Hapat dhe parametrat e procesit të kadmiumit

I. Para-trajtimi i lëndës së parë dhe pastrimi parësor

1. ‌Përgatitja e lëndës së parë të kadmiumit me pastërti të lartë‌

• ‌Larje me acidZhytni shufrat e kadmiumit të gradës industriale në tretësirë ​​acidi nitrik 5%-10% në 40-60°C për 1-2 orë për të hequr oksidet sipërfaqësore dhe papastërtitë metalike. Shpëlajeni me ujë të deionizuar derisa pH të jetë neutral dhe thajeni me vakum.
• ‌Shpëlarje HidrometalurgjikeTrajtoni mbeturinat që përmbajnë kadmium (p.sh., skorje bakri-kadmiumi) me acid sulfurik (përqendrim 15-20%) në 80-90°C për 4-6 orë, duke arritur efikasitet ≥95% të rrjedhjes së kadmiumit. Filtroni dhe shtoni pluhur zinku (1.2-1.5 herë raportin stekiometrik) për zhvendosje për të përftuar kadmium sfungjeri.

1. ‌Shkrirja dhe derdhja‌

• Vendosni kadmiumin prej sfungjeri në enë grafiti me pastërti të lartë, shkrijeni në atmosferë argoni në 320-350°C dhe derdheni në kallëpe grafiti për ftohje të ngadaltë. Formoni shufra me dendësi ≥8.65 g/cm³.

II. Rafinimi i Zonës

1. ‌Pajisjet dhe Parametrat‌

• Përdorni furra shkrirjeje me zonë lundruese horizontale me një gjerësi zone shkrirjeje prej 5-8 mm, shpejtësi përshkuese prej 3-5 mm/orë dhe 8-12 kalime rafinimi. Gradient i temperaturës: 50-80°C/cm; vakum ≤10⁻³ Pa‌
• ‌Ndarja e papastërtive‌: Zona e përsëritur kalon përqendrimin e plumbit, zinkut dhe papastërtive të tjera në bishtin e lingotit. Hiqni pjesën e fundit të pasur me papastërti 15-20%, duke arritur pastërti të ndërmjetme ≥99.999%

1. ‌Kontrollet kryesore‌

• Temperatura e zonës së shkrirë: 400-450°C (pak mbi pikën e shkrirjes së kadmiumit prej 321°C);
• Shkalla e ftohjes: 0.5-1.5°C/min për të minimizuar defektet e rrjetës;
• Shkalla e rrjedhjes së argonit: 10-15 L/min për të parandaluar oksidimin

III. Rafinimi elektrolitik

1. ‌Formulimi i elektroliteve‌

• Përbërja e elektrolitit: Sulfat kadmiumi (CdSO₄, 80-120 g/L) dhe acid sulfurik (pH 2-3), me xhelatinë 0.01-0.05 g/L të shtuar për të rritur dendësinë e depozitimit të katodës‌

1. ‌Parametrat e procesit‌

• Anoda: Pllakë kadmiumi e papërpunuar; Katoda: Pllakë titaniumi;
• Dendësia e rrymës: 80-120 A/m²; Tensioni i qelizës: 2.0-2.5 V;
• Temperatura e elektrolizës: 30-40°C; Kohëzgjatja: 48-72 orë; Pastërtia e katodës ≥99.99%‌

IV. Distilimi me Reduktim në Vakum

1. ‌Reduktimi dhe Ndarja e Temperaturës së Lartë‌

• Vendosni shufrat e kadmiumit në një furrë vakumi (presioni ≤10⁻² Pa), shtoni hidrogjen si reduktues dhe ngroheni në 800-1000°C për të reduktuar oksidet e kadmiumit në kadmium të gaztë. Temperatura e kondensatorit: 200-250°C; Pastërtia përfundimtare ≥99.9995%

1. ‌Efikasiteti i Largimit të Papastërtive‌

• Plumbi, bakri dhe papastërtitë e tjera metalike të mbetura ≤0.1 ppm;
• Përmbajtja e oksigjenit ≤5 ppm‌

V. Czochralski Rritja e Kristalit të Vetëm

1. ‌Kontrolli i shkrirjes dhe përgatitja e kristalit të farës‌

• Ngarkoni lingota kadmiumi me pastërti të lartë në enë kuarci me pastërti të lartë, shkrijini nën argon në 340-360°C. Përdorni fara kadmiumi me kristal të vetëm të orientuar në <100> (diametër 5-8 mm), të para-pjekura në 800°C për të eliminuar stresin e brendshëm.

