה; זיהומים בעלי רתיחה גבוהה (Pb, Ag) נשארים בשאריות.
• ‌אמצעי זהירותיש לקדם את מערכת הוואקום ללחץ של ≤5×10⁻³Pa לפני החימום כדי למנוע חמצון Te.

ג. צמיחת גבישים (התגבשות כיוונית)

1. ‌תצורת ציוד‌

• ‌מודלים של תנור גדילה גבישיTDR-70A/B (קיבולת של 30 ק"ג) או TRDL-800 (קיבולת של 60 ק"ג);
• חומר ציד: גרפיט טוהר גבוה (תכולת אפר ≤5ppm), מידות Φ300×400mm;
• שיטת חימום: חימום עמיד בפני גרפיט, טמפרטורה מקסימלית 1200°C.

1. ‌פרמטרי תהליך‌

• ‌בקרת התכה‌:
• טמפרטורת התכה: 500–520 מעלות צלזיוס, עומק בריכת ההיתוך 80–120 מ"מ;
• גז מגן: ארדן (טוהר ≥99.999%), קצב זרימה 10–15 ליטר/דקה.
• ‌פרמטרים של התגבשות‌:
• קצב משיכה: 1-3 מ"מ/שעה, מהירות סיבוב גביש 8-12 סל"ד;
• גרדיאנט טמפרטורה: צירי 30–50°C/cm, רדיאלי ≤10°C/cm;
• שיטת קירור: בסיס נחושת מקורר במים (טמפרטורת מים 20-25°C), קירור קרינה עליון.

1. ‌בקרת טומאה‌

• ‌אפקט ההפרדהזיהומים כמו Fe, Ni (מקדם הפרדה <0.1) מצטברים בגבולות הגרעינים;
• ‌מחזורי התכה מחדש3–5 מחזורים, סך הזיהומים הסופי ≤0.1ppm.

1. ‌אמצעי זהירות‌:

• כסו את משטח ההיתוך עם לוחות גרפיט כדי לדכא את התנדפות ה-Te (שיעור אובדן ≤0.5%);
• ניטור קוטר הגביש בזמן אמת באמצעות מדי לייזר (דיוק ±0.1 מ"מ);
• הימנעו מתנודות טמפרטורה >±2°C כדי למנוע עלייה בצפיפות הנקיעה (יעד ≤10³/cm²).

IV. בדיקת איכות ומדדים מרכזיים

ה. פרוטוקולים סביבתיים ובטיחותיים

1. ‌טיפול בגזי פליטה‌:

• קליית פליטות: ניטרלו SO₂ ו-SeO₂ בעזרת מסנני NaOH (pH≥10);
• פליטת זיקוק בוואקום: עיבוי והחזרת אדי טה; גזים שיוריים נספחים באמצעות פחם פעיל.

1. ‌מיחזור סיגים‌:

• סליים אנודה (המכיל Ag, Au): שחזור באמצעות הידרומטלורגיה (מערכת H₂SO₄-HCl);
• שאריות אלקטרוליזה (המכילות Pb, Cu): החזרה למערכות התכת נחושת.

1. ‌אמצעי בטיחות‌:

• על המפעילים לעטות מסכות גז (אדי טהור רעילים); לשמור על אוורור בלחץ שלילי (קצב חילוף אוויר ≥10 מחזורים/שעה).

הנחיות לאופטימיזציה של תהליכים

1. ‌התאמת חומרי גלםהתאמת טמפרטורת הקלייה ויחס החומצה באופן דינמי בהתבסס על מקורות הריר של האנודה (למשל, התכת נחושת לעומת התכת עופרת);
2. ‌התאמת קצב משיכת גבישיםהתאם את מהירות המשיכה בהתאם להסעת ההיתוך (מספר ריינולדס Re≥2000) כדי לדכא קירור-על קונסטיטוציוני;
3. ‌יעילות אנרגטיתהשתמשו בחימום דו-טמפרטורתי (אזור ראשי 500°C, תת-אזור 400°C) כדי להפחית את צריכת החשמל של התנגדות הגרפיט ב-30%.