Kadmiy jarayoni bosqichlari va parametrlari

I. Xom ashyoni dastlabki tozalash va birlamchi tozalash

1. .Yuqori toza kadmiyli xom ashyoni tayyorlash.

• .Kislota yuvishSanoat darajasidagi kadmiy quymalarini 5-10% nitrat kislota eritmasiga 40-60°C haroratda 1-2 soat davomida botirib, sirt oksidi va metall aralashmalarini olib tashlang. Neytral pH va vakuum bilan quritmaguncha deionizatsiyalangan suv bilan yuvib tashlang.
• .Gidrometallurgik yuvishKadmiy o'z ichiga olgan chiqindilarni (masalan, mis-kadmiy shlaklari) sulfat kislota (15-20% konsentratsiya) bilan 80-90 ° C da 4-6 soat davomida qayta ishlang, kadmiyni ≥95% yuvish samaradorligiga erishing. Kadmiy shimgichni olish uchun filtrlang va sink kukunini (1,2-1,5 marta stokiometrik nisbat) qo'shing.

1. .Eritish va quyish.

• Shimgich kadmiyni yuqori toza grafit tigellarga soling, 320-350 ° S haroratda argon atmosferasida eritib, sekin sovutish uchun grafit qoliplariga quying. Zichligi ≥8,65 g/sm³ bo'lgan ingotlarni hosil qiling

II. Hududni tozalash

1. .Uskunalar va parametrlar.

• Eritilgan zonaning kengligi 5-8 mm, shpal tezligi 3-5 mm / soat va 8-12 tozalash o'tishlari bo'lgan gorizontal suzuvchi zonali erituvchi pechlardan foydalaning. Harorat gradienti: 50-80 ° C / sm; vakuum ≤10⁻³ Pa‌
• .Nopoklikni ajratishTakroriy zona qo'rg'oshin, rux va boshqa aralashmalarni quyma dumidan o'tkazadi. ≥99,999% oraliq tozalikka erishib, 15-20% nopoklikka boy bo'lgan oxirgi qismni olib tashlang.

1. .Kalit boshqaruvlari.

• Erigan zonaning harorati: 400-450 ° S (kadmiyning erish nuqtasi 321 ° C dan bir oz yuqori);
• Sovutish tezligi: panjara nuqsonlarini minimallashtirish uchun 0,5-1,5 ° S / min;
• Argon oqim tezligi: Oksidlanishni oldini olish uchun 10-15 L / min

III. Elektrolitik tozalash

1. .Elektrolitlar formulasi.

• Elektrolitlar tarkibi: Kadmiy sulfat (CdSO₄, 80-120 g/L) va sulfat kislota (pH 2-3), katod yotqizish zichligini oshirish uchun 0,01-0,05 g/l jelatin qo‘shiladi‌

1. .Jarayon parametrlari.

• Anod: xom kadmiy plastinka; Katod: titanium plastinka;
• Oqim zichligi: 80-120 A/m²; Hujayra kuchlanishi: 2,0-2,5 V;
• Elektroliz harorati: 30-40 ° S; Davomiyligi: 48-72 soat; Katod tozaligi ≥99,99%‌

IV. Vakuumni kamaytirish distillashi

1. .Yuqori haroratni pasaytirish va ajratish.

• Kadmiy ingotlarini vakuumli pechga joylashtiring (bosim ≤10⁻² Pa), qaytaruvchi sifatida vodorodni kiriting va kadmiy oksidlarini gazsimon kadmiyga qaytarish uchun 800-1000 ° S ga qadar qizdiring. Kondenser harorati: 200-250 ° S; Yakuniy tozalik ≥99,9995%

1. .Nopoklikni olib tashlash samaradorligi.

• Qo'rg'oshin, mis va boshqa metall aralashmalar qoldiqlari ≤0,1 ppm;
• Kislorod miqdori ≤5 ppm‌

V. Czochralski yagona kristalli o'sishi

1. .Eritma nazorati va urug'lik kristalini tayyorlash.