1. ‌Parametrat e tërheqjes së kristalit‌

• Shpejtësia e tërheqjes: 1.0-1.5 mm/min (faza fillestare), 0.3-0.5 mm/min (rritje në gjendje të qëndrueshme);
• Rrotullimi i enës së shkrirjes: 5-10 rpm (kundër-rrotullim);
• Gradienti i temperaturës: 2-5°C/mm; Luhatja e temperaturës së ndërfaqes së ngurtë-lëngshme ≤±0.5°C‌

1. ‌Teknikat e Shtypjes së Defekteve‌

• ‌Ndihma për Fushën MagnetikeAplikoni një fushë magnetike aksiale prej 0.2-0.5 T për të shtypur turbulencën e shkrirjes dhe për të zvogëluar striacionet e papastërtive;
• ‌Ftohje e KontrolluarShkalla e ftohjes pas rritjes prej 10-20°C/orë minimizon defektet e zhvendosjes të shkaktuara nga stresi termik.

VI. Përpunimi pas përpunimit dhe kontrolli i cilësisë

1. ‌Përpunimi i kristaleve‌

• ‌PrerjePërdorni sharrë teli me diamant për të prerë në napolitane 0.5-1.0 mm me shpejtësi teli 20-30 m/s;
• ‌Lustrim‌: Lëmim mekanik kimik (CMP) me përzierje acid nitrik-etanol (raporti vol. 1:5), duke arritur vrazhdësi sipërfaqësore Ra ≤0.5 nm.

1. ‌Standardet e Cilësisë‌

• ‌PastërtiaGDMS (Spektrometria e Masës me Shkarkim Shkëlqimi) konfirmon Fe, Cu, Pb ≤0.1 ppm;
• ‌Rezistenca‌: ≤5×10⁻⁸ Ω·m (pastërtia ≥99.9999%);
• ‌Orientimi Kristalografik‌: Devijimi <0.5°; Dendësia e zhvendosjes ≤10³/cm²

VII. Udhëzime për Optimizimin e Procesit

1. ‌Heqja e synuar e papastërtive‌

• Përdorni rrëshira shkëmbimi jonik për adsorbim selektiv të Cu, Fe, etj., të kombinuara me rafinim zonal shumëfazor për të arritur pastërti të gradës 6N (99.9999%)‌

1. ‌Përmirësime të Automatizimit‌

• Algoritmet e inteligjencës artificiale rregullojnë dinamikisht shpejtësinë e tërheqjes, gradientët e temperaturës etj., duke rritur rendimentin nga 85% në 93%;
• Zgjeroni madhësinë e enës së shkrirjes në 36 inç, duke mundësuar prodhimin e lëndës së parë me një sasi të vetme prej 2800 kg, duke ulur konsumin e energjisë në 80 kWh/kg.

1. ‌Qëndrueshmëria dhe Rimëkëmbja e Burimeve‌

• Rigjeneroni mbetjet e larjes me acid nëpërmjet shkëmbimit jonik (rikuperimi i Cd ≥99.5%);
• Trajtoni gazrat e shkarkimit me adsorbim të karbonit të aktivizuar + pastrim alkalik (rikuperimi i avujve të Cd ≥98%)‌

Përmbledhje

Procesi i rritjes dhe pastrimit të kristaleve të kadmiumit integron hidrometalurgjinë, rafinimin fizik në temperaturë të lartë dhe teknologjitë e rritjes precize të kristaleve. Nëpërmjet shpëlarjes me acid, rafinimit në zonë, elektrolizës, distilimit në vakum dhe rritjes Czochralski - së bashku me automatizimin dhe praktikat miqësore me mjedisin - ai mundëson prodhimin e qëndrueshëm të kristaleve të vetme të kadmiumit me pastërti ultra të lartë të gradës 6N. Këto plotësojnë kërkesat për detektorë bërthamorë, materiale fotovoltaike dhe pajisje gjysmëpërçuese të përparuara. Përparimet e ardhshme do të përqendrohen në rritjen e kristaleve në shkallë të gjerë, ndarjen e synuar të papastërtive dhe prodhimin me karbon të ulët.