• Yuqori tozalikdagi kadmiy ingotlarini yuqori toza kvarts tigellarga soling, argon ostida 340-360 ° S da eritiladi. Ichki stressni bartaraf etish uchun 800 ° C da oldindan tavlangan <100>-ga yo'naltirilgan yagona kristalli kadmiy urug'laridan foydalaning (diametri 5-8 mm).

1. .Kristalni tortish parametrlari.

• Tortish tezligi: 1,0-1,5 mm / min (boshlang'ich bosqich), 0,3-0,5 mm / min (barqaror o'sish);
• Tigelning aylanishi: 5-10 rpm (teskari aylanish);
• Harorat gradienti: 2-5 ° C / mm; Qattiq suyuqlik interfeysi haroratining o'zgarishi ≤±0,5°C‌

1. .Kamchiliklarni bartaraf etish usullari.

• .Magnit maydon yordamiEritmaning turbulentligini bostirish va ifloslanish chizig'ini kamaytirish uchun 0,2-0,5 T eksenel magnit maydonni qo'llang;
• .Boshqariladigan sovutishO'sishdan keyingi sovutish tezligi 10-20 ° C/soat termal stressdan kelib chiqadigan dislokatsiya nuqsonlarini kamaytiradi.

VI. Qayta ishlashdan keyingi va sifat nazorati

1. .Kristalli ishlov berish.

• .Kesish20-30 m/s sim tezligida 0,5-1,0 mm gofretlarga kesish uchun olmos simli arralardan foydalaning;
• .Jilolash‌: Nitrat kislota-etanol aralashmasi (1:5 hajm nisbati) bilan kimyoviy mexanik sayqallash (CMP), sirt pürüzlülüğü Ra ≤0,5 nm ga erishish.

1. .Sifat standartlari.

• .Poklik‌: GDMS (Glow Discharge Mass Spectrometery) Fe, Cu, Pb ≤0,1 ppm ni tasdiqlaydi;
• .Qarshilik‌: ≤5×10⁻⁸ Ō·m (tozaligi ≥99,9999%);
• .Kristallografik orientatsiyaOg'ish <0,5°; Dislokatsiya zichligi ≤10³/sm²

VII. Jarayonni optimallashtirish bo'yicha ko'rsatmalar

1. .Maqsadli nopoklikni olib tashlash.

• 6N-sinf tozaligiga (99,9999%) erishish uchun ko'p bosqichli zonali tozalash bilan birlashtirilgan Cu, Fe va boshqalarni tanlab adsorbsiyalash uchun ion almashinadigan qatronlardan foydalaning‌

1. .Avtomatlashtirishni yangilash.

• AI algoritmlari tortish tezligini, harorat gradyanlarini va hokazolarni dinamik ravishda sozlaydi, rentabellikni 85% dan 93% gacha oshiradi;
• Tigel o'lchamini 36 dyuymgacha kengaytiring, bu 2800 kg hajmdagi bir partiyali xom ashyoni yaratishga imkon beradi, energiya sarfini 80 kVt / kg gacha kamaytiradi

1. .Barqarorlik va resurslarni qayta tiklash.

• Kislota yuvish chiqindilarini ion almashinuvi orqali qayta tiklash (Cd ni qayta tiklash ≥99,5%);
• Egzoz gazlarini faollashtirilgan uglerod adsorbsiyasi + gidroksidi tozalash bilan tozalang (Cd bug'ining tiklanishi ≥98%)‌

Xulosa

Kadmiy kristallarini o'stirish va tozalash jarayoni gidrometallurgiya, yuqori haroratli jismoniy tozalash va aniq kristall o'sishi texnologiyalarini birlashtiradi. Kislota bilan yuvish, zonalarni tozalash, elektroliz, vakuum distillash va Czochralski o'sishi - avtomatlashtirish va ekologik toza amaliyotlar bilan birgalikda - 6N-sinfdagi ultra yuqori toza kadmiy monokristallarini barqaror ishlab chiqarish imkonini beradi. Ular yadroviy detektorlar, fotovoltaik materiallar va ilg'or yarimo'tkazgich qurilmalariga bo'lgan talablarga javob beradi. Kelajakdagi yutuqlar keng miqyosli kristall o'sishi, maqsadli nopoklik ajratish va kam uglerod ishlab chiqarishga qaratilgan